Jak łaziki marsjańskie wysyłają dane na Ziemię?

Dlaczego łazik nie dzwoni po prostu do domu

Odległość między Ziemią a Marsem stale się zmienia, bo obie planety krążą wokół Słońca. W najmniejszej wynosi około 54,6 mln km, które fale radiowe pokonują w mniej więcej 3 minuty. W największej – około 400,2 mln km, czyli około 22,4 minuty drogi z prędkością światła. Na takim dystansie sygnał radiowy rozprasza się i staje się niezwykle słaby.

Łazik ma mało miejsca i mało energii na dużą antenę. Perseverance ma wprawdzie antenę kierunkową pasma X – sześciokątną „łopatkę”, którą można obrócić w stronę Ziemi – ale NASA określa jej możliwości wysyłania danych jako ograniczone. Jest też prostszy kłopot: Mars się obraca, więc przez około 12 godzin na dobę łazik znajduje się po stronie planety odwróconej od Ziemi i w ogóle jej nie „widzi”.

Jak działa przekaźnik

Rozwiązaniem są sondy krążące wokół Marsa, które pełnią funkcję stacji przekaźnikowych. Orbiter przelatuje nad łazikiem w z góry wyliczonym momencie; taki przelot nazywa się sesją albo przejściem (ang. pass, overflight). Przez kilka minut oba pojazdy są blisko – kilkaset kilometrów od siebie, a nie dziesiątki milionów – i łazik może szybko wysłać dane przez małą antenę.

W Perseverance jest to krótki walec z tyłu łazika, kształtem przypominający puszkę farby, pracujący na częstotliwościach UHF. Według NASA przechodzi przez niego 99,9% danych naukowych Perseverance’a, kierowanych do przelatujących orbiterów. Łaziki łączą się z orbiterami z prędkością do 2 megabitów na sekundę.

Orbiter zapisuje odebrane dane. Gdy widzi Ziemię, wysyła je własną anteną talerzową – w Mars Reconnaissance Orbiter ma ona 3 metry średnicy – do 34- i 70-metrowych anten Deep Space Network w Kalifornii, Hiszpanii i Australii. Trzy kompleksy są rozstawione wokół globu co około 120 stopni, więc któryś zawsze ma Marsa w zasięgu. Orbitery dostarczają dane z łazików naukowcom na Ziemi mniej więcej tuzin razy w tygodniu.

Orbitery, które przenoszą ruch

Sieć przekaźników to flota międzynarodowa. Mars Odyssey NASA krąży wokół Marsa od 2001 roku, a Mars Reconnaissance Orbiter od 2006 roku. Europejska Agencja Kosmiczna dokłada ExoMars Trace Gas Orbiter, przy Marsie od 2016 roku, oraz Mars Express, przy Marsie od 2003 roku, który służy jako rezerwa. Orbitery muszą się dzielić: korzystają z tych samych częstotliwości, więc każdą sesję między orbiterem a lądownikiem trzeba starannie zaplanować. Mars Reconnaissance Orbiter i Curiosity mają radia typu Electra, które podczas przelotu same dostosowują prędkość transmisji do zmieniającej się odległości od łazika.

Najwięcej danych przenosi obecnie Trace Gas Orbiter. Od lutego do maja 2026 roku przekazywał średnio około 2228 megabitów na dobę, Mars Reconnaissance Orbiter około 851, a Mars Odyssey około 107 (dane NASA, stan na 3 listopada 2026 r.). Obsługiwane łaziki to Curiosity i Perseverance NASA.

Flota się starzeje i może się kurczyć. Orbiter MAVEN NASA, który przekazywał średnio prawie 900 megabitów na dobę, odezwał się ostatni raz 6 grudnia 2025 roku. Komisja NASA uznała w lutym 2026 roku, że nie jest już w stanie prowadzić badań ani przekazywać danych, a 3 czerwca 2026 roku agencja ogłosiła koniec misji. Jego zadania przejęły pozostałe orbitery.

W drugą stronę: plan na cały dzień

Polecenia to znacznie mniej danych niż zdjęcia, więc mogą lecieć bezpośrednio. Antena kierunkowa Perseverance’a służy rutynowo do odbierania poleceń każdego marsjańskiego poranka. Ze względu na opóźnienie sięgające kilku czy kilkunastu minut nikt nie steruje łazikiem dżojstikiem: zespół planuje na Ziemi pracę na następny dzień, wysyła ją w jednym pakiecie, a łazik wykonuje ją samodzielnie. Jak sondy radzą sobie z opóźnieniem, wyjaśniamy na stronie Jak leci misja.

Przekaźnik w najważniejszej chwili

Najbardziej sieć przekaźników liczy się podczas lądowania. Gdy 18 lutego 2021 roku Perseverance lądował w kraterze Jezero, ostatnie dwie minuty zniżania przebiegały w większości za marsjańskim horyzontem widzianym z Ziemi, więc łazik nie mógł meldować się bezpośrednio. Mars Reconnaissance Orbiter odbierał dane z wejścia w atmosferę, zniżania i lądowania na bieżąco i od razu przesyłał je dalej. Mimo to wiadomość szła na Ziemię 11 minut i 22 sekundy, więc gdy inżynierowie dowiedzieli się o lądowaniu, było ono już zakończone. MAVEN nagrał cały przebieg i przesłał nagranie kilka godzin później. Samo lądowanie opisujemy na stronie Mars.

Dwadzieścia lat zdjęć przez przekaźnik

System wyrósł z doświadczenia. Spirit i Opportunity, które wylądowały w 2004 roku, były pierwszymi łazikami, których dane naukowe rutynowo trafiały na Ziemię przez orbitery, a NASA podaje, że każde zdjęcie z powierzchni Marsa od 2004 roku przeszło przez sieć przekaźników. Nowe orbitery testowano zaraz po przybyciu: 6 listopada 2014 roku MAVEN w pierwszej próbie z prawdziwymi danymi z Marsa przekazał 550 megabitów od łazika Curiosity.

Same roboty w większości zbudowano i prowadzono z Pasadeny, w Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA (JPL) – instytucji o historii dłuższej niż historia NASA, opisanej w artykule Czy JPL należy do NASA?.