Ciencia dos a uno – Rocket Science

En breve

El arsenal de instrumentos científicos a bordo de cualquier nave espacial se planifica, construye y prueba cuidadosamente durante el desarrollo de la misión, mucho antes de su lanzamiento al espacio. ¡Pero los orbitadores de Marte de la ESA están adquiriendo una nueva capacidad científica, años después de su lanzamiento al Planeta Rojo! ¿Cómo? Los equipos de control de la misión han demostrado ahora que las radios de corto alcance de Mars Express y ExoMars Trace Gas Orbiter, normalmente utilizadas para comunicarse con módulos de aterrizaje y vehículos exploradores en la superficie, pueden usarse juntas para sondear la atmósfera marciana.

¿Cómo se utilizan las radios para la ciencia?

Normalmente, la nave espacial Mars Express (MEX) de la ESA espera hasta tener una vista clara de la Tierra antes de transmitir señales al espacio, para evitar interferencias de la atmósfera marciana. Pero también podemos utilizar esta perturbación, y el hecho de que conocemos muy bien las características de la señal original enviada por la nave espacial, para estudiar la temperatura, la presión y otras propiedades de la porción de la atmósfera marciana por la que pasa.

Esta técnica de radiociencia está limitada por el hecho de que Mars Express no siempre se encuentra en una posición en la que su haz de radio a la Tierra atraviese la atmósfera marciana, lo que suele ser bueno para devolver de forma segura los importantes datos científicos recopilados por sus instrumentos.

También está limitado por el hecho de que el vasto espacio entre la Tierra y Marte, y la propia atmósfera terrestre, también modifican la señal de radio. Puede resultar difícil determinar qué cambios se debieron únicamente a la atmósfera marciana. Y estas dos limitaciones se deben al hecho de que la antena que recibe la señal siempre está fijada en el mismo lugar: en la superficie de la Tierra.

Pero ¿y si no lo fuera?

18 años de ciencia en 2 meses

¿Qué pasaría si la antena que recibe la señal de radio también estuviera en órbita alrededor de Marte?

Los satélites alrededor de la Tierra utilizaron un método similar para estudiar la atmósfera terrestre, y la NASA llevó a cabo una prueba para demostrar que se podía enviar una señal de radio entre dos orbitadores de Marte utilizando la nave espacial Odyssey y su MRO en 2007. En 2016, la ESA también tenía dos naves espaciales en órbita. Marte, por lo que los equipos de control de misión Mars Express y ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) comenzaron a ver si la ESA podría usarlos para realizar nueva ciencia de radio en el Planeta Rojo y cómo.

Si se utilizaran todos los escenarios posibles en los que las dos naves espaciales pudieran «verse» entre sí, la radiociencia producida utilizando ambas en sólo dos meses superaría la producida en 18 años utilizando únicamente Mars Express. Por supuesto, las naves espaciales están ocupadas realizando otras tareas importantes en Marte, por lo que no se pueden aprovechar todas las oportunidades para la radiociencia atmosférica, pero la técnica es claramente valiosa desde el punto de vista científico.

Charlando en Marte

Las grandes antenas que utilizan las dos naves espaciales para comunicarse con la Tierra utilizan frecuencias incompatibles para «hablar» entre sí. Esta es una característica, no un error, ya que evita que sus señales interfieran entre sí cuando ambos transmiten datos a la Tierra al mismo tiempo.

Pero Mars Express y TGO también tienen radios de corto alcance que utilizan para comunicarse con módulos de aterrizaje y vehículos exploradores en la superficie marciana. Estas radios usan las mismas frecuencias y, por lo tanto, después de algunos ajustes inteligentes en los sistemas de las dos naves espaciales, ahora pueden usarse para intercambiar señales entre ellas. Los ingenieros también determinaron que, por razones técnicas, Mars Express transmite las señales mientras TGO las recibe.

Probando, probando, ¡vamos Beagle2!

Para la primera serie de pruebas, llevada a cabo a principios de 2021, Mars Express necesitaba transmitir una señal a TGO, pero la única señal que tenía era la señal de ‘hielo’ preinstalada que le grita al módulo de aterrizaje que realizó. a Marte hace casi veinte años, que se perdió al aterrizar: Beagle2.

Después de extensas discusiones, pruebas, planificación y preparación, se llevó a cabo la primera prueba del enlace de radio MEX-TGO y ¡funcionó perfectamente!

Un nuevo truco para un perro viejo

Se han realizado más pruebas hasta agosto de 2021 para comprender mejor cómo planificar y llevar a cabo experimentos utilizando esta nueva capacidad de «radiociencia». Dado que la señal del hielo contenía algunos datos, pronto se consideró demasiado ruidosa para utilizarla en radiociencia. Se necesitará una señal limpia y sin datos, pero esto no era algo que la unidad de radio MELACOM de Mars Express tuviera disponible.

Se contactó a los fabricantes originales de MELACOM, QinetiQ, para ver si se podía agregar dicha señal «en blanco» mediante un parche de software. Después de la investigación, llegaron a la conclusión de que sí podía, y la unidad de radio MELACOM de repuesto en la Tierra fue recuperada del almacenamiento y se desbloqueó el código fuente del ensamblador 1750A de la unidad de 18 años. Se añadió, probó y luego se envió la programación para una señal en blanco, ‘sólo portadora’, al equipo de operaciones de la nave espacial en el control de misión ESOC de la ESA en Darmstadt, Alemania. A partir de ahí, el parche se cargó más tarde y funcionó bien. El resultado final es una señal mucho más clara y más adecuada para la radiociencia.

Planes futuros

Para TGO, en el otro extremo de la señal, un equipo de expertos del centro técnico ESTEC de la ESA en los Países Bajos está supervisando el desarrollo de un nuevo software de procesamiento diseñado específicamente para la radiociencia. Se planean pruebas adicionales en la primavera de 2022 para proporcionar más datos que ayuden a diseñar este nuevo software de procesamiento.

Estos nuevos experimentos de radio son los primeros de su tipo en Marte y son un gran ejemplo de cómo los equipos existentes pueden encontrar usos más allá de la imaginación más salvaje de sus diseñadores originales.

También muestra cómo naves espaciales como Mars Express y TGO a menudo resultan valer mucho más que la suma de sus partes, mientras los equipos de la ESA y de otras partes de Europa continúan trabajando juntos para encontrar nuevas – y valiosas – maneras de – saber cómo úsalos para usarlos. Explora el Planeta Rojo.