Woher weiß Curiosity, wie man seine High-Gain-Antenne in Echtzeit ausrichtet und bewegt?

Der Curiosity-Rover verfügt über eine kompakte X-Band-High-Gain-Antenne (HGA), die eine Kommunikation mit niedriger Datenrate direkt mit der Erde ermöglicht, aber für höhere Datenraten verwendet wird, verwendet sie normalerweise UHF, um mit Raumfahrzeugen zu kommunizieren, die den Mars umkreisen und die dann weiterleiten mit ihren viel größeren Parabolantennen Daten zurück zur Erde. Danke an @BrendanLuke15 für die Korrektur!

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Aus Abschnitt 5.1 und Abbildung 5-1 auf Seite 113 des unten verlinkten DESCANSO-Artikels:

Die Uplink-Kommunikation zum Raumfahrzeug erfolgt entweder über X-Band DFE mit dem DSN oder UHF über MRO. Der Downlink, der von den Anforderungen an das Datenvolumen bestimmt wird, ist nur ein UHF-Relay, wie in Abbildung 5-1 gezeigt.

Aus Abschnitt 2.2, Surface Operations von Artikel 14 der DESCANSO Design and Performance Summary Series Mars Science Laboratory Telecommunications System Design ist ersichtlich, dass die HGA innerhalb weniger Grad in die richtige Richtung zeigen muss;

Der HGA sitzt auf einem Kardanring mit 2 Freiheitsgraden, einer Systemausrichtungsgenauigkeit von 5 Grad (einschließlich Rover-Lagewissen) und hat einen Durchmesser von 0,28 m. Tabelle 2-4 zeigt, dass die Downlink-Verstärkung etwa 4 dB niedriger und die Uplink-Verstärkung etwa 3 dB niedriger ist, bei 5 Grad von der Ziellinie entfernt.

Wie kommt Curiosity zu seinem „Rover-Einstellungswissen“? Da sich die Position der Erde in Bezug auf den Mars ebenso wie die der Satelliten um den Mars bewegt, woher weiß Curiosity, wie die Antenne in Echtzeit richtig geschwenkt werden muss? Trägt es eine Ephemeride, die von Zeit zu Zeit per Uplink aktualisiert wird?

Die High-Gain-Antenne von Curiosity

oben: High-Gain-Antenne von Curiosity (gelenkiges schmutziges Sechseck). Abgeschnitten von hier .

unten: High Gain-Antennengewinn von Curiosity im Uplink- und Downlink-Modus, von MSL Telecommunications System Design .

Curiosity's High Gain Antennengewinn Curiosity's High Gain Antennengewinn

Außerdem, was noch wichtiger ist, ist die Einstellung ohne Magnetfeld tatsächlich schwierig zu erreichen.
Ich bin mir nicht sicher, ob dies so gemacht wird, aber technisch gesehen könnten Sie einen Beschleunigungsmesser verwenden, um zwei der Rotationspositionen des Roboters zu berechnen. Dann, kombiniert mit einer Uhr und einer Ephemeride, wäre der Standort der Erde (falls sichtbar) entlang eines Kreises am Himmel. Dann müssen Sie nur noch entlang dieses Kreises scannen, um den besten Empfang zu erhalten. Sobald Sie die Erde gefunden haben, können Sie einen Kreisel oder andere Trägheitsnavigationssysteme neu kalibrieren.
Frühere Mars-Rover verwendeten eine Sonnensuchkamera + Beschleunigungsmesser, um ihre Lage zu bestimmen; Ich konnte kein gleichwertiges Papier zu Curiosity finden. pdfs.semanticscholar.org/55bf/…
Soweit ich das beurteilen kann, spricht die hohe Verstärkung mit einer niedrigen Datenrate zur Erde, und die Rundstrahlantenne kann den DSN mit einer niedrigen Rate hören und mit hohen Raten mit Relais im Orbit des Mars sprechen. Um die Erde zu verfolgen, schätze ich, ist ein Sonnentracker und Ephemeriden reichlich vorhanden. Ein Start-Tracker könnte die Erde wahrscheinlich direkt finden, aber das ist wahrscheinlich übertrieben. Navcam könnte als Sonnentracker dienen, da sie bereits an Bord Objekterkennung durchführen. Alles Vermutungen aber.
Aus dem von @Russel bereitgestellten Link möchte ich eine interessante Aussage in dem Papier hervorheben. Die Rover hatten keinen Kreiselkompass, der nach dem Rotationsvektor des Mars suchen kann. Der Rotationsvektor kann zusammen mit der Position verwendet werden, um die grobe Lage zu berechnen, falls die Kamera zu irgendeinem Zeitpunkt ausgefallen ist.
Der Rover verwendet nicht das X-Band-HGA, um mit den Orbitern zu kommunizieren
@ BrendanLuke15 das ist wahrscheinlich richtig, aber ich bin mir nicht sicher, was der Sinn deines Kommentars ist. Ist es an die Frage oder einen anderen Benutzer gerichtet?
@BrendanLuke15 ist das so? Ich muss aufhören und herausfinden, was mich so dünn gemacht hat.
@uhoh ja, es richtet sich an den ersten Absatz in der Frage. Abschnitt 2.2 des DESCANSO-Artikels beschreibt die Verwendung von X-Band
@BrendanLuke15 Na bitte, ja! Abschnitt 5.1 und Abbildung 5-1 auf Seite 113: „Die Uplink-Kommunikation zum Raumfahrzeug erfolgt entweder mit X-Band DFE mit DSN oder UHF über MRO. Downlink, geregelt durch Datenvolumenanforderungen, ist nur UHF-Relay, wie in gezeigt Abbildung 5-1." Nur UHF zwischen Rover und Satelliten im Marsorbit. Vielen Dank! Ich kann die Frage aktualisieren oder, wenn Sie möchten, können Sie eine zusätzliche Antwort posten, die die Prämisse meiner Frage korrigiert.
@uhoh Ich denke, das Aktualisieren der Frage ist am besten :)

