Hat der Rover Curiosity jemals über seine Hochleistungsantenne direkt mit der Erde kommuniziert? Signalstärke & Datenrate?

Die Direct-to-Earth (DTE)-Verbindung über das X-Band HGA wird ziemlich häufig verwendet – nicht täglich, aber auch nicht einmal im Jahr. Der Bericht des Kompetenzzentrums für Deep Space Communications and Navigation Systems (DESCANSO) über das Telekommunikationssystem Curiosity Rover (Vorabveröffentlichung, daher wird es immer noch Mars Science Laboratory, MSL genannt) geht in entsetzliche Details zu allen Telekommunikationsfunktionsmodi und der beteiligten Hardware , und ihre Leistung. Auf Seite 68 wird der Bereich der über HGA möglichen Datenraten angegeben: 7,8125 bis 4000 bps. Die 4000 BPS funktionieren wahrscheinlich nur, wenn sich der Mars in Opposition befindet, sodass die Entfernung zwischen Mars und Erde so gering wie möglich ist.

Für größere Entfernungen können Sie das ungefähr so ​​skalieren$\frac{1}{r^2}$, abhängig von den diskreten Datenraten, die das System unterstützen soll. Wenn Sie eine Datenrate mit berechnen$\frac{1}{r^2}$, ist die maximal nutzbare Datenrate die nächstniedrigere vom System unterstützte Rate. Das Diagramm auf Seite 105 zeigt, was diese diskreten Raten sind: 4000, 2000, 1000, 500, 250, 125, 60, 30, 15 und 7,8 (Zahlen ungefähr – aus einem Diagramm ablesen!) nicht direkt auf die Erde gerichtet sein, sondern um einen kleinen Winkel versetzt sein (bei Abweichungen >5° versuchen sie nicht einmal, Daten herunterzuladen), dann müssen Sie die Leistung auf der Achse mithilfe des HGA Downlink Directivity-Diagramms verschlechtern auf Seite 65. Auf Seite 104 wird die maximal mögliche Datenrate bei der maximalen Mars-Erde-Reichweite mit 5° HGA-Ausrichtungsfehler zu einer 34-m-Beam Waveguide (BWG) DSN-Antenne mit 160 bps angegeben, also wird vielleicht noch eine andere unterstützt Rate zwischen 125 und 250, und das Diagramm zeigt sie nicht alle.

Laut den MSL-Leuten, die ich kenne, macht der Downlink über diesen Kommunikationspfad nur wenige Prozent des gesamten Downlink-Datenvolumens aus. Die Weiterleitung durch die Orbiter auf dem Mars (MRO und Odyssey ) mit ihren viel größeren HGAs ergibt viel höhere Datenraten, sodass die große Mehrheit der MSL-Daten über diese Verbindungen herunterkommt.

Die Downlink-Leistung ist in dBm angegeben (gleiche Einheiten wie auf der Webseite angezeigt). Das ist nach der Verstärkung durch die Blende, die für alle Gerichte unterschiedlich ist. Sie können den tatsächlichen Gewinn (und mehr) finden, indem Sie nach dem Dokument 810-005 suchen

https://deepspace.jpl.nasa.gov/dsndocs/810-005/

Sie sollten sich die "Space Link Interfaces" ansehen, um Antennengewinne zu erzielen. In runden Zahlen entspricht 70 m etwa 74 dBic Gewinn, 34 m etwa 68 dBic.

Erwischt! 2018-11-23 01:06 UTCCanberras DSS36 befand sich im Prozess des „Teardowns“, nachdem es direkt mit dem Mars Science Laboratory (Curiosity) gesprochen hatte.

