NASA火星探査機からの電波は地球まで来ますか？

パラボラアンテナで送っても、地球方向はどうやって検知するのか？
角度精度はきびしいよね？
どうやると思うかい？

質問者からの補足コメント

• 

  どうやっているのですか？

  No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2024/11/18 21:00

• 

  どうやって？

  No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2024/11/18 21:06

• 

  衛星ではどうやってんの？

  No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2024/11/18 21:09

• 

  ＞無指向性アンテナの信号を拾うために、地球側のアンテナは数十mの巨大なパラボラアンテナに超低ノイズの受信部を持たせてます
  ーー＞
  それでもだめなんんでは？火星ですよ！
  
  ＞高利得アンテナはとりあえず太陽に向ければおおよそ地球の方向になるので、必要なら地球からの信号が一番強くなるように微調整すれば良いのです。探査機の状態が正常であれば、太陽と他の明るい恒星2つくらいの3点（以上）で姿勢の基準を取って地球がどっちに見えるか計算できます。
  ーー＞
  その精度でいいのですか？

  No.4の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2024/11/18 21:48

• ＞高性能なパラボラアンテナと送信装置を搭載しています。
  ーー>
  地球のほう方向に向けることはどうすんの？
  
  ＞スター・トラッカー: 星の位置を参照して探査機の向きを制御する装置。
  
  太陽センサー: 太陽の位置を測定し、向きを調整。
  地球の電波信号の利用: 地球からの信号を基に、自らのアンテナを地球に向ける。
  ーー＞
  まず無理だね！
  
  ＞火星探査機には、地球に向けて狭いビームで強い信号を送るための高指向性パラボラアンテナがあります。　このアンテナが地球に正確に向けられることで、信号の強さを保ちます。
  ーー＞
  アンテナ方向の制御は？？？

  No.5の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2024/11/20 01:56

• していません！

  No.6の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2024/11/20 01:57

• ＞一言で言うと星を眺めて（カメラで撮影し）自分の位置を知れば時刻と照らし合わせて地球の方向がわかります。恒星までの距離は最短で数光年なので探査機が太陽系の中を動いても星の配置はほとんど変わりません。
  ーー＞
  うっそー！！！
  衛星が回転していたら？？？
  どうすんの

  No.7の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2024/11/20 02:00

• ＞NASAは火星よりも240倍離れているボイジャー１号と交信しています
  ーー＞
  証拠は？
  通信が可能かどうか

  No.8の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2024/11/21 08:56

No.8 回答者： yamaya-hositaro 回答日時： 2024/11/21 01:58

＞＞＞それでもだめなんんでは？火星ですよ！

＞
＞＞NASAは火星よりも240倍離れているボイジャー１号と交信しています。
＞
＞していません！

根拠をどうぞ。

No.7 回答者： himagene 回答日時： 2024/11/19 17:28

＞地球方向はどうやって検知するのか？

一言で言うと星を眺めて（カメラで撮影し）自分の位置を知れば時刻と照らし合わせて地球の方向がわかります。恒星までの距離は最短で数光年なので探査機が太陽系の中を動いても星の配置はほとんど変わりません。
＞角度精度はきびしいよね？
一旦、地球の方向がわかれば大したことはありません。現在通信に使っているマイクロ波の多くはXバンド（8GHz）かKaバンド(32GHz)です。それぞれの波長は約4cmと1cmです。パラボラの直径は1m程度なのでマイクロ波ビームの回折による開き角はそれぞれ0.02rad(ラジアン)と0.006radです。つまりポインティングの精度はこの程度に収まっていればいいのです。これらがどのくらいの値かというと、地球から見た太陽や月の視角である約0.01radと比べてください。大雑把に言うと、角度は地上から月や太陽を狙う程度の精度でいいのです。火星と地球の距離は大雑把に言って1億kmなので、火星から送られたビームの直径は地球の軌道付近では地球の５０倍の大きさに広がっています。
アンテナの直径を２倍にすると回折角は半分になるので狙う精度は高い値が必要になりますが地球に届く強度は４倍になります。したがって、大口径アンテナの方が良さそうに思えるでしょうが、その分重くなるので探査機のミッションとの兼ね合いで決めます。

