El Mariner 1 , construido para realizar el primer sobrevuelo planetario estadounidense de Venus , fue la primera nave espacial del programa American Mariner . La nave espacial llevó a cabo una serie de experimentos para determinar la temperatura de Venus, así como para medir campos magnéticos y partículas cargadas cerca del planeta y en el espacio interplanetario. El Mariner 1 fue lanzado por un cohete Atlas-Agena desde la plataforma 12 de Cabo Cañaveral el 22 de julio de 1962. Poco después, los errores de despegue en la comunicación entre el cohete y sus sistemas de guía terrestres hicieron que el cohete se desviara de su curso, y tuvo que ser destruido por la seguridad del rango .
Tipo de misión | Sobrevuelo de Venus |
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Operador | NASA / JPL |
Duración de la misión | 294,5 segundos No se pudo orbitar |
Propiedades de la nave espacial | |
Tipo de nave espacial | Mariner basado en Ranger Block I |
Fabricante | Laboratorio de propulsión a chorro |
Masa de lanzamiento | 202,8 kilogramos (447 libras) |
Inicio de la misión | |
Fecha de lanzamiento | 22 de julio de 1962 09:21:23 GMT |
Cohete | Atlas LV-3 Agena-B |
Sitio de lanzamiento | Cabo Cañaveral , LC-12 |
Fondo
Como el planeta más cercano a la Tierra, Venus presentó un atractivo objetivo de vuelo espacial en los primeros años de la Carrera Espacial entre las dos entonces superpotencias, Estados Unidos y la Unión Soviética . [1] : 172 Cada diecinueve meses, Venus y la Tierra alcanzan posiciones relativas en sus órbitas alrededor del sol, de modo que se requiere un mínimo de combustible para viajar de un planeta a otro (ver Órbita de Transferencia de Hohmann ). Estas oportunidades marcan el mejor momento para lanzar una nave espacial exploratoria, ya que se puede maximizar el tamaño del paquete de experimentos. [2]
La primera oportunidad de este tipo de la carrera espacial ocurrió a fines de 1957, antes de que cualquiera de las superpotencias tuviera la tecnología para aprovecharla. El segundo, en y alrededor de junio de 1959, estaba en el borde de la posibilidad, y el contratista de la Fuerza Aérea de los EE. UU., Laboratorio de Tecnología Espacial, tenía la intención de aprovecharlo. Un plan redactado en enero de 1959 involucró dos naves espaciales desarrolladas a partir de los primeros Pioneers , una para ser lanzada a través del cohete Thor-Able y la otra a través del Atlas-Able aún no probado . [3] El proyecto resultó demasiado ambicioso y se perdió la ventana de lanzamiento. La sonda Thor-Able fue reutilizada como el explorador del espacio profundo Pioneer 5 , que se lanzó el 11 de marzo de 1960 y mantuvo comunicaciones con la Tierra durante 40.000.000 km mientras viajaba hacia la órbita de Venus. [4] (El concepto de sonda Atlas Able fue reutilizado como las fracasadas sondas Pioneer Atlas Moon.) [5] No se enviaron misiones estadounidenses durante la oportunidad de principios de 1961. Los soviéticos lanzaron Venera 1 el 12 de febrero de 1961, pero dejó de transmitir el 26 de febrero, mucho antes de llegar a Venus. [6]
Para la oportunidad del verano de 1962, la NASA contrató al Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) julio de 1960 [1] : 172 para desarrollar "Mariner A", una nave espacial de 570 kg (1.250 lb) que se lanzará a través del Atlas-Centaur, que aún no ha sido desarrollado . En agosto de 1961, quedó claro que el Centauro no estaría listo a tiempo. JPL propuso a la NASA que la misión podría lograrse con una nave espacial más ligera utilizando el Atlas-Agena, menos potente pero operativo . Se sugirió un híbrido de Mariner A y el explorador lunar Ranger del Bloque 1 del JPL , que ya está en desarrollo. La NASA aceptó la propuesta y el JPL inició un programa de choque de 11 meses para desarrollar "Mariner R" (para Ranger). [7]
Se construyeron tres naves espaciales Mariner R completas: dos para el lanzamiento y una para pruebas y para servir como repuesto. [1] : 174
Una nave espacial para Venus
El diseño de una nave espacial para la exploración de Venus requirió una gran personalización. En el momento del inicio del proyecto Mariner, aún se desconocía mucho sobre Venus. Se sabía que su atmósfera era opaca y que contenía al menos 500 veces más dióxido de carbono que la Tierra. Se desconocía si había agua debajo de la impenetrable capa de nubes, aunque había una pequeña cantidad de vapor de agua sobre ella. Usando el radar, los científicos del JPL habían determinado que Venus tenía una rotación muy lenta, incluso avanzando la hipótesis (luego refutada) de que el planeta estaba bloqueado por mareas con respecto al Sol (como la Luna con respecto a la Tierra). [8] Más allá de eso, se sabía poco, aunque la falta de oxígeno detectado en la atmósfera de Venus sugirió que la vida tal como existía en la Tierra no estaba presente. La enorme cantidad de dióxido de carbono, por otro lado, sugiere que el planeta puede estar sujeto a un fugitivo efecto invernadero con temperaturas de la superficie tan alta como 600 ° K . [7] : 7–8 El conjunto de experimentos de Mariner fue diseñado para medir directamente la temperatura de Venus. Su magnetómetro y su conjunto de detectores de partículas cargadas determinarían si Venus poseía un campo magnético apreciable y un análogo a los cinturones de Van Allen de la Tierra . [9]
