Introducción a las Telecomunicaciones

1.¿Qué son las Telecomunicaciones del microrover?

  El sistema de comunicaciones del microrover esta compuesto de dos partes claramente diferenciadas. Por un lado tenemos las comunicaciones entre la Tierra y la Plataforma; y por otro lado un enlace UHF de dos caminos entre la plataforma y el rover.

  El enlace de microondas entre la Tierra y la Plataforma se lleva a cabo gracias al Deep Space Network. Basicamente el DSN consiste en un grupo de radio telescopios de 24 y 70 metros. Estos radiotelescopios operan en dos canales de microondas: la banda S, (2.3Ghz), y la banda X, (7.2 Ghz para trx. ascendente y 8.4 Ghz para la recepcion). El Pathfinder utilizo un bloque de transmision en banda X de 12 wattios de potencia y con amplificadores de estado solido: SSPA. La plataforma tenia dos formas diferentes para comunicarse con la Tierra. Por un lado con su antena de gran ganancia, (HGA), y por otro lado con una antena de baja gannacia, (LGA). Ambas eran capaces de recibir el canal ascendente a 7.2 Ghz, y de transmitir a 8.4 Ghz.

  Cuando se utilizaba la antena de baja ganancia, su maxima velocidad de transmision rondaba los 600 bps. La antena de baja ganancia era una guiaonda circular disenada con un lobulo principal con un ancho de 70 grados, y una ganancia maxima de 3db. Cuando se hacia uso de la antena de gran ganancia, (ver foto superior), la velocidad de transmision se cifraba alrededor de los 11.06Kbps. De algun modo estos son los mecanismos de comunicacion entre la Pathfinder y la Tierra.

  El enlace de radio de microondas se utilizó para mandar comandos desde la tierra al rover y recibir imágenes y datos telemétricos desde el rover. Debido a que el sistema de comunicaciones del rover poseía un rango de frecuencias de UHF, no se podía comunicar directamente con la Tierra. Por ello, en un primer paso, se enviaba la información a la plataforma, para después enlazar con Tierra a través de una antena en banda X.

  El sistema está compuesto de dos transmisores/receptores de UHF junto con sus correspondientes antenas. El transmisor/receptor del rover está localizado en el interior de la estructura, en lo que se denomina WEB, (Warm Electronics Box), dónde se encuentra protegido del frío extremo de la atmosfera marciana. Los elementos del sistema del microrover, quitando las antenas, fueron adquiridos de la División de Productos de la empresa Motorola . Algunos elementos usados para adaptar los elementos a las duras condiciones de operatividad, fueron diseñados y creados por una compañia llamada DataRadio. Las antenas fueron diseñadas y construidas por los miembros de la misión encargados de las telecomunicaciones.

  Antes de adquirir los radio-modems RNet 9600 de Motorola, el equipo estudió si era mejor diseñar las radios al igual que las antenas, por cuenta propia. En este caso se hubiese necesitado de más tiempo para el proyecto, y consecuentemente de mayor gasto en el presupuesto. El compromiso al que se debía llegar oscilaba entre dos puntos:

  Al final se optó por la primera opción, pero incluyendo ciertas modificaciones en los aparatos para que se tuviese una total satisfacción en las demandas de la misión.
  Una vez comprados los aparatos RNet 9600 de Motorola, se entró en el proceso de adaptación del equipo comercial a las exigencias de un sistema de comunicación espacial, bajo condiciones de operatividad y subsistencia realmente extremas. Los aspectos a modificar eran de caracter mecánico u eléctico.