No.6 回答者： yamaya-hositaro 回答日時： 2024/11/19 14:17

＞それでもだめなんんでは？火星ですよ！

NASAは火星よりも240倍離れているボイジャー１号と交信しています。

No.5 回答者： kantansi 回答日時： 2024/11/19 11:56

はい、NASAの火星探査機からの電波は地球まで到達します。

　火星探査機は、地球との通信を維持するために高性能なパラボラアンテナと送信装置を搭載しています。　地球上では、深宇宙ネットワーク（Deep Space Network, DSN） という大型アンテナシステムがこれらの信号を受信しています。

火星探査機から地球への通信の仕組み
方向精度の維持

探査機は地球の方向を非常に正確に向ける必要があります。これを実現するために、次の技術が使われます：

スター・トラッカー: 星の位置を参照して探査機の向きを制御する装置。

太陽センサー: 太陽の位置を測定し、向きを調整。
地球の電波信号の利用: 地球からの信号を基に、自らのアンテナを地球に向ける。

高指向性アンテナの使用

火星探査機には、地球に向けて狭いビームで強い信号を送るための高指向性パラボラアンテナがあります。　このアンテナが地球に正確に向けられることで、信号の強さを保ちます。

深宇宙ネットワーク（DSN）

地球上には、NASAのDSNという専用の通信ネットワークがあり、アメリカ（カリフォルニア州）、スペイン（マドリード）、オーストラリア（キャンベラ）の3カ所に巨大なパラボラアンテナが設置されています。　これにより、火星からの微弱な信号でも受信が可能です。

信号到達の距離と遅延

火星と地球の距離は約5400万～4億kmで変動します。この距離を電波が伝わるには、約3～22分かかります（光速が秒速約30万km）。
微弱な信号は地球に届いた後、ノイズを除去して解読されます。

精度を保つ技術的挑戦

角度精度の問題はありますが、以下の方法で補正しています：

リアクションホイールや姿勢制御システムを使い、探査機の向きを継続的に調整。

探査機の動きに合わせてDSNアンテナも動かし、相対位置を補正。
これらの技術により、地球と火星間の正確な通信が可能となっています。

No.4 回答者： fba 回答日時： 2024/11/18 21:32

…探査機のアンテナは2〜3種類はあってね。

　高速通信用の高利得（パラボラ等）アンテナと、最低限の通信用に無指向性アンテナをセットにして持たせるのが普通です。この中間の特性のアンテナと3種類持ってるやつも多い。

　無指向性アンテナの信号を拾うために、地球側のアンテナは数十mの巨大なパラボラアンテナに超低ノイズの受信部を持たせてます。探査機側での受信についても、巨大で高利得なアンテナに大きな送信出力を与えれば無指向性アンテナでも受信できます、というか受信できるように設計してるんですが。

　で、火星とか木星のように地球より外側の惑星に向かう探査機であれば、高利得アンテナはとりあえず太陽に向ければおおよそ地球の方向になるので、必要なら地球からの信号が一番強くなるように微調整すれば良いのです。探査機の状態が正常であれば、太陽と他の明るい恒星2つくらいの3点（以上）で姿勢の基準を取って地球がどっちに見えるか計算できます。姿勢が正しく制御できない場合は無指向性アンテナで通信して正常な状態を取り戻す対応ですね。

　金星や水星のように地球より内側だととりあえず太陽にという手は使えないので、姿勢を見失うとなかなか大変ではありますが、無指向性アンテナで通信しながら正常な状態を取り戻す対応には変わりありません。

No.3 回答者： bathbadya 回答日時： 2024/11/18 21:02

自分がどっちを向いてるかの物差しを持ってます。

産業用の場合でも、０．０３度の角度が分かる物差し（ロータリーエンコーダー）があります。
この物差しを管理するソフト次第では、精度が１０倍になります。

そもそも、車がブレーキを踏んでもすぐに止まらないことはご存じだと思う。
アンテナを動かすモーターに「動け！」、「止まれ！」の指示を出しても、行き過ぎてしまえば往ったり来たりで、無駄に電力を消耗します。
（超音波モーターを使っているのかな？精度は良いが寿命が短い）

受信アンテナも、地球の各所に設けられている（共有してる）ので、地球の直径なみの受信アンテナサイズになってますよ。

No.2 回答者： kairou 回答日時： 2024/11/18 20:49

地球の観測所から 探査機の制御をしています。

探査機が 単独で 方向を 検知するのではありません。

No.1 回答者： OnneName 回答日時： 2024/11/18 19:50

地球から来ている電波に合わせるだけですね。