Varios de los experimentos de Mariner fueron útiles en la exploración del espacio interplanetario. Como una de las primeras misiones de exploración del espacio profundo, Mariner presentó una oportunidad para la medición a largo plazo del viento solar de partículas cargadas y para mapear las variaciones en la magnetosfera del Sol . También se podrían explorar las concentraciones de micrometeoroides más allá de la vecindad de la Tierra. [1] : 176
El lanzamiento de una misión de larga distancia comparativamente cerca del sol presentó desafíos de ingeniería. Mariner no solo tenía que ser capaz de transmitir datos con éxito desde una distancia de más de 26.000.000 millas (42.000.000 km), sino que tenía que sobrevivir a la radiación solar el doble de la que se encuentra en la órbita terrestre. [1] : 176
Estructura
Todas las naves espaciales Mariner R pesaron dentro de las 3 libras (1,4 kg) del peso de diseño de 447 libras (203 kg), de las cuales 406 libras (184 kg) se dedicaron a sistemas no experimentales: sistemas de maniobra, combustible y equipo de comunicaciones. para recibir comandos y transmitir datos. Una vez desplegado por completo en el espacio, con sus dos "alas" de paneles solares extendidas, el Mariner R tenía 3,7 m (12 pies) de altura y 5,0 m (16,5 pies) de ancho. El cuerpo principal de la nave era hexagonal con seis cajas separadas de equipos electrónicos y electromecánicos. Dos de los casos comprendían el sistema de energía: un equipo de conmutación que regulaba y transmitía energía desde las 9800 celdas solares a la batería de almacenamiento de plata-zinc recargable de 33,3 lb (15,1 kg) de 1000 vatios [10] . Dos más incluían el receptor de radio, el transmisor de tres vatios y los sistemas de control para los experimentos de Mariner. El caso # 5 contenía componentes electrónicos para digitalizar los datos analógicos recibidos por los experimentos para su transmisión. El sexto caso llevaba los tres giroscopios que determinaban la orientación de Mariner en el espacio. También tenía la computadora central y el secuenciador, el "cerebro" de la nave espacial que coordinaba todas sus actividades de acuerdo con el código en sus bancos de memoria y en un horario mantenido por un reloj electrónico sintonizado en un equipo en la Tierra. [1] : 175
En la parte trasera de la nave espacial, se montó un motor de cohete monopropelente ( hidracina anhidra ) de 225 N [10] para las correcciones a mitad de camino. Un sistema de estabilización alimentado por gas nitrógeno de diez toberas de chorro controladas por los giroscopios a bordo, los sensores solares y los sensores de la Tierra, mantuvo a Mariner correctamente orientado para recibir y transmitir datos a la Tierra. [1] : 175
La antena parabólica primaria de "alta ganancia" también se montó en la parte inferior de la nave espacial y se mantuvo apuntando hacia la Tierra. Una antena omnidireccional en la parte superior del Mariner R transmitía en ocasiones que la nave espacial estaba rodando o cayendo fuera de su orientación adecuada, para mantener el contacto con la Tierra, aunque su señal era necesariamente mucho más débil. Mariner R también montó pequeñas antenas en cada una de las alas para recibir comandos de las estaciones terrestres. [1] : 175–176
El control de temperatura era tanto pasivo, con aislamiento y alta reflectividad de los componentes, como activo, con rejillas para proteger la caja que transportaba la computadora de a bordo. En el momento en que se construyó el Mariner R, no existía una cámara de prueba para simular el entorno solar cercano a Venus, por lo que la eficacia de estas técnicas de enfriamiento no se pudo probar hasta la misión en vivo. [1] : 176
Paquete de experimentos
Los experimentos para la medición de Venus y el espacio interplanetario incluyeron:
- Un micrófono de cristal para medir la densidad del "polvo cósmico", montado en el marco central.
- Un detector de protones para contar protones de baja energía en el viento solar, también montado en el marco central.
- Dos tubos Geiger-Müller (GM) y una cámara de iones , para medir partículas cargadas de alta energía en el espacio interplanetario y en el equivalente venusiano de los cinturones de Van Allen de la Tierra (si existieran). Estos se montaron en el eje largo de Mariner para evitar los campos magnéticos del equipo de control, así como la radiación secundaria causada por los rayos cósmicos que golpean la estructura metálica de la nave espacial.
