وبلاگ

به اختصار

زرادخانه ابزارهای علمی روی هر فضاپیما به دقت برنامه ریزی، ساخته و در طول توسعه ماموریت – مدت ها قبل از پرتاب به فضا – آزمایش می شود. اما مدارگردهای مریخ ESA سال ها پس از پرتاب به سیاره سرخ، توانایی علمی جدیدی به دست می آورند! چطور؟ تیم‌های کنترل مأموریت قبلاً نشان داده‌اند که رادیوهای برد کوتاه Mars Express و ExoMars Trace Gas Orbiter که معمولاً برای برقراری ارتباط با فرودگرها و مریخ‌نوردان روی سطح استفاده می‌شوند، می‌توانند در کنار هم برای کاوش جو مریخ مورد استفاده قرار گیرند.

چگونه از رادیو برای علم استفاده می شود؟

به طور معمول، فضاپیمای مریخ اکسپرس (MEX) ESA برای جلوگیری از تداخل اتمسفر مریخ، قبل از ارسال سیگنال‌ها به فضا، منتظر می‌ماند تا خط دید واضحی به زمین داشته باشد. اما می‌توانیم از این ناپیوستگی و این واقعیت که به خوبی ویژگی‌های سیگنال اصلی ارسال شده توسط فضاپیما را می‌دانیم، برای مطالعه دما، فشار و سایر خواص بخشی از جو مریخ که از آن عبور می‌کند استفاده کنیم.

این تکنیک علوم رادیویی با این واقعیت محدود می‌شود که Mars Express همیشه در موقعیتی نیست که پرتوهای رادیویی آن به زمین از جو مریخ عبور کند – که معمولاً برای دریافت ایمن داده‌های علمی مهم جمع‌آوری‌شده توسط ابزارهای آن چیز خوبی است!

همچنین با این واقعیت که فضای وسیع بین زمین و مریخ و جو خود زمین نیز سیگنال رادیویی را تغییر می دهد محدود است. تعیین اینکه کدام تغییرات صرفاً به دلیل جو مریخ است دشوار است. هر دو محدودیت به این دلیل است که آنتن دریافت کننده سیگنال همیشه در همان مکان – روی سطح زمین – گیر کرده است.

اما اگر اینطور نبود چه می شد؟

18 سال علم در دو ماه

اگر آنتنی که سیگنال رادیویی را دریافت می کند نیز در مدار مریخ قرار داشته باشد چه می شود؟

ماهواره‌های اطراف زمین از روش مشابهی برای مطالعه جو زمین استفاده کرده‌اند و ناسا آزمایشی انجام داد تا ثابت کند که سیگنال رادیویی می‌تواند بین دو مدارگرد مریخ با استفاده از فضاپیمای Odyssey و MRO در سال 2007 ارسال شود. از سال 2016. ESA همچنین دارای دو فضاپیما در مدار است. مریخ، بنابراین تیم‌های کنترل ماموریت Mars Express و ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) برای بررسی اینکه آیا ESA می‌تواند از آنها برای انجام علوم رادیویی جدید در سیاره سرخ استفاده کند یا خیر، تصمیم گرفتند.

اگر از تمام سناریوهای ممکن استفاده می شد که در آن دو فضاپیما می توانستند یکدیگر را “دیدن” کنند، علم رادیویی که با استفاده از هر دو تنها در دو ماه انجام شد، از آنچه در 18 سال فقط با استفاده از Mars Express تولید شد، پیشی می گرفت! البته فضاپیما مشغول انجام وظایف مهم دیگری در مریخ است، بنابراین نمی توان از هر فرصتی برای علم رادیو جو استفاده کرد، اما این تکنیک به وضوح از نظر علمی ارزشمند است.

چت در مریخ

آنتن‌های بزرگی که این دو فضاپیما برای برقراری ارتباط با زمین استفاده می‌کنند، از فرکانس‌های ناسازگاری برای گفتگو با یکدیگر استفاده می‌کنند. این یک ویژگی است، نه یک اشکال، زیرا از تداخل سیگنال‌های آنها با یکدیگر در زمانی که هر دو در حال انتقال داده به زمین به طور همزمان هستند، جلوگیری می‌کند.

