Wie viele Stunden pro Tag ist der Mars mit 2 der 3 DSN-Komplexe erreichbar?

Hier ist eine schnelle Antwort für heute . Es variiert, wenn sich Erde und Mars in ihren Umlaufbahnen bewegen. Dieses Skript kann an andere Daten oder Körper angepasst werden.

Ich habe das Python-Paket Skyfield verwendet , aber Sie können die gleichen Höhenwinkel aus Horizons extrahieren, beide verwenden eine der späten Entwicklungs-Ephemeriden

Heute haben Madrid-Goldstone ungefähr 4 Stunden Beobachtungszeit mit Mars 10 Grad über dem Horizont, und Goldstone-Canbera haben etwas weniger als 2 Stunden. Nächste Woche oder nächsten Monat wird es anders sein.

10 Grad ist eine willkürliche Grenze und normalerweise möchte man höher sein. Hardwarelimits habe ich nicht überprüft. Sowohl das Himmelsrauschen nimmt zu, als auch die Seitenkeulen mehr Bodenrauschen aufnehmen (beides sind thermisches Rauschen), wenn Sie sich dem Horizont nähern. Wäre schlimmer für ein sehr schwaches Signal in sehr tiefen Räumen wie den Voyagers oder New Horizons.

Weitere Informationen zum Rauschen finden Sie in dem Dokument der DESCANSO- Reihe zu Low-Noise-Systemen im Deep Space Network

Von Horizonten

Verwenden Sie dieses oder ein ähnliches Muster, verwenden Sie FTP oder speichern Sie es direkt von der Webseite aus:

Von Python/Skyfield

class Site(object):
    def __init__(self, name, latlon):
        self.name   = name
        self.latdeg = latlon[0]
        self.londeg = latlon[1]

info  = (('Goldstone', (35.426667, -116.89)), ('Madrid', (40.429167, -4.249167)),
         ('Canbera', (-35.401389, 148.981667)))

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from skyfield.api import Topos, Loader, EarthSatellite

halfpi, pi, twopi = [f*np.pi for f in (0.5, 1, 2)]
degs, rads = 180/pi, pi/180

load    = Loader('~/Documents/fishing/SkyData')  # avoids multiple copies of large files

data    = load('de421.bsp')
earth   = data['earth']
mars    = data['mars']
ts      = load.timescale()

print earth.at(ts.now()).position.km   # for no reason at all

hours    = np.linspace(0, 24, 24*12+1)  # 24 hours in 5 minute steps
time     = ts.utc(2018, 12, 6, hours)   # 2018-12-6 

sites = [Site(*thing) for thing in info]
Goldstone, Madrid, Canbera = sites

for site in sites:
    site.topo = earth + Topos(longitude_degrees=site.londeg,
                              latitude_degrees =site.latdeg )
    alt, az, dist  = site.topo.at(time).observe(mars).apparent().altaz()
    site.elevation = alt.radians
    site.azimuth   = az.radians

pairs     = [(sites[i%3], sites[(i+1)%3]) for i in range(3)]
pairnames = [(a.name, b.name) for (a, b) in pairs]

if True:
    plt.figure()
    fs = 16

    plt.subplot(2, 1, 1)

    for site in sites:
        plt.plot(hours, degs*site.elevation)
    plt.plot(hours, np.zeros_like(hours), '-k', linewidth=2)
    plt.plot(hours, 10+np.zeros_like(hours), '-k', linewidth=1)
    plt.text( 0.2, 51, 'Goldstone', fontsize=fs)
    plt.text( 7.0, 65, 'Madrid', fontsize=fs)
    plt.text(16.5, 45, 'Canbera', fontsize=fs)
    plt.xlim(0, 24)
    plt.ylabel('elevation (degs)', fontsize=fs)

    plt.subplot(2, 1, 2)

    for s0, s1 in pairs:
        ok = (degs * s0.elevation > 10) & (degs * s1.elevation > 10)
        plt.plot(hours, ok)
    plt.ylim(-0.1, 1.25)
    plt.xlabel('hours UTC', fontsize=fs)
    plt.ylabel('both evelations > 10 degs', fontsize=fs)
    plt.xlim(0, 24)

    plt.text( 1,   1.05, 'Madrid-Goldstone', fontsize=fs)
    plt.text(16.5, 1.05, 'Goldstone-Canbera', fontsize=fs)

    plt.suptitle('DSN sees Mars 06-Dec-2018', fontsize=fs)
    plt.show()

