NASA的“深空网络”与火星轨道器之间精心编排的舞蹈将使该机构的着陆力在着陆及以后期间与地球保持联系。
今天（2021年2月18日），美国国家航空航天局的“火星2020恒心”漫游者与“智慧星球”火星直升机降落在红色星球上时，他们将不会孤单。从“恒心”进入火星的那一刻开始，直到它在火星表面上首次追踪很久之后，两个机器人伙伴将在活动中扮演特殊角色，方法是检查任务的生命体征。
美国国家航空航天局（NASA）的火星侦察轨道器（MRO）和火星大气与易挥发卫星（MAVEN）轨道器是火星中继网络的一部分，该航天器群是目前火星表面任务的生命线-美国宇航局的好奇号漫游者和InSight着陆器。
火星中继网络组成了火星中继网络，目前有五架航天器围绕着红色星球运行，以将命令从地球传输到地面任务，并从中接收科学数据。从左上方顺时针方向：美国国家航空航天局（NASA）的火星勘测轨道器（MRO），火星的大气和易挥发卫星（MAVEN），火星的奥德赛以及欧洲航天局（ESA）的火星快车和微量气体轨道器（TGO）。
尽管可以直接向地球发送和从地球直接发送一些命令和遥测信息，但是大部分情况下，漫游者和着陆器收集的大量科学数据无法，因为这将花费很长时间。大多数返回地球的数据必须首先发送到火星轨道器的头顶，然后再通过行星际空间将数千万英里的数据传输到地球上的无线电天线，包括NASA尊敬的深空网络（DSN）的天线。
“在整个太阳系中维持与我们航天器的通信是一项巨大的努力，但火星表面任务将这一承诺提高到了另一个层次，”南加州NASA喷气推进实验室的DSN项目经理布拉德福德·阿诺德（Bradford Arnold）说。“自从火星全球测量师（MGS）于1997年到达轨道以来，已经增加了稳定的轨道器流，它们携带中继无线电和天线，从而在地面着陆器与地球之间提供了高效的通信。尽管现在这种中继方案的编排对于已部署资产来说已经很司空见惯，但在着陆器到达时的很短时间内协调所有通信链路仍然是极具挑战性的。”
这场舞蹈将确保全世界都能观看毅力的进入，下降和着陆–一系列令人痛苦的事件将随着漫游者的星际巡游结束而开始。
深空网络在马德里（西班牙），戈德斯通（南加州）和堪培拉（澳大利亚）设有地面站。如图所示，马德里的无线电天线将在恒心号进入，下降和着陆期间率先从火星中继网络接收遥测信号。
当恒心在其保护性航空器外壳内进入火星大气层时，流动站将在其几个车载天线之间切换，以保持与地球的接触。其中一些天线使用功能强大的X波段传输，可以直接向DSN发送少量数据。其他人则使用超高频（或UHF）与MRO和MAVEN通信。
DSN由JPL管理，用于NASA的太空通信和导航计划（SCaN），它由位于加利福尼亚南部，西班牙马德里附近以及澳大利亚堪培拉郊外的地面站的几条抛物线形无线电天线组成。这种配置使任务控制者可以在地球的每日自转过程中随时与航天器在整个太阳系中进行通信。在恒心号着陆期间，马德里的天线将在火星上接受训练，并在接收数据时起带头作用。加利福尼亚州巴斯托附近的戈德斯通综合大楼也将作为后备监听。
自2004年NASA的“火星探测漫游者精神与机遇”号登陆以来，科学数据已定期通过火星轨道器传递到DSN，首先是MGS，然后是2001年以来一直在火星上空飞行的NASA老兵奥德赛轨道器。
因为从地球的角度来说，毅力下降和降落的最后两分钟大部分都将超出火星的视线，所以“直接对地” X波段通信将是不可能的，流动站将仅通过MRO和MAVEN与地球通信土地。
自2006年以来，MRO被设计为科学飞行任务，并作为降落地面任务的通信中继站。但是它进行了升级，以为恒心登陆做准备。
