Curiosity: Komunikace se Zemí

Už během přeletu se používala síť Deep Space Network tvořená velkými teleskopy v Mohavské poušti, Španělsku a v Austrálii. Díky jejich rozmístění je zajištěno, že v každou chvíli bude minimálně jedna z nich schopná zachytit signál. Každé stanoviště je vybaveno jednou sedmdesátimetrovou a minimálně dvěma třicetimetrovými anténami. Stanoviště jsou v přímém spojení s řídícím střediskem JPL v Pasadeně.

Během přibližování k Marsu komunikuje vozítko přímo se Zemí v rádiovém spektru X (7 – 8 GHz). K tomuto účelu jsou na sestupovém stupni umístěny transpondéry a zesilovače + dvojice antén. První anténa je nízkozisková a je umístěna ve středu přeletového prstence. Jejím úkolem je zajišťovat komunikaci v prvních týdnech po startu od Země a pak ještě jednou krátce před oddělením přeletového stupně. Druhá anténa je střednězisková a našli bychom ji také na přeletovém prstenci. Tato anténa funguje po většinu doby přeletu, protože dokáže přenést více dat. Přenáší se přes ni například údaje o poloze a rychlosti, ale také pokyny pro změny dráhy.

Velmi důležité je zajištění komunikace během EDL – tedy během vlastního sestupu a přistání. Všechny tři družice, které krouží kolem Marsu (americké Mars Odyssey a MRO, stejně tak i evropská Mars Express) budou na svých oběžných drahách připraveny přijímat data od přistávajícího vozítka. Tato komunikace poběží v pásmu UHF (cca. 400 MHz) a zajistí ji tři různé UHF antény. První z nich je umístěna u padáku. Bude zajišťovat komunikaci během prvních minut před vstupem do atmosféry až do chvíle, kdy se od schránky oddělí sestupový stupeň. V tu chvíli převezme úlohu UHF anténa umístěná právě na sestupovém stupni. Jakmile dojde k přistání, aktivuje se UHF anténa na samotném vozítku. Družice vyšlou zachycené signály na Zemi v pásmu X. Mars Odyssey bude vysílat data rovnou na Zemi už během přistání. MRO a Mars Express nahrají data do své paměti a odešlou je na Zemi až za několik hodin.

Právě na data z Mars Odyssey tedy budou spoléhat všichni, kdo budou sledovat přistání on-line. Během prvních dvou minut v atmosféře se nedá očekávat žádná komunikace. Družice předtím zachytí signál, který pak ztratí – během sestupu bude sestava obalená plasmou, která není prostupná pro komunikační signály. Je také možné, že bude docházet i k dalším výpadkům příjmu signálu – především když dojde ke změně přistávací konfigurace. Družice Mars Express bude schopná přijímat data ještě cca. 90 sekund po přistání, pak se přehoupne za horizont a ztratí kráter Gale z dohledu. jak dlouho po přistání k tomu dojde se ale neví, záleží i na tom, zda se mezi rover a družici nedostane nějaké skalisko.

Vozítko bude kromě toho během sestupu vysílat i v pásmu X. Právě v něm bude pomocí tónů zakódováno, že došlo ke změně konfigurace. To je běžná praxe od selhání sondy Mars Polar Lander v roce 1999, aby technici věděli v které fázi sestupu se robot nachází. Není to kompletní telemetrie, spíše jednoduchý vzkaz ve stylu semaforu, nebo chcete-li binárního kódu – povedlo se / nepovedlo se. Tyto signály poletí na Zemi přímo a bude je zachycovat již zmíněná síť Deep Space Network. Bohužel pro nás se ale Země i Mars pohybují, takže pozemní antény ztratí přistávací oblast z ohledu ještě před samotným přistáním – očekává se, že to bude ve chvíli, kdy se otevřou padáky. V té době by ale snad už měla fungovat komunikace přes Mars Odyssey.

V době přistání bude vzdálenost mezi Marsem a Zemí 248 000 000 kilometrů. Jelikož rádiový signál letí rychlostí světla, bude to trvat necelých 14 minut, než dorazí na Zemi. Od vstupu do atmosféry do přistání na povrchu to zabere pouhých 7 minut. Takže ve chvíli, kdy na Zemi dorazí informace o prvním vstupu do atmosféry, bude už vozítko 7 minut na povrchu, ať už se přistání zdaří nebo ne. Důležité je říct, že komunikace není pro úspěšné přistání nutná – rover by to všechno měl zvládnout sám. Data jsou ale důležitá z vědeckého a technického hlediska.

Pro komunikaci během pobytu na Marsu může Curiosity využívat přímou komunikaci v pásmu X – opět se využije Deep Space Network. Toho se bude využívat pro ranní zasílání úkolů. Je možné využít toto pásmo i pro odesílání vědeckých dat, ale pouze v případě malých objemů – rychlost komunikace se pohybuje jen v řádech kilobitů za sekundu. Většina informací se bude posílat v pásmu UHF přes družice na oběžné dráze. Jak MRO, tak Mars Odyssey proletí nad roverem minimálně jednou během odpoledne a minimálně jednou ráno před svítáním. Každé komunikační okno trvá zhruba 10 minut. Při komunikaci s Mars Odyssey by mělo jít přenášet rychlostí 0,25 Mbit/s, MRO pak nabídne 4x vyšší rychlost. Z družic se pak data odešlou v pásmu X na Zemi. Denně by tímto způsobem mělo projít 250 megabitů dat. Tato cesta se dá použít i pro posílání instrukcí pro rover ze Země. Evropská družice Mars Express je přitom připravená v případě problémů nabídnout své služby a zajistit komunikaci.

Přeložil Dušan Majer, doplnil Martin Gembec