Update: Hier ist das Kalenderjahr 2018. Die Booleschen Plots sind die Hüllkurven für die Mars-Elevation an beiden Standorten über 10 Grad. Die Farbdiagramme zeigen den Mars-Elevationswinkel für jeden Standort.

class Site(object):
    def __init__(self, name, latlon):
        self.name   = name
        self.latdeg = latlon[0]
        self.londeg = latlon[1]

info  = (('Goldstone', (35.426667, -116.89)), ('Madrid', (40.429167, -4.249167)),
         ('Canbera', (-35.401389, 148.981667)))

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from skyfield.api import Topos, Loader, EarthSatellite

halfpi, pi, twopi = [f*np.pi for f in (0.5, 1, 2)]
degs, rads = 180/pi, pi/180

load    = Loader('~/Documents/fishing/SkyData')  # avoids multiple copies of large files

data    = load('de421.bsp')
earth   = data['earth']
mars    = data['mars']
ts      = load.timescale()

print earth.at(ts.now()).position.km   # for no reason at all

hours    = np.linspace(0, 24, 24*12+1)  # 24 hours in 5 minute steps
days     = np.arange(0, 367, 2)  

sites = [Site(*thing) for thing in info]
Goldstone, Madrid, Canbera = sites
names = [site.name for site in sites]

for site in sites:
    site.topo = earth + Topos(longitude_degrees=site.londeg,
                              latitude_degrees =site.latdeg )

pairs     = [(sites[i%3], sites[(i+1)%3]) for i in range(3)]
pairnames = [(s0.name, s1.name) for (s0, s1) in pairs]


big_okays = []
big_elevs = []
for day in days:
    time     = ts.utc(2018, 1, day, hours)   # 2018-12-6 

    elevs = []
    for site in sites:
        site.topo = earth + Topos(longitude_degrees=site.londeg,
                                  latitude_degrees =site.latdeg )
        alt, az, dist  = site.topo.at(time).observe(mars).apparent().altaz()
        site.elevation = alt.radians
        site.azimuth   = az.radians
        elevs.append(np.maximum(0, site.elevation))
    big_elevs.append(elevs)

    okays = []
    for s0, s1 in pairs:
        ok = (s0.elevation > rads*10) & (s1.elevation > rads*10)
        okays.append(ok)

    big_okays.append(okays)

big_okays = np.array(big_okays)
new_okays = np.moveaxis(big_okays, 1, 0)

big_elevs = np.array(big_elevs)
new_elevs = np.moveaxis(big_elevs, 1, 0)

if True:
    xlims = [hours[0], hours[-1]]
    ylims = [days[0],  days[-1]]
    ylims = [days[-1],  days[0]]
    extent = sum([xlims, ylims], [])
    plt.figure()
    for i, (ok, pnames) in enumerate(zip(new_okays, pairnames)):
        plt.subplot(3, 1, i+1)
        plt.imshow(ok, origin='upper', extent=extent, aspect=1./25)
        title = '{}-{}'.format(*pnames)
        plt.title(title, fontsize=16)
    if i == 2:
        plt.xlabel('hours', fontsize=16)
        plt.ylabel('days', fontsize=16)
    plt.suptitle('DSN two-sites Mars both elevs > 10deg', fontsize=16)
    plt.show()

if True:
    xlims  = [hours[0], hours[-1]]
    ylims  = [days[0],  days[-1]]
    ylims  = [days[-1],  days[0]]
    extent = sum([xlims, ylims], [])
    levels = [20, 40, 60, 80]
    plt.figure()
    for i, (elev, name) in enumerate(zip(new_elevs, names)):
        plt.subplot(3, 1, i+1)
        plt.imshow(degs*elev, origin='upper', extent=extent,
                   vmin=0, vmax=90, aspect=1./25)
        plt.colorbar()
        plt.contour(degs*elev, levels=levels, extent=extent,
                    origin='upper', colors='k', aspect=1./25)
        title = '{}'.format(name)
        plt.title(title, fontsize=16)
    if i == 2:
        plt.xlabel('hours', fontsize=16)
        plt.ylabel('days', fontsize=16)
    plt.suptitle('DSN elevation of Mars (degs), \n levels = 20, 40, 60, 80',
                 fontsize=16)
    plt.show()