Warum musste MRO während der Einstiegs-, Sink- und Landephase „sowohl nach oben neigen als auch hart nach links rollen“, um genau auf Perseverance zu zeigen?

Warum genau musste MRO „sowohl nach oben neigen als auch hart nach links rollen“, um während der Einflug-, Sinkflug- und Landephase genau auf Perseverance zu zeigen?

Beharrlichkeit war zum Zeitpunkt der Aufnahme nicht direkt unter MRO. Perseverence war stattdessen vor und links von der Bodenspur von MRO. Die ziemlich übliche Bedeutung von Gieren, Nicken und Rollen für ein umlaufendes Raumschiff ist

• Gieren ist eine Drehung um die vertikale Achse,
• Die Tonhöhe liegt um die Querachse, und
• Das Rollen erfolgt um die Achse entlang der Spur.

Gieren ist das Letzte, was man mit einer nominell nach unten schauenden Schubbesenkamera machen möchte. Denken Sie daran, die Blätter mit einem Handbesen von Ihrem Bürgersteig zu fegen. Gieren (in der Konvention von Raumfahrzeugen) ist das Äquivalent zum seitlichen Drehen des Besens. Anstatt einen halben Meter breiten Streifen des Bürgersteigs zu fegen, fegen Sie einen wenige Zentimeter breiten Streifen.

Die Tonhöhe wird normalerweise auch nicht verwendet, kann aber erforderlich sein, um ein dynamisches Ereignis zu sehen. Bei einem statischen Ereignis wird die Reise des Raumfahrzeugs das Raumfahrzeug bald über die fragliche Stelle führen. Aber für ein dynamisches Ereignis, wie das Beobachten des Fallschirmeinsatzes von oben, muss das Raumschiff möglicherweise nach oben oder unten neigen, um das Ereignis im Blick zu haben.

Das HiRISE-Instrument hat ein sehr enges Sichtfeld. Hier wird Rolle wichtig. Wenn die Kamera ein Objekt (dynamisch oder statisch) sehen soll, das sich nicht direkt unter der Bahn des Satelliten befindet, muss der Satellit rollen, um dieses Objekt in das Sichtfeld der Kamera zu bringen.

Über ein Jahr später und mit dem enormen Nutzen rekonstruierter Daten ( SPICE-Kernel ) können die exakten Manöver des Raumfahrzeugs visualisiert werden.

Das PDS-Label für das MRO-Datenprodukt gibt die folgenden Start- und Stoppzeiten an:

/* All xxx_TIME values are referenced to UTC.                           */
GROUP = TIME_PARAMETERS
    /* Time when the observation first started */
    MRO:OBSERVATION_START_TIME   = 2021-02-18T20:42:31.657
    /* Time of the first image line */
    START_TIME                   = 2021-02-18T20:42:32.368      <- START
    SPACECRAFT_CLOCK_START_COUNT = "1298148206:43887"
    /* Time of the last image line */
    STOP_TIME                    = 2021-02-18T20:43:02.881      <- STOP
    SPACECRAFT_CLOCK_STOP_COUNT  = "1298148237:11987"
    /* Time when this RDR product was created */
    PRODUCT_CREATION_TIME        = 2021-02-25T00:45:18
END_GROUP = TIME_PARAMETERS

Die High-Gain-Antenne (HGA) muss die Erdausrichtung aufrechterhalten, da MRO für Mars 2020 (im Gegensatz zu MSL) die „primäre Telekommunikationsverbindung vom Eintritt in die Atmosphäre bis zur Landung des Rovers“ [ 1 ] ist. MRO & MAVEN sind die primären Verbindungen, aber MRO erreicht eine Übertragung nahezu in Echtzeit in einem "Pseudo-Bent-Pipe"-Modus. MAVEN zeichnet Open Loop auf und gibt einige Zeit später an die Erde zurück.

