Como os rovers enviam imagens de Marte?
Estamos prestes a assistir ao pouso do novo rover marciano da NASA, o Perseverance.
E uma das perguntas que eu mais recebi no vídeo sobre as diferenças entre ele e o Curiosity é "Como os rovers enviam as imagens para a Terra? "
Ambos os rovers tem mais de um jeito de receber e enviar informações, e entender como tudo isso funciona ajuda a explicar por que coisas como vídeos ao vivo em HD de Marte não são uma realidade atualmente.
Então, vamos falar sobre isso!
Tanto os rovers marciano, (como o Curiosity e o Perseverance), quanto outros veículos em missões ativas fazem uso do mesmo sistema de antenas (da NASA): a 'Deep Space Network'.
São 3 instalações, uma em Goldstone, nos Estados Unidos, outra em Madrid, na Espanha e outra em Canberra, na Austrália.
Essas instalações ficam em diferentes pontos do planeta separados o suficiente para manterem a observação constante de qualquer espaçonave independente da rotação da Terra.
(Elas estão separadas por aproximadamente 120 graus em longitude ao redor do planeta).
São várias antenas em cada uma dessas instalações.
Todas as 3 tem uma de 70 metros de diâmetro e outras de 34 metros de diâmetro.
Essas antenas precisam ser gigantescas assim por que a força do sinal que elas recebem é bem fraca.
É coisa da ordem de 10 (elevado a minus) -20 kW.
A enorme (área) superfície destas antenas garante uma sensibilidade maior e, portanto, a captação de sinais tão fracos quanto estes.
E dá pra ver exatamente qual antena está recebendo informações nesse exato momento.
É só entrar nesse site aqui.
Essa antena aqui, por exemplo, está recebendo informações do Perseverance, enquanto essa outra recebe informações da 'Parker Solar Probe'.
Dá para ver até a taxa de transmissão, a frequência e a força do sinal.
O Curiosity e o Perseverance possuem sistemas de comunicação bem parecidos.
Ambos tem 3 antenas.
A primeira delas é a 'Ultra-High Frequency Antenna', ou "Antena de Frequência Ultra-Alta", que opera a cerca de 400 MHZ e consegue transmitir dados para a Terra através de satélites que orbitam Marte, como o 'Mars Reconnaissance Orbiter' e o 'Mars Odyssey'.
Por estarem mais perto desses rovers, estes satélites conseguem receber dados com taxas de transmissão bem maiores, de cerca de 2 megabits por segundo.
Os dados podem então ser retransmitidos para a Terra com antenas bem maiores que as presentes no rover.
Talvez você esteja se perguntando por que não incluir antenas maiores direto no rover e fazer essa transmissão diretamente para a Terra?
Assim como qualquer veículo de exploração enviado no topo de um foguete, o rover precisa lidar com as restrições de massa da missão.
Os engenheiros não podem só adicionar instrumentos e equipamentos à vontade.
Tudo precisa ser cuidadosamente escolhido para fazer proveito máximo da carga útil disponível para a missão.
E além disso, transmitir coisas exige uma quantidade de energia significativa, o que também é uma limitação de qualquer veículo de exploração.
No caso do Perseverance, os 110 W disponíveis fornecidos pelo Gerador Termoelétrico de Radioisótopos precisam ser racionados para locomoção, coleta de amostras, controle de temperatura dos eletrônicos e operação dos instrumentos.
A energia usada para se comunicar com os satélites orbitando Marte é bem mais baixa.
Mas para isso acontecer estes satélites precisam estar visíveis para o rover.
Isso acontece apenas uma vez por dia marciano e a transmissão dura só cerca de 8 minutos.
O total de dados transmitidos nessa janela varia entre 100 e 250 megabits.
Mas isso não significa que os rovers ficam sozinhos e incomunicáveis pelo restante do tempo.
Há outras opções neste meio tempo.
