Sind Mars-Rover in ständigem Kontakt mit der Erde, wenn sie sich in Sichtweite befinden?

TL;DR: Nein, Rover bleiben nicht in ständigem Kontakt mit der Erde, da dies unpraktisch ist, und es ist unwahrscheinlich, dass eine Mission dies in Zukunft versuchen wird.

Im Allgemeinen gibt es einige Einschränkungen bei der Kommunikation, die es schwierig und unpraktisch machen, in ständiger Kommunikation mit der Erde zu sein, die wichtigsten sind Sichtverbindung, Leistung und Kosten.

1. Sichtlinie

Wie Sie in Ihrem Beitrag anspielen, ist vielleicht das größte Hindernis für eine konstante (dh ununterbrochene) Kommunikation zwischen einem Rover (auf einem beliebigen Planetenkörper, nicht nur dem Mars) und der Erde, ob eine Sichtverbindung besteht oder nicht. Da die elektromagnetischen Wellen, die zur Kommunikation zwischen dem Rover und der erdgestützten Bodenstation verwendet wurden, sich in geraden Linien durch das Vakuum ausbreiten (siehe https://physics.stackexchange.com/questions/93243/do-electromagnetic-waves-always-move-in -geradlinig für eine Diskussion darüber, was passiert, wenn EM-Wellen auf eine Atmosphäre treffen), verlieren wir während der planetarischen Nacht den Kontakt mit dem Rover (dh wenn sich der Planetenkörper, auf dem sich der Rover befindet, von der Erde wegdreht). Die Ausnahme ist, wenn ein Himmelskörper wie der Mond gezeitengesperrt istmit der Erde, da dies bedeuten würde, dass immer dieselbe Seite des Himmelskörpers der Erde zugewandt ist. Da der Mars nicht gezeitenabhängig mit der Erde verbunden ist, können wir daher mit periodischen Signalausfällen rechnen. Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, besteht darin, einen Relaissatelliten zu verwenden, aber da Perseverance eine direkte Kommunikation zur Erde verwendet, werde ich hier nicht darauf eingehen.

2. Macht

"Das ist alles in Ordnung", denkst du wahrscheinlich, "beantwortet aber nicht meine Frage." Was ist, wenn wir Sichtkontakt haben? Eine große Einschränkung für uns in Bezug auf die Kommunikation ist die elektrische Energie. Wie bei den meisten Rovern ist Energie ein ziemlich kostbares Gut; Angesichts der Menge an wissenschaftlicher Instrumentierung und Hilfshardware, die in den Rover gepackt werden muss, muss ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der Gesamtmenge an Energie, die erzeugt werden kann, und der Masse der Ausrüstung gefunden werden, die zur Erzeugung dieser Energie erforderlich ist (an Zunahme, die entweder zusätzlichen Treibstoff/eine größere Standfläche/einen größeren Fallschirm/etc. oder eine Reduzierung der im Rover enthaltenen Instrumentierung erfordert). Da wir die meiste Zeit unserer Mission damit verbringen wollen, Daten zu sammeln und coole neue Welten zu erkunden (seitdem Das ist der ganze Sinn unseres Seins auf dem Mars!) Wir wollen nicht zu viel von unserer Energie für die energieintensive Aufgabe der Datenübertragung aufwenden. Wenn wir also vermeiden wollen, dass unsere Batterie schneller entladen wird, als wir sie aufladen können, müssen wir sorgfältig planen, wann wir bestimmte Aufgaben erledigen wollen – wann wir Proben sammeln, wann wir sie verarbeiten wollen, wann wir unsere beamen wollen Ergebnisse zurück zur Erde usw. - und das beinhaltetBefristung dieser Tätigkeiten . Daher macht es (aus Sicht der Mission) keinen Sinn, in ständiger Kommunikation mit der Erde zu bleiben (und die gesamte Kommunikation die ganze Zeit über voll eingeschaltet zu halten). Die Informationen darüber, wie lange der Rover für jede Aufgabe in seinem Betriebskonzept aufwendet und wie viel Strom jede Aktivität verbraucht, sind normalerweise in einer Energiezeitleiste enthalten (die sich während der Mission in Abhängigkeit von der Gesundheit und den Missionsprioritäten des Rovers entwickelt). Übersichten über diese Pläne finden Sie in der Regel in Zeitschriftenartikeln, in denen das Mission Concept of Operations (ConOps) beschrieben wird. Das folgende Papier ist eine wirklich großartige Lektüre, wenn Sie mehr über Ausdauer erfahren möchten:

Senf, JF, Adler, M., Allwood, A., Bass, DS, Beaty, DW, Bell, JF, ... & Edgett, KS (2013). Bericht des Wissenschaftsdefinitionsteams für Mars 2020. Mars-Explorer. Progr. Anal. Gr, 150, 155-205.

3. Kosten

Geld bewegt die Welt, und selbst für große Raumfahrtagenturen wie NASA, ESA, JAXA usw. sind die Kosten ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung, welche Aktivitäten Teil der ConOps einer Mission sind (und wie lange diese Aktivitäten dauern). Der Perseverance-Rover verwendet Direct-to-Earth (DTE)-Kommunikation (siehe den Artikel von Mustard et. al.), was bedeutet, dass er über das Deep Space Network (DSN) mit der Erde kommuniziert. Das DSN wird von mehreren verschiedenen NASA-Missionen sowie von anderen externen Partnern gemeinsam genutzt, und die Zeit auf dem DSN ist ziemlich kostspielig. ( Dieser StackExchange-Beitrag enthält eine eingehende Erörterung des DSN, einschließlich Beispielen dafür, wie kurz die Kommunikationsverbindungen im Allgemeinen auf dem DSN sind.) Ein früherer StackExchange-Beitragging auch gerade durch, wie viel Zeit der DSN kostet; für eine Mission, die bereits einen beträchtlichen Teil ihrer Finanzen für die Montage des Rovers aufwenden wird, ein Team bezahlen, um ihn über einen Zeitraum von mehreren Jahren zu entwerfen/bauen/überwachen, und eine Rakete zu bekommen, die den Rover an sein Ziel bringt , für die Nutzung des DSN zu bezahlen, wenn der Rover in Sichtlinie ist, macht keinen finanziellen Sinn. Stattdessen sollten Sie Ihr Datenbudget so verwalten, dass Sie nicht ständig mit der Erde in Kontakt sein müssen, und Ihre Daten so weit wie möglich komprimieren, damit Sie Ihre Daten effizient übertragen können.

Abschluss

Es gibt noch einige andere Faktoren, die die Betriebszeit einer DTE-Kommunikationsverbindung einschränken, aber dies sind die wichtigsten.

Kurze Antwort: Nein.

Es wird immer Fenster geben, in denen kein Satellit über uns ist und die Erde nicht im Blickfeld ist. Es ist nur Physik und Orbitalmechanik.