Phobos eclipse detection on Mars : theory and practice

We present a general approach to study solar eclipses by Phobos on Mars: its parameterization and prediction.The validation of the model and the involved parameters is made with the already observed eclipses by previous Mars missions. Eclipse prediction is applied for the past Mars lander missions: Viking, Pathfinder and Phoenix, as well as for the future Mars MetNet Precursor Mission. A successful detection of eclipses could be used for the localization of landers and to study atmospheric properties. We also consider the data analysis, with special emphasis in the tomographic method to identify events which are very localized in space and time. Large computation requirements are needed for the implemented methods. To this propose an efficient Cloud Computing Network Infrastructure has been used.Esittelemme yleisen lähestymistavan Phoboksen auringonpimennysten tutkimiseen, parametrisointiin ja ennustamiseen. Mallin ja sen parametrien validointi tehdään menneiden ja nykyisten Mars-missioiden havaitsemien pimennysten avulla. Pimennysten ennustamista käytetään menneisiin Viking-, Pathfinder- ja Phoenix-laskeutujiin, samoin kuin tulevaan Mars MetNet Precursor missioon. Pimennysten onnistuneita havaintoja voitaisiin käyttää laskeutujien paikantamiseen ja kaasukehän ominaisuuksien tutkimiseen. Käsittelemme myös data-analyysiä, painottaen erityisesti tomografiamenetelmää, havaitaksemme tapahtumia jotka ovat paikallisia ajan ja sijainnin suhteen. Menetelmien toteuttamiseen vaaditaan suuri laskentakapasiteetti. Tämän toteuttamiseen on käytetty pilvilaskentaa

Diseño de materiales virtuales y de blended learning para paliar el efecto de ajuste de presencialidad en los grados de la Facultad de Ciencias Matemáticas

Informe del proyecto de innovación docente para el diseño de una metodología b-learning en distintos grupos de las asignaturas de segundo curso del programa de grados de la Facultad de Matemáticas y desarrollo de materiales de autoaprendizaje y prácticas virtuales

Determinación de las coordenadas de amartizaje de las sondas MetNet

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

Observations of Phobos shadow: Analysis of parameters connecting Earth-Mars reference frames

In this work we present an analysis of several sets of parameters connecting Earth-Mars reference systems by applying an eclipse model to available observations of Phobos eclipses on Mars. Results for the involved parameters needed for the eclipse prediction in our parametrization which better fit the observations are presented. As the comparison is limited to individual eclipse data this may not be an accuracy criterion in general

On the inverse problem of determining Mars lander coordinates using Phobos eclipse observations

This paper deals with an inverse problem concerning the determination of the MetNet Precursor Mission landing site coordinates on Mars using Phobos eclipses detection. The main difficulties are that this problem corresponds to the inversion of a multievaluated and nonlinear function which models the latitudinal and longitudinal Phobos shadow motion across the Mars surface and the use of experimental data involving measurement errors. We consider two different algorithms for the inverse problem: the Levenberg-Marquardt algorithm and the block relaxation method, and we perform numerical tests in order to compare the results obtained. We show the efficiency of an algorithm which employs a recursive least squares estimator based on a coordinate relaxation method. The precision in coordinate determination has been analyzed for different uncertainty values of the observed contact times and for different number of observed eclipses. The numerical results for the planned MetNet Precursor Mission show how, within a landing site band of delta phi = +/- 5 degrees around the equator, a maximum difference of 40 x 60 m between the true position and the solution is attainable with 1 s uncertainties in eclipse time observations

