SHARAD

SHARAD ( Mars SHAllow RADar sounder) es un radar de sondeo subsuperficial a bordo de la sonda Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Complementa el radar MARSIS del orbitador Mars Express , ^{[ 1 ]} proporcionando capacidades de penetración menores (unos cientos de metros) pero una resolución mucho más fina de 15 metros en el espacio libre. ^{[ 2 ]}

SHARAD fue desarrollado bajo la responsabilidad de la Agencia Espacial Italiana (ASI, Agenzia Spaziale Italiana) y proporcionado al JPL para su uso a bordo de la nave espacial Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA en el marco de un acuerdo NASA/ASI que prevé la explotación de los datos por un equipo conjunto italo-estadounidense. El departamento INFOCOM de la Universidad Sapienza de Roma es responsable de las operaciones del instrumento, mientras que Thales Alenia Space Italia (anteriormente Alenia Spazio) diseñó y construyó los instrumentos. Las operaciones de SHARAD son gestionadas por INFOCOM desde el Centro de Operaciones SHARAD (SHOC), ubicado en las instalaciones de Alcatel Alenia Space en las afueras de Roma .

SHARAD tiene como objetivo mapear el primer kilómetro debajo de la superficie de Marte , ^{[ 3 ]} proporcionando imágenes de capas de dispersión subsuperficiales con alta resolución vertical (15  m), con la intención de localizar depósitos de agua/hielo y mapear la estructura vertical de las capas subsuperficiales superiores.

SHARAD opera con una frecuencia portadora de 20  MHz, transmitiendo una señal modulada en frecuencia con un ancho de banda de 10  MHz. El ancho de pulso es de 85 μs y la frecuencia de repetición de pulso  nominal es de 700,28 Hz. La potencia de transmisión es de 10 W pico. La antena es un dipolo de 10 m. Se genera una apertura sintética en tierra para reducir los retornos superficiales no deseados de dispersores fuera del nadir , en el mismo rango que los ecos subsuperficiales.   

SHARAD está dividido físicamente en dos elementos:

• La SEB (caja electrónica SHARAD), que contiene todos los componentes electrónicos (controlador de instrumentos, transmisor, receptor y red de adaptación de impedancia de antena ), se encuentra dentro de un marco metálico que actúa como radiador térmico para los módulos electrónicos internos ( el Orbitador de Reconocimiento de Marte es una nave espacial de estructura abierta, y SHARAD tiene un control térmico autónomo).
• La antena , compuesta por dos tubos de fibra, se pliega y se guarda en un soporte (cubierto con un aislante térmico para protegerla del calentamiento producido por el frenado aerodinámico ). Una vez liberada, la antena se extiende hasta su posición gracias a la elasticidad del material. Un cable metálico que recorre el interior de los tubos no conductores constituye el elemento radiante real de la antena. La antena fue diseñada y fabricada por Northrop Grumman Astro Aerospace en Carpinteria, California.

El instrumento opera a una frecuencia de repetición de pulsos (PRF ) fija (700,28  Hz) y el eco se recibe en el rango 1 (es decir, después del segundo pulso transmitido). Se dispone de dos PRF alternativas (una superior y otra inferior) para adaptarse al rango orbital extendido de la misión. Un sistema de seguimiento de bucle abierto, basado en el conocimiento previo de la topografía de la superficie, es el método principal para posicionar la  ventana de recepción de 135 μs en la posición esperada del eco (se dispone de un sistema de seguimiento de bucle cerrado como respaldo).

El procesamiento de señales a bordo del instrumento es mínimo y consiste en una presunción coherente de los ecos recibidos (programable entre 1 y 32 en pasos de potencia de 2) para reducir la tasa de datos generada, con un número programable de bits (8, 6, 4).

La señal chirp se genera directamente sobre la portadora  de 20 MHz mediante un generador chirp digital y se envía al amplificador de potencia, seguido de un conmutador de transmisión/recepción y la red de adaptación . El receptor proporciona amplificación, filtrado y control de ganancia digital directamente en RF, y la señal se digitaliza mediante una técnica de submuestreo a una frecuencia de 26,6 MHz. Un único procesador de señal digital proporciona tanto la función de control como la de procesamiento. 

El equipo industrial de instrumentación está compuesto de la siguiente manera:

• Diseño, integración y prueba de instrumentos: Alcatel Alenia Space Italia ( planta de Roma )
• DES (Subsistema de electrónica digital): Alcatel Alenia Space Italia ( planta de Milán , anteriormente Laben)
• Generador y receptor de chirridos: Alcatel Alenia Space Italia ( plantas de Roma / L'Aquila )
• Transmisor, red de correspondencia: Galileo Avionica ( Milán , Italia)
• Antena: Astro Aerospace ( Carpinteria , CA, EE. UU.)

