Почему MRO должен был «как наклоняться вверх, так и сильно катиться влево», чтобы указать точно на Perseverance во время фазы входа, снижения и приземления?

Почему именно MRO должен был «как наклоняться вверх, так и сильно катиться влево», чтобы указать точно на Perseverance во время фазы входа, спуска и приземления?

Perseverance не находилась непосредственно под MRO на момент съемки. Вместо этого Perseverence находился впереди и левее наземной колеи MRO. Довольно стандартные значения рыскания, тангажа и крена для орбитального космического корабля:

• Yaw – это вращение вокруг вертикальной оси,
• Шаг относительно поперечной оси, и
• Крен происходит вокруг оси гусеницы.

Рыскание — это последнее, что хочется делать с номинально смотрящей вниз камерой с веерным сканированием. Подумайте о том, чтобы подметать листья с тротуара метлой. Рыскание (в терминах космических кораблей) эквивалентно повороту метлы вбок. Вместо того, чтобы подметать полуметровую полосу тротуара, вы подметаете полосу шириной в несколько сантиметров.

Шаг также обычно не используется, но может понадобиться для просмотра динамического события. Для статического события путешествие космического корабля вскоре приведет космический корабль к рассматриваемому месту. Но для динамического события, такого как наблюдение за раскрытием парашюта сверху, космическому кораблю может потребоваться наклон вверх или вниз, чтобы событие было в поле зрения.

Прибор HiRISE имеет очень узкое поле зрения. Вот где ролл становится важным. Если камера должна увидеть какой-либо объект (динамический или статический), который не находится непосредственно под траекторией движения спутника, спутнику придется повернуться, чтобы этот объект попал в поле зрения камеры.

Спустя год и с огромным преимуществом реконструированных данных ( ядра SPICE ) можно визуализировать точные маневры космического корабля.

Метка PDS для продукта данных MRO указывает следующее время начала и окончания:

/* All xxx_TIME values are referenced to UTC.                           */
GROUP = TIME_PARAMETERS
    /* Time when the observation first started */
    MRO:OBSERVATION_START_TIME   = 2021-02-18T20:42:31.657
    /* Time of the first image line */
    START_TIME                   = 2021-02-18T20:42:32.368      <- START
    SPACECRAFT_CLOCK_START_COUNT = "1298148206:43887"
    /* Time of the last image line */
    STOP_TIME                    = 2021-02-18T20:43:02.881      <- STOP
    SPACECRAFT_CLOCK_STOP_COUNT  = "1298148237:11987"
    /* Time when this RDR product was created */
    PRODUCT_CREATION_TIME        = 2021-02-25T00:45:18
END_GROUP = TIME_PARAMETERS

Антенна с высоким коэффициентом усиления (HGA) должна поддерживать наведение на Землю, так как для Mars 2020 (в отличие от MSL) MRO является «основным каналом связи от входа в атмосферу до посадки марсохода» [ 1 ]. MRO и MAVEN являются основными каналами, но MRO обеспечивает передачу почти в реальном времени в режиме «псевдоизогнутой трубы». MAVEN записывает разомкнутый цикл и через некоторое время передает обратно на Землю.

Номинальное положение MRO и фиксированная система отсчета космического корабля + X в направлении полета, + Z «вниз» (также направление взгляда для HiRISE), + Y завершает правостороннее перекрестное произведение. ПЗС-матрицы HiRISE сканируют в направлении X. Это взято из последнего ядра кадров MRO (fk) и ядра инструмента HiRISE (ik) . Вот анимация, которую я придумал, показывающая это номинальное отношение незадолго до EDL Mars 2020:

(Личная работа, данные из НАИФ , RGB -> XYZ, серый -> надир)

Синюю линию +Z трудно увидеть, так как она фактически перекрывает серую линию надира в номинальном положении MRO. И солнечные батареи, и HGA на MRO имеют внутренний и внешний карданный шарнир для поддержания собственного направления (на Солнце и Землю), отличного от положения автобуса космического корабля. Эти карданные подвесы означают, что любая «нештатная» ориентация MRO во время события EDL (почти наверняка) предназначена исключительно для целей съемки (включая любые потенциальные схемы управления импульсом до/после съемки).

Вопреки, по крайней мере, моим предположениям, MRO находится вне номинального положения почти на половине своей орбиты, и ориентация для наблюдения HiRISE занимает несколько минут:

(Личная работа, данные из NAIF , RGB -> XYZ, серый -> надир, желтый пунктир -> к M2020)

Вот два графика углов ориентации во время последовательности:

(личная работа, данные НАИФ )

Во вращающейся раме слева номинальное положение видно как углы рыскания, тангажа и крена ~ 0. Мы видим тангаж MRO вверх, крен влево (отрицательный крен) и рыскание вправо (положительный рыскание). Космический корабль «завышает тангаж» и фактически падает во время съемки, хотя все еще «вверх» по сравнению с номинальным положением. Как объясняет @DavidHammen , во время съемки космический корабль возвращает угол рыскания почти к нулю .

Однако я укажу, что Марс 2020 на самом деле находится впереди и правее MRO , когда изображение сделано, как показано на этой анимации с более широким обзором:

(Личная работа, данные из НАИФ , RGB -> XYZ, серый -> надир)

Предыдущие графики показывают некоторое движение во время визуализации, которое можно увидеть на самом изображении. Эти артефакты маневрирования корабля на полном изображении видны в начале (внизу) изображения:

(НАСА/Лаборатория реактивного движения/Университет Аризоны)

См. «волнистость» на правом краю.

Использованная литература:

1. Абилейра, Ф. и др. «Обзор дизайна и навигации миссии Mars 2020» (2019 г.) ( ссылка JPL TRS )

Редактировать:

Интересно, что марсохода Perseverance (и спускаемого аппарата) на увеличенном изображении почти нет . На полноразмерном изображении (18048 х 62300 пикселей!), корпус и парашют расположены примерно на 64% вертикального размера (сканирование/метка). Это означает, что корпус и парашют «отображаются» примерно на 64% времени наблюдения. Когда инерционная скорость Марса 2020 построена за период наблюдения:

(Личная работа, данные NAIF , вертикальная линия указывает ~64% времени наблюдения)

Мы видим, что транспортное средство отображается почти точно, когда спускаемая ступень и марсоход отделяются от корпуса (см. плавное увеличение скорости).

Хотя было бы здорово увидеть свободно летающий Perseverance, я не вижу ничего похожего на этап спуска на изображении в полном разрешении:

(НАСА/Лаборатория реактивного движения/Университет Аризоны)