اما Mars Express و TGO رادیوهای کوتاه بردی نیز دارند که از آنها برای برقراری ارتباط با کاوشگرها و مریخ نوردها در سطح مریخ استفاده می کنند. این رادیوها از فرکانس‌های یکسانی استفاده می‌کنند و بنابراین، پس از برخی تنظیمات هوشمندانه در سیستم‌های هر دو فضاپیما، اکنون می‌توان از آنها برای تبادل سیگنال با یکدیگر استفاده کرد. مهندسان همچنین تعیین کردند که به دلایل فنی، Mars Express سیگنال‌ها را در حالی که TGO دریافت می‌کند، ارسال می‌کند.

تست، تست، به Beagle2 بیایید!

برای اولین مجموعه آزمایش‌ها، که در اوایل سال 2021 انجام شد، Mars Express قرار بود سیگنالی را به TGO ارسال کند، اما تنها سیگنالی که در دست داشت سیگنال “تگرگ” بود که از قبل برای فراخوانی فرودگر نصب شده بود. او تقریباً دو دهه پیش به مریخ حمل کرد که در هنگام فرود گم شد – بیگل 2.

پس از بحث های گسترده، آزمایش، برنامه ریزی و آماده سازی، اولین آزمایش پیوند رادیویی MEX-TGO انجام شد – و کاملاً کار کرد!

ترفندی جدید برای سگ پیر

آزمایش‌های بیشتری تا آگوست ۲۰۲۱ برای درک بهتر نحوه برنامه‌ریزی و اجرای آزمایش‌ها با استفاده از این قابلیت جدید «علم رادیویی» انجام شد. از آنجایی که سیگنال تگرگ مقداری داده را با خود حمل می کرد، به سرعت برای استفاده در علوم رادیویی بیش از حد نویز تلقی شد. یک سیگنال تمیز بدون داده در آن مورد نیاز است، اما این موضوع Mars Express نبود رادیو MELACOM واحد موجود بود

تولید کنندگان اصلی MELACOM، QinetiQ، تماس گرفت تا ببیند آیا می توان چنین سیگنال “خالی” را از طریق یک پچ نرم افزار اضافه کرد. پس از بررسی، آنها به این نتیجه رسیدند که واحد رادیویی یدکی MELACOM زمین نیز ممکن است از ذخیره سازی حذف شده باشد – و کد منبع اسمبلر 1750A دستگاه 18 ساله باز شد. برنامه‌ریزی برای یک سیگنال خالی فقط حامل اضافه شد، آزمایش شد و سپس برای تیم عملیات فضاپیما در کنترل ماموریت ESOC ESA در دارمشتات، آلمان ارسال شد. بعداً پچ آپلود شد و به خوبی کار می کند. نتیجه نهایی سیگنال بسیار واضح تری است که برای علوم رادیویی مناسب تر است.

برنامه های آینده

برای TGO در انتهای دیگر سیگنال، تیمی از کارشناسان در مرکز فنی ESTEC ESA در هلند اکنون بر توسعه نرم‌افزار پردازشی جدیدی که به‌طور خاص برای علوم رادیویی طراحی شده است، نظارت می‌کنند. برای کمک به طراحی این نرم افزار پردازشی جدید، آزمایش های بیشتری در بهار 2022 برای ارائه داده های بیشتر برنامه ریزی شده است.

این آزمایش‌های رادیویی جدید اولین نمونه از نوع خود در مریخ هستند و نمونه‌ای عالی از این هستند که چگونه تجهیزات موجود می‌توانند کاربردهایی فراتر از تصورات وحشیانه طراحان اصلی خود پیدا کنند.

آنها همچنین نشان می‌دهند که چگونه فضاپیماهایی مانند Mars Express و TGO اغلب بسیار ارزشمندتر از مجموع قطعات خود هستند، زیرا تیم‌هایی از ESA و سایر نقاط اروپا به همکاری با یکدیگر برای یافتن راه‌های هوشمندانه و ارزشمند جدید برای استفاده از آنها ادامه می‌دهند. سیاره سرخ را کشف کنید