Chronogram of Solar Observations for the EXOMARS16 Solar Irradiance Sensor

La Misión ExoMars16 es la primera misión del programa ExoMars de la ESA, cuyo lanzamiento se realizó el día 14 de marzo de 2016 estando prevista su llegada a Marte en octubre de 2016. Esta misión consta del módulo orbital Gas Tracer Orbiter y del módulo de descenso Schiaparelli. Este último está equipado con tecnología experimental entre la que se encuentra el Sensor de Irradiación Solar (SIS) desarrollado por el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial, incluido dentro del experimento para la caracterización del entorno atmosférico sobre la superficie marciana DREAMS. El principal objetivo del sensor SIS es la medición del espectro solar en la superficie de Marte, la transparencia atmosférica y la concentración de polvo para, combinado con los datos del sensor de campos eléctricos MicroARES, estudiar los mecanismos que inician las tormentas de polvo marcianas. El objetivo de este trabajo es caracterizar la visibilidad del Sol desde el módulo Schiaparelli y establecer un cronograma de observaciones solares para SIS en el tiempo de vida previsto para el módulo sobre la superficie de Marte de 2 a 8 soles. Para establecer el cronograma de observaciones solares se ha calculado la posición del Sol vista desde SIS, determinando el TU de los ortos y ocasos, así como el origen del Local True Solar Time (LTST) en el lugar de amartizaje. Para el cálculo de las coordenadas locales, azimut y altura, se ha realizado una simulación de Montecarlo de 1000 posiciones aleatorias dentro de la elipse de amartizaje prevista por la ESA. Por último, se establece el cronograma de visibilidad del Sol más probable, así como para los puntos característicos de la elipse, que acotan los márgenes de error de dicha determinación. Esto permite planificar adecuadamente las observaciones de radiación solar con SIS. El Sol estará visible durante aproximadamente 12 horas y 26 minutos cada sol.ExoMars16 is the first mission of the ESA ExoMars programme. Its launch is planned for the Mars 2016 window and the arrival to Mars in October 2016. The mission consists of the Trace Gas Orbiter and an entry, descent and landing demonstrator module known as Schiaparelli. The latter is equipped with new testing technologies; including a Solar Irradiation Sensor (SIS) developed by the Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial. SIS belongs to the DREAMS experiment to characterize the atmospheric environment of the Mars surface. SIS main goal is to measure the solar spectrum in Mars, the transparency of the atmosphere and the atmospheric dust content. Combined with the measurement of the electric fields from MicroAres, these measurements will allow to study the role of electric forces on dust lifting, the mechanism that initiates dust storms. The objective of this work is to characterize the visibility of the Sun from the Schiaparelli module and to establish a chronogram of solar observations for SIS. For this establishment the Sun position as seen from SIS has been calculated, determining the sunrises and sunsets times in UT. To obtain local coordinates, azimuth and elevation, a Montecarlo simulation of 1000 random positions within the ESA forecasted landing ellipse for Schiaparelli. Then, the most probable Sun visibility chronogram is determined, as well as the chronogram for the ellipse characteristic points that limit the error margins of this determination. This allows planning adequately the solar irradiation observations for SIS. The Sun will be visible for approximately 12 hours and 26 minutes each sol.Análisis, modelización y explotación de datos en la exploración de Marte: Misiones EXOMARS2016 y EXOMARS2018Unidad Deptal. de Astronomía y GeodesiaFac. de Ciencias MatemáticasTRUEpu

Comparison of the methodology used for orbital parameters determination in the International GNSS Service Analysis Centers

La información orbital, en forma de Órbitas Ultra-Rápidas (IGA e IGU), Órbitas Rápidas (IGR), y Órbitas Finales (IGS), así como de los parámetros de rotación de la Tierra y del offset de los relojes proporcionados por el Servicio GNSS Internacional, desempeña un papel fundamental en soporte de los sistemas de navegación por satélites global GPS y GLONASS. En este trabajo, se compara la metodología utilizada en los diferentes Centros de Análisis del Servicio GNSS Internacional, comparando, entre otros aspectos, los observables utilizados, los modelos de fuerzas, así como el método de ajuste y los procedimientos de integración numérica empleados para el ajuste de las órbitas.The orbital information given in the form of Ultra-Rapid Orbits (IGA and IGU), Rapid Orbits (IGR), and Final Orbits (IGS), as well as the Earth rotational parameters and the clock offset provided by the International GNSS Service plays an important role in supporting the Global Navigation Satellite Systems GPS and GLONASS. In this paper, we compare the observables, the force models, the adjustment methods and the numerical integration procedures applied by the different International GNSS Service Analysis Centers for the orbital parameter determination.Sección Departamental de Física de la Tierra y Astrofísica (Ciencias Matemáticas)Fac. de Ciencias MatemáticasTRUEpu

Station-Keeping Maneuvers to Control the Inclination Evolution of Areostationary Satellites

MEIGA-METNET-PRECURSORCASI-CAMUnidad Deptal. de Astronomía y GeodesiaFac. de Ciencias MatemáticasTRUEpu

Equilibrium positions on stationary orbits and planetary principal inertia axis orientations for the Solar System

We present a qualitative analysis in a phase space to determine the longitudinal equilibrium positions on the planetary stationary orbits by applying an analytical model that considers linear gravitational perturbations. We discuss how these longitudes are related with the orientation of the planetary principal inertia axes with respect to their Prime Meridians, and then we use this determination to derive their positions with respect to the International Celestial Reference Frame. Finally, a numerical analysis of the non-linear effects of the gravitational fields on the equilibrium point locations is developed and their correlation with gravity field anomalies shown.Sección Departamental de Física de la Tierra y Astrofísica (Ciencias Matemáticas)Fac. de Ciencias MatemáticasInstituto de Matemática Interdisciplinar (IMI)TRUEpu