“在过去的一年中，MRO航天器的软件及其UHF无线电已经进行了更新，以允许在EDL期间几乎立即返回收集的数据。MRO将捕获由恒心公司传输的遥测数据，并使用其3米（10英尺）长的天线将其立即传输到地球。” JPL火星中继网络经理Roy Gladden说。“我们称之为“弯曲管道”，即使火星挡住了地球的视线，这也使我们能够从毅力中获得口碑。
杰泽罗的第一句话
当MRO几乎实时转播Perseverance的着陆时，任务控制工程师希望在下午12:55之后立即确认着陆-并收到第一张图片。太平洋标准时间（美国东部标准时间下午3:55）。由于信号必须从火星传播到地球，因此航天器将在11分22秒之前着陆（称为“航天器事件时间”）。
之后，在下午4:27左右。太平洋标准时间（美国东部标准时间下午7:27），奥德赛将在着陆点上空飞行并与流动站进行通信以确认其健康状况。此后的下一个中继会话将在下午6:36左右开始。美国航天局（欧洲航天局）的追踪气体轨道飞行器（TGO）的太平洋标准时间（美国东部标准时间下午9:36），它还将检查恒心的健康状况，并中继流动站从着陆点传送来的任何图像。
此外，MAVEN将通过数据丰富的广谱记录捕获整个着陆，并将在着陆后数小时将信息发送回地球。此数据可用于填充EDL期间流动站的任何遥测（工程数据），而在初始中继期间MRO会错过这些遥测（遥测数据），并提供事件的其他度量。
这个伙伴系统有助于确保恒心在Jezero Crater的历史性着陆过程中丢失的数据很少，同时还可以确认流动站的运行状况及其精确位置。
科学运作
当然，着陆后通讯并不会停止。那是开始向恒心发送命令并接收流动站庞大的科学数据输出的复杂任务的时候了。
在执行任务期间，流动站将在火星中继网络中为所有轨道器提供支持-包括NASA的MRO，MAVEN，Odyssey和ESA的TGO，它们在过去的几年中一直在该网络中发挥关键作用。如有需要，甚至可以使用ESA的Mars Express轨道器进行紧急通信。NASA轨道器仅与DSN通信，而ESA轨道器也通过欧洲空间跟踪网络和位于俄罗斯的地面站进行通信。
尽管火星中继网络已经扩大到包括更多的航天器和更多的国际合作伙伴，但是在为每个轨道飞行器天桥安排中继会话时，每次执行新的水面任务都会增加复杂性。
“好奇号和InSight在火星上彼此足够接近，以至于它们在飞越的同时几乎总是被轨道飞行器看到。毅力会降落到足够远的地方，以至于MRO，TGO和Odyssey无法同时看到，但有时轨道更大的MAVEN能够同时看到所有三辆车。”“由于我们在与所有三个着陆器通信时使用相同的频率集，因此我们必须仔细计划每个轨道器与每个着陆器进行对话的时间。在过去的18年中，随着漫游者和着陆器的来回走动（包括与ESA的合作），我们在这一方面变得很出色。我们很高兴看到火星中继网络在返回Perseverance庞大的数据集的同时创下了新的吞吐量记录。”
最终，通过这种将地球与火星连接起来的通信方式，我们将能够看到由恒心拍摄的高分辨率图像（并听到第一声声音），科学家们将能够进一步了解红色星球的古代地质和令人着迷的天文生物学潜力。
关于毅力的更多信息
恒心号在火星上的任务的主要目标是天体生物学，包括寻找古代微生物生命的迹象。流浪者将表征地球的地质和过去的气候，为人类探索红色星球铺平道路，并将是收集和储存火星岩石和重石的第一个任务。
NASA目前正在与ESA合作考虑进行后续飞行任务，这将把航天器送往火星，以从地表收集这些密封的样本，然后将它们送回地球进行深入分析。
火星2020任务是NASA一项更大计划的一部分，该计划包括对月球的访问，以此为人类对红色星球的探索做准备。NASA负责在2024年之前将宇航员送回月球，到2028年，它将通过NASA的Artemis月球探测计划在月球及其周围建立持久的人类存在。
JPL由加利福尼亚州帕萨迪纳市的加州理工学院（Caltech）为NASA管理，建造并管理了恒心漫游车的运营。