Si bien los estudios iniciales datan de 2001, el desarrollo a gran escala no se puso en marcha hasta febrero de 2003. El modelo de ingeniería (EM) del instrumento se entregó a Lockheed Martin Space Systems en Denver (responsable de la nave espacial) en marzo de 2004 y se integró en el banco de pruebas del orbitador. El ProtoFlight Model (PFM) fue entregado e integrado en el Mars Reconnaissance Orbiter en Denver en septiembre de 2004. El Mars Reconnaissance Orbiter fue lanzado desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral el 12 de agosto de 2005, con un cohete Atlas V - Centaur , y alcanzó la órbita de Marte el 10 de marzo de 2006. La fase de aerofrenado , necesaria para alcanzar la órbita operativa, duró hasta el 30 de agosto de 2006. El 17 de septiembre de 2006, se desplegó la antena SHARAD, y la primera prueba en vuelo del radar se llevó a cabo con éxito el 19 de septiembre. SHARAD ha estado operativo desde noviembre de 2006.

El radar SHARAD penetró los depósitos de hielo estratificados del polo norte de Marte y reveló una desviación máxima relativamente pequeña (de unos 100 metros) de la roca subyacente, lo que sugiere una litosfera fuerte de más de 300 kilómetros de espesor. ^{[ 4 ]} Los resultados del radar, consistentes con depósitos masivos de hielo de agua en latitudes medias, respaldan la hipótesis de un glaciar cubierto de escombros. ^{[ 5 ]}

El 22 de noviembre de 2016, la NASA informó del hallazgo de una gran cantidad de hielo subterráneo en la región de Utopia Planitia de Marte mediante SHARAD. Se estima que el volumen de agua detectado es equivalente al volumen de agua del lago Superior . ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

Marte - Utopia Planitia El terreno ondulado condujo al descubrimiento de una gran cantidad de hielo subterráneo con suficiente agua para llenar el lago Superior (22 de noviembre de 2016) ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

terreno marciano

Mapa del terreno

Los cálculos del volumen de hielo de agua en la región se basaron en mediciones de SHARAD, el instrumento de radar de penetración terrestre a bordo del Orbitador de Reconocimiento de Marte (MRO).

Los datos del radar SHARAD, al combinarse para formar un modelo 3D, revelan cráteres enterrados en el casquete polar norte. Estos pueden utilizarse para datar ciertas capas. ^{[ 9 ]}

Una investigación publicada en abril de 2011 describió un gran depósito de dióxido de carbono congelado cerca del polo sur. La mayor parte de este depósito probablemente ingresa a la atmósfera de Marte cuando aumenta la inclinación del planeta. Cuando esto ocurre, la atmósfera se espesa, los vientos se intensifican y áreas más grandes en la superficie pueden albergar agua líquida. ^{[ 10 ]} Tras un análisis más profundo, se descubrió que si todos estos depósitos se transformaran en gas, la presión atmosférica en Marte se duplicaría. ^{[ 11 ]} Existen tres capas de estos depósitos; cada una está cubierta por una capa de hielo de agua de 30 metros que impide que el CO₂ _se sublime en la atmósfera. En la sublimación, un material sólido pasa directamente a la fase gaseosa. Estas tres capas están relacionadas con períodos en los que la atmósfera colapsó debido a cambios climáticos. ^{[ 12 ]}

• El LRS (Radar Sonda Lunar) es un radar sonda y altímetro de baja frecuencia que orbita la Luna.
• MARSIS , el radar avanzado de Marte para el sondeo del subsuelo y la ionosfera (MARSIS, por sus siglas en inglés), es un radar de baja frecuencia y un altímetro que orbita sobre Marte.
• RIME , Radar para la Exploración de Lunas Heladas (RIME), es un radar de baja frecuencia y altímetro orbital para las lunas heladas de Júpiter.
• Tianwen-1 : La misión Tianwen-1 planea un radar subsuperficial orbital (OSR) y un radar de penetración terrestre (GPR) basado en un rover para Marte.
• WISDOM (radar) , Observación de Hielo de Agua y Depósitos Subterráneos en Marte (WISDOM), es un radar de penetración terrestre a bordo del rover ExoMars.

• R. Croci et al. - Diseño y funcionamiento de SHARAD - Actas de IGARSS 2007, Barcelona, ​​2007.]

• Página de SHARAD en el sitio web del Orbitador de Reconocimiento de Marte.
• Página SHARAD en el sitio de la Agenzia Spaziale Italiana
• Perfil de instrumentos PDS de la NASA para SHARAD
• Sitio web de SHARAD, anfitrión de PSI