Antworten (1)

Diese Antwort basiert auf einem Buch mit dem Titel "The Design and Engineering of Curiosity".

https://doi.org/10.1007/978-3-319-68146-7

In Kapitel 6 wird das erwähnt

Die Hazcams und Navcams sind Flugersatzteile oder Build-to-Print-Kopien der gleichnamigen technischen Kameras auf den Mars Exploration Rovers; Dies sparte nicht nur Geld bei der Hardware, sondern machte es auch wesentlich einfacher, eine modifizierte Version derselben Rover-Fahrsoftware für Curiosity wie für Spirit und Opportunity zu verwenden.

Wir können davon ausgehen, dass die Surface Attitude Position and Pointing (SAPP) der im Mars Exploration Rover verwendeten ähnlich ist. Aus diesem Grund können wir uns auf ein Papier mit dem Titel "Mars Exploration Rover Engineering Cameras" verlassen.

https://doi.org/10.1029/2003JE002077

Es scheint, dass die Lageinformationen aus zwei Hauptquellen gesammelt werden: einer Trägheitsmesseinheit und den Rover-Kameras. Die IMU liefert die Roll- und Nickwinkel (Nadir-Vektor) des Rovers durch Messung der Erdbeschleunigung. Die NAV-Kameras werden zur Berechnung der Sonnenposition verwendet.

Wenn die Roverposition bekannt ist, kann die Sonnenposition in einem Inertialsystem (J2000) unter Verwendung eines bekannten Modells berechnet werden. Kombiniert man dieses Wissen mit der Nadir-Vektor- und Sonnenvektor-Messung, kann man die Lage des Roboters und auch die Antennenlage schätzen.

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Danke für deine Antwort. Das Papier Engineering Cameras sieht toll aus! Ich werde es lesen.
Fazit: Beschleunigungsmesser geben nach unten, Sonne gibt Azimut. An Bord befindliche Ephemeriden der Erde, des Mars und der Position des Rovers auf dem Mars, die alle vom Betriebsteam auf dem neuesten Stand gehalten werden, ermöglichen es dem HGA, geschwenkt zu werden, um die Erde am Himmel zu verfolgen. Es ist ein weiteres kritisches Instrument und eine Kalibrierung erforderlich: die aktuelle Uhrzeit.
@MarkAdler irgendwelche Gedanken oder Korrekturen? space.stackexchange.com/a/30829/12102
@MarkAdler Ich habe Ihre Antwort als Kommentar in How are Spacecraft Event Times (SETs) managed; an welche Zeiträume sind sie gebunden? vielleicht kannst du noch ein paar entbehren? Ich vermisse deine Beiträge und ich bin sicher, andere auch!
Woher weiß Curiosity, wie man seine High-Gain-Antenne in Echtzeit ausrichtet und bewegt?
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