Erst Zahlen, dann Daten. Aus dieser Antwort :

• $P_{RX}$: Macht auf der Erde erhalten
• $P_{TX}$: Sendeleistung von Voyager
• $G_{TX}$: Gewinn der Voyager-Sendeantenne (im Vergleich zur isotropen)
• $L_{FS}$: Verlust von freiem Speicherplatz, was wir normalerweise nennen$1/r^2$
• $G_{RX}$: Gewinn der Empfangsantenne der Erde (im Vergleich zu isotrop)

Der Gewinn einer Schüssel oder einer anderen Antenne mit voller Apertur$G_{RX}$geschätzt werden kann

wo$d$ist der Durchmesser der Schale,$\lambda$ist die Wellenlänge, also die Lichtgeschwindigkeit von 3E+08 m/s dividiert durch die Frequenz von 8,4E+09 Hz oder etwa 0,036 Meter (3,6 Zentimeter) und$e_A$ist ein Term für die Apertureffizienz zwischen 0 und 1 für eine realistische Schüssel, die wir an beiden Enden willkürlich auf 0,8 setzen. Für die Schüsselantenne mit dem größten Durchmesser des [Deep Space Network][5] von 70 Metern beträgt dies etwa 1,9E+07, was nach dem Auftragen der Fall ist$10 \times \log_{10}$wird etwa 73 dB.

Für das Flat Phased Array von Curiosity verwenden wir 20 cm für den Durchmesser der aktiven Fläche, was 24 dB ergibt. Das lässt sich gut mit den 24 dB vergleichen, die in Woher weiß Curiosity, wie man seine High-Gain-Antenne in Echtzeit ausrichtet und bewegt? .

Der Pfadverlust im freien Raum wird berechnet, indem der Bruchteil einer sich ausdehnenden sphärischen Welle (von einem isotropen Strahler) berechnet wird, der von einem Bereich ähnlich einer Rechteckwellenlänge empfangen würde. Die genaue Gleichung in dB lautet:

Der Grund, warum der Bruch umgedreht wurde, aber kein Minuszeichen außerhalb erschien, liegt darin, dass der Verlust per Konvention in positiven dB ausgedrückt und dann durch das Minuszeichen in der "Master-Gleichung" subtrahiert wird. Derzeit ist der Mars fast 1 AE von der Erde entfernt, also$R$ist etwa 1,5 E + 11 Meter. Das macht$L_{FS}$etwa 274dB.

Seien wir großzügig und geben der High-Gain-Antenne von Curiosity 20 Watt oder 13 dBW. Die endgültige Mathematik wird

Die kleine Datenmenge, die ich bisher habe, ist an sich ziemlich verrauscht, aber die Werte liegen um -150 herum. Das Problem ist, dass wir bisher nicht sicher wissen, ob die Einheiten in den Roh-XML-Dateien dBW oder dBm sind . Siehe Verstehen der Einheiten in den XML-Daten des Deep Space Network? für mehr zu diesem Problem. Wären das dBm, dann wären die ~-140 bis -160 dBm -170 bis -190 dBW und stimmen gut mit dieser Berechnung als Obergrenze überein.

Ich machte einen Screenshot, kurz nachdem das kleine wackelige Radiowellensymbol aufgehört hatte, sich zu bewegen. Ich werde jetzt über Missionen auf oder bald auf dem Mars nach weiteren Daten suchen und ihre DSN-„Codenamen“?

unten: Ich habe Deep Space Network-Daten verwendet, auf die wie in dieser Antwort erläutert zugegriffen wurde , um die Kommunikation direkt zwischen der Erde und dem Mars Science Laboratory (Curiosity Rover) zu untersuchen. Hier ist ein Diagramm einiger Uplink- und Downlink-Datenpunkte. Für die Uplink-Leistung nehme ich an, dass die Skala gerade Kilowatt ist, und für den Downlink ist das wahrscheinlich dBWatt, aber ich untersuche es immer noch. Dies sind X-Band-Frequenzen, Uplink in Hz und Downlink in MHz.

Die horizontale Achse sind relative (siderische) Tage, die Daten enden ungefähr vor etwa 12 Stunden.