  En el aspecto eléctrico el equipo de comunicaciones tan sólo tenía que preocuparse de que los equipos fuesen operativos a las bajas temperaturas de Marte. El rango de temperaturas del planeta rojo oscila entre los -30§C y los 40§C. En principio se observo que el funcionamiento a bajas temperaturas era correcto, salvo una pequena degradación de la señal por alinealidades introducidas por los equipos.
  Mecánicamente el equipo se encargó de que los aparatos fuesen mas recios y resistentes, para sobrevivir a los golpes y las vibraciones asociadas con el lanzamiento y el aterrizaje. Al mismo tiempo se tenían que reemplazar partes del sistema que no eran operantes en condiciones de gravedad cero.
  La decisión consistió en reemplazar las siguientes piezas:

• Reemplazar el panel de los equipos por otro de acero inoxidable.
• Reemplazar la caja metálica exterior por una envoltura de fibra de vidrio y una cubierta de aluminio.
• Reemplazar los conectores BNC comunes por otros del tipo SMA.

  Estas modificaciones se efectuaron sobre ocho aparatos:

• Equipo del microrover y su repuesto
• Equipo de la plataforma y su repuesto.
• Dos aparatos para los tests de calificación de la atmosfera.
• Aparato para el SIMulador del rover en tierra, y su repuesto.

  El SIMulador del rover, es una réplica identica del vehículo de Marte, y se utilizó para realizar comprobaciones y mediciones en el DSN.

2.Radiaciones externas.

  Ciertos componentes del sistema de comunicaciones son susceptibles a los efectos perjudiciales de la radiación. Existen diferentes tipos de radiaciones, unas mas dañinas que otras. Las naves espaciales necesitan funcionar en presencia de la conocida radiacion ultravioleta. Esta es la radiación de la cual nos protege la capa de ozono, (o3), situada a unos treinta kilómetros de la superficie terrestre. Los elementos de al misión Pathfinder fueron diseñados para aguantar estas radiaciones a lo largo de toda la misión; ya que la tenue atmosfera de Marte no filtra las radiaciones antes comentadas.
  El sol provoca otro tipo de radiaciones dañinas, como las debidas a las inmensas olas de calor y erupciones en su superficie que generan grandes cantidades de energia ionizante y particulas subatómicas.

  Ademas los rayos cósmicos originados fuera del sistema solar también provocan daños en los elementos de las naves espaciales. Estos iones pueden golpear a los circuitos electronicos y causar lo que se denomina SEP, (Single Event Phenomena). Los resultados son: errores en el software, errores en el Hardware, generación de transitorios, etc...
  Afortunadamente la probabilidad de estos choques es baja cuando el sol se encuentra en lo que se llama un estado relajado. De ese modo el periodo que duro la misión fue convenientemente elegido para tal efecto.

  Para mayor seguridad en las modificaciones usadas, se expusieron los sistemas a las pruebas del acelerador de particulas de Van De Graff en Long Island. Estas pruebas fueron llavadas a cabo por el Laboratorio Nacional de Brookhaven. Gracias a estas pruebas se pudo conocer lo que le ocurriría a los aparatos cuando les incidiesen los iones. Se pudo ver que los daños no eran duraderos y que despues de un transitorio mas omenos duradero en función de la energia que portase la partícula al chocar, se volvía al estado normal de operatividad.

  En la foto siguiente tenemos una toma de las pruebas realizadas en el acelerador de particulas de Long Island.

3.Evaluación de interferencias.

  El sistema de comunicaciones entre las estaciones en la Tierra, (DSN), y la plataforma, usaban un enlace de doble sentido en la banda X de microondas. Estas señales de microondas ocupaban dos estrechas bandas que eran 15.5 veces mayores en frecuencia que las utilizadas en el enlace UHF entre la plataforma y el microrover. Pero para confirmar la no existencia de interferencias entre ambos enlaces, se tuvieron que realizar experimentos an las cámaras EMC, (ElectroMagnetic Compatibility; una de estas cámaras se puede utilizar en la escuela de Telecomunicaciones de la UP de Valencia).
  Los tests confirmaron que los efectos de interferncia estaban contenidos en límites aceptables, no causando así ningún problema, ( aumento de BER de los enlaces). En la foto que vemos aquí abajo, se muestra uno de los procesos de medición de las interferencias en el microrover. Las pirámides de color azul que cubran toda la cámara se utilizan para absorber las radiaciones producidas y evitar así el efecto de las reflexiones en las mediciones efectuadas.