A segunda antena presente no Curiosity e no Perseverance é a 'X-Band High-Gain Antenna'.
Essa antena é direcionável e trabalha em uma faixa de frequência de 7 a 8 gigahertz, mandando sinais em uma direção específica.
A taxa de transmissão e recepção dessa antena é de 160 a 500 bits por segundo quando as antenas de 34 metros do 'Deep Space Network' são usadas, e 800 a 3000 bits por segundo quando as antenas de 70 metros de diâmetro são usadas.
A terceira antena utilizada no Curiosity e no Perseverance é uma versão um pouco diferente dessa última antena que eu mencionei.
É a 'X-Band Low-Gain Antenna'.
Ela trabalha na mesma faixa de frequência de 7 a 8 gigahertz, mas é omnidirecional, ou seja, não precisa estar apontada para o receptor para transmitir.
Ela é usada primariamente para o recebimento de sinais, que chegam em uma taxa de 10 bits por segundo quando as antenas de 34 metros do 'Deep Space Network' são usadas, e de 30 bits por segundo quando as antenas de 70 metros são usadas.
E é claro, a transmissão também está sujeita a outro fator: a rotação de Marte em relação à Terra.
Se o local onde os rovers estão na superfície estiver visível da Terra, é possível enviar e receber sinais, mas se estiver virado para o outro lado, não tem como.
Os satélites que orbitam Marte e participam da transmissão garantem mais uma vantagem por conta disso.
Eles estão visíveis por cerca de 16 horas por dia para a Terra, ou seja, conseguem enviar bem mais dados nesse tempo.
Então, voltando à questão que eu apresentei no início do vídeo: Por que hoje, em pleno 2021, não temos imagens ao vivo e em 4k de Marte disponíveis 24 horas por dia aqui no YouTube?
Os 250 megabits transmitidos para a Terra por dia através do 'Mars Reconnaissance Orbiter' são cerca de 31 megabytes.
Bem longe do necessário para transmitir ao vivo.
Uma transmissão em HD da Netflix ou do YouTube, por exemplo, usa cerca de 1 gigabyte por hora.
São mais de 30 vezes o que as antenas UHF dos rovers conseguem transmitir por dia (para os) pelos satélites.
A quantidade de banda disponível em uma transmissão de Marte não é tão alta assim.
E mesmo assim, a 'Deep Space Network' não existe só para as missões marcianas.
O tempo de uso das antenas é cuidadosamente planejado para conseguir atender as dezenas de missões ativas.
E uma transmissão de vídeo constante de Marte não é algo tão vantajoso assim, afinal, não serve o propósito dessas missões exploratórias.
O Curiosity, o Perseverance e os satélites orbitando Marte estão onde estão para fazer ciência.
Para ajudar cientistas e engenheiros nas tarefas que dizem respeito aos objetivos das missões.
E não me entenda mal, uma transmissão de vídeo constante de Marte é algo que eu realmente gostaria de ter, mas é um luxo que não está disponível para a humanidade por enquanto.
Isso pode mudar no futuro com a adoção de tecnologias de transmissão interplanetária a laser, por exemplo, que oferecem bem mais banda.
Ou quem sabe quando tivermos uma colônia por lá e consequentemente um sistema de comunicação mais robusto entre os dois planetas.
Por enquanto, nada disso é necessário.
Bom, é assim que as transmissões de dados entre os rovers marcianos e a NASA acontecem.
E se você quiser aprender um pouco mais sobre as principais diferenças entre o Curiosity e o Perseverance, eu tenho um vídeo inteiro sobre isso aqui!
Hoje é dia 17 de Fevereiro de 2021 e o pouso do Perseverance está prestes acontecer.
Eu vou fazer uma live amanhã acompanhando tudo de perto.
Eu vou deixar o link aqui na descrição.
E eu conto com você lá!
Por enquanto é isso.
Eu vou ficando por aqui, e até a próxima!