- Un tubo GM de propósito especial de Anton, para medir la radiación de menor energía, particularmente cerca de Venus, también montado lejos del marco central.
- Un magnetómetro fluxgate de tres ejes [10] para medir los campos magnéticos del Sol y de Venus, también montado lejos del marco central.
- Un radiómetro de microondas , una antena parabólica de 20 pulgadas (510 mm) de diámetro, 3 pulgadas (76 mm) de profundidad, diseñada para escanear Venus hacia arriba y hacia abajo en dos longitudes de onda de microondas (19 mm y 13,5 mm), desacelerando e invirtiendo cuando encuentra una punto caliente. La longitud de onda de 19 mm fue para medir la temperatura de la superficie del planeta, mientras que la longitud de onda de 13,5 mm midió la temperatura de las nubes de Venus. El instrumento se montó justo encima del marco central.
- Dos sensores ópticos infrarrojos para la medición paralela de la temperatura de Venus, uno de 8 a 9 micrones , el otro de 10 a 10,8 micrones, también montados sobre el marco central. [1] [7] : 9 [9]
No se incluyó en Mariner R una cámara para fotos visuales. Con el espacio de carga útil escaso, los científicos del proyecto consideraron una cámara un lujo innecesario, incapaz de devolver resultados científicos útiles. Carl Sagan , uno de los científicos de Mariner R, luchó sin éxito por su inclusión, y señaló que no solo podría haber rupturas en la capa de nubes de Venus, sino que "las cámaras también podrían responder preguntas que éramos demasiado tontas para plantearlas". [11]
Plan de vuelo y operaciones en tierra
Teniendo en cuenta el movimiento de la Tierra y Venus, así como las capacidades de lanzamiento del Atlas-Agena y el peso de su carga útil, los ingenieros de JPL determinaron que había una ventana de lanzamiento de 51 días, entre el 22 de julio y el 10 de septiembre, durante el cual un lanzamiento era posible. Solo el Complejo de Lanzamiento 12 de Cabo Cañaveral estaba disponible para el lanzamiento de cohetes Atlas-Agena, y se necesitaron 24 días para preparar un Atlas-Agena para su lanzamiento. Esto significaba que solo había un margen de error de 27 días para un programa de dos lanzamientos. [1] : 174
El objetivo del proyecto Mariner R era lanzar las dos naves espaciales operativas en un período de 30 días en trayectorias ligeramente diferentes, de modo que llegaran a Venus en el mismo período de nueve días, del 8 al 16 de diciembre. [12]
Cada Mariner se lanzaría a una órbita de estacionamiento , tras lo cual el Agena reiniciable dispararía por segunda vez, enviando al Mariner en su camino a Venus (los errores en la trayectoria se corregirían mediante una combustión a mitad de camino de los motores a bordo del Mariner). El seguimiento por radar en tiempo real de la nave espacial Mariner mientras estaba en órbita de estacionamiento y en su salida fue proporcionado por Atlantic Missile Range , con estaciones en Ascension y Pretoria , mientras que el seguimiento óptico fue proporcionado por el Observatorio Palomar . El apoyo espacial fue proporcionado por tres estaciones de rastreo y comunicaciones en Goldstone, California , Woomera, Australia y Johannesburgo, Sudáfrica , cada una separada en el mundo alrededor de 120 ° para una cobertura continua. [7] : 231–233
Lanzamiento fallido
El lanzamiento del Mariner 1 estaba programado para la madrugada del 21 de julio de 1962. La cuenta regresiva comenzó a las 11:33 pm EST después de varios retrasos causados por problemas en el sistema de comando de seguridad de alcance. La preocupación por la causa de un fusible quemado en los circuitos de seguridad de alcance hizo que el lanzamiento se cancelara a las 2:20 am (T menos 79 minutos para el lanzamiento). Esa noche, a las 11:08 pm, se reinició la cuenta regresiva y se procedió con varias retenciones, planificadas y no planificadas, hasta la madrugada del día siguiente.
A las 4:21:23 am del 22 de julio de 1962, el Atlas-Agena del Mariner 1 despegó de la plataforma 12. El propulsor parecía funcionar normalmente hasta que comenzó a desplazarse al noreste de su trayectoria planificada. Se enviaron comandos de dirección al cohete, pero el Atlas-Agena se desvió más de su curso. A las 4:25 am, estaba claro que si el cohete continuaba su curso, podría estrellarse contra el océano Atlántico Norte, poniendo en peligro el transporte marítimo o un área habitada. A las 4:26:16 am, solo seis segundos antes de que se programara la separación del segundo estado de Agena del Atlas, momento en el que la destrucción del cohete sería imposible, un oficial de seