Publication: Determinación de las coordenadas de amartizaje de las sondas MetNet
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Publication Date
2013-11-07
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
MetNet es una misión científica a Marte cuyo objetivo es desplegar una red de sondas meteorológicas sobre su superficie.
En este trabajo se presenta un método para la determinación de sus coordenadas de amartizaje basado en la detección de los eclipses solares de Fobos sobre Marte. Para ello se ha resuelto la inversión de la función no lineal, no continua y multivaluada, desarrollada para predecir estos eventos suponiendo un observador de posición conocida.
Para contrastar este modelo, se han utilizado las observaciones de eclipses realizadas por las misiones MER y MOLA. Esto ha permitido seleccionar los valores de los parámetros que relacionan los sistemas de referencia Tierra–Marte involucrados que mejor se ajustan a las observaciones, obteniéndose una diferencia prácticamente nula entre predicciones y observaciones.
Para la planificación de la futura observación de estos eclipses se precisa, además, de un modelo espacio-temporal del movimiento, forma y tamaño de la sombra de Fobos sobre Marte. Contrastado con las observaciones de los MERs, se garantizan unas diferencias inferiores a 0,1s. entre predicciones y observaciones.
Con este modelo se han obtenido cronogramas observacionales para las misiones MetNet y MSL. Las observaciones de los eclipses predichos el 13 y 17 de septiembre de 2012 por la MSL han permitido validar exitosamente el modelo.
Finalmente, la resolución del problema de determinación de coordenadas se ha planteado como un problema de optimización no lineal resuelto mediante los métodos de Levenberg–Marquardt y de relajación por bloques, analizándose su viabilidad y eficiencia mediante diferentes simulaciones bajo diferentes condiciones experimentales. Los resultados numéricos muestran como, para la banda de latitudinal de δ=±5º en que está previsto amartice la primera sonda MetNet, la diferencia entre las posiciones verdadera y calculada puede estimarse dentro de una elipse 40x60m. para una precisión de 1s. en la medida de los tiempos.
[ABSTRACT]MetNet is an atmospheric science mission to Mars which aims to deploy a network of meteorological probes on the Martian surface. In this work, the problem of determining the MetNet probes landing site coordinates based on the detection of Phobos solar eclipses on Mars is presented. To this end, it has been addressed the inversion of the nonlinear, non continuous and multivaluated function that have been modelled to predict these events assuming an observer with a known position. This prediction model has been checked using the eclipse observations already made by the NASA missions MER and MOLA. This has allowed to choose the values of the parameters relating the involved Earth-Mars reference systems which best fit the observations, that yielded nearly null mean differences between predictions and observations. Planning the observations of these eclipses requires an additional spatial-temporal model of the Phobos shadow motion on Mars, its size and shape. The developed model has been checked comparing the predictions for the MERs observed eclipses. Overall differences are less than 0.1s. This shadow model has been applied to derive the eclipse observational chronograms for the MetNet and MSL missions. The observation of the characterised events on 13 and 17 September 2012 by the MastCam onboard the MSL has successfully validated the prediction model. Finally, the proposed nonlinear optimization problem of determining Mars lander coordinates using Phobos eclipses has been undertaken considering two different algorithms: the Levenberg-Marquardt method and the block relaxation method. Their feasibility and efficiency have been analysed using different simulations under different experimental constraints. As a main conclusion, the numerical results show how, for the latitudinal band of δ=±5º in which the first MetNEt probe is forecasted to land, the lander position could be estimated within a 40x60m. ellipse for 1s. uncertainty in time observations.
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Matemáticas, Departamento de Astronomía y Geodesia, leída el 05-07-2013