Der feste Referenzrahmen der MRO für die nominelle Lage und das Raumfahrzeug ist +X in Flugrichtung, +Z "nach unten" (auch die Blickrichtung für HiRISE), +Y vervollständigt das rechte Kreuzprodukt. Die HiRISE CCDs scannen in X-Richtung. Dies stammt aus dem neuesten Frames-Kernel (fk) und dem HiRISE-Instrumentenkernel (ik) von MRO . Hier ist eine Animation, die ich mir ausgedacht habe, die diese nominelle Einstellung kurz vor der EDL von Mars 2020 zeigt:

(Eigene Arbeit, Daten von NAIF , RGB -> XYZ, grau -> Nadir)

Es ist schwierig, die blaue +Z-Linie zu sehen, da sie im Wesentlichen die graue Nadirlinie in der nominalen Einstellung von MRO überlappt. Sowohl die Solaranlagen als auch die HGA auf MRO haben einen inneren und äußeren Kardanring, um ihre eigene Ausrichtung (in Richtung Sonne und Erde) beizubehalten, die sich von der Haltung des Raumfahrzeugbusses unterscheidet. Diese Gimbals bedeuten, dass jede „off-nominale“ MRO-Orientierung während der EDL-Veranstaltung (mit ziemlicher Sicherheit) ausschließlich dem Zweck dient, das Bild aufzunehmen (einschließlich aller potenziellen Momentum-Management-Schemata vor/nach dem Bild).

Entgegen zumindest meiner Vermutung befindet sich MRO für fast die Hälfte seiner Umlaufbahn außerhalb der nominalen Fluglage und die Orientierung für die HiRISE-Beobachtung dauert mehrere Minuten:

(Eigene Arbeit, Daten von NAIF , RGB -> XYZ, grau -> Nadir, gelb gestrichelt -> in Richtung M2020)

Hier sind zwei Diagramme der Orientierungswinkel während der Sequenz:

(Eigene Arbeit, Daten von NAIF )

Im rotierenden Rahmen links ist die nominelle Fluglage als Gier-, Nick- und Rollwinkel von ~0 zu sehen. Wir sehen, wie MRO nach oben neigt, nach links rollt (negatives Rollen) und nach rechts giert (positives Gieren). Das Raumfahrzeug "übersteigt" und neigt sich während der Bildgebung tatsächlich nach unten, obwohl es immer noch "oben" von der nominellen Lage ist. Während der Bildgebung bringt das Raumschiff den Gierwinkel wieder auf nahezu Null, wie @DavidHammen erklärt, ist wichtig .

Ich möchte jedoch darauf hinweisen, dass Mars 2020 tatsächlich vor und rechts von MRO liegt , wenn das Bild aufgenommen wird, wie es in dieser Animation mit breiterer Ansicht zu sehen ist:

(Eigene Arbeit, Daten von NAIF , RGB -> XYZ, grau -> Nadir)

Die vorherigen Diagramme zeigen eine gewisse Bewegung während der Bildgebung, die im Bild selbst zu sehen ist. Diese Artefakte des Manövrierens des Raumfahrzeugs im Vollbild sind am Anfang (unten) des Bildes zu sehen:

(NASA/JPL/Universität von Arizona)

Siehe die "Schnörkel" am rechten Rand.

Verweise:

1. Abilleira, F. et al. "Mars 2020 Mission Design and Navigation Overview" (2019) ( JPL TRS-Link )

Bearbeiten:

Interessanterweise sind der Perseverance-Rover (und die Abstiegsstufe) fast nicht im vergrößerten Bild zu sehen. Im Bild in voller Größe (18048 px mal 62300 px!) befinden sich die Rückenschale und der Fallschirm bei ~64 % der vertikalen (Scan/Pushbroom) Abmessung. Dies bedeutet, dass die Rückenschale und der Fallschirm ungefähr 64 % des Weges durch die zeitliche Beobachtung "abgebildet" werden. Wenn die Trägheitsgeschwindigkeit von Mars 2020 über den Beobachtungszeitraum aufgetragen wird:

(Eigene Arbeit, Daten von NAIF , vertikale Linie zeigt ~64% der Beobachtungszeit an)

Wir sehen, dass das Fahrzeug fast genau dann abgebildet wird, wenn sich die Abstiegsstufe und der Rover von der Rückschale trennen (siehe den sanften Anstieg der Geschwindigkeit).

Obwohl es cool wäre, eine frei fliegende Perseverance zu sehen, kann ich im Bild mit voller Auflösung nichts sehen, das wie eine Abstiegsstufe aussieht:

(NASA/JPL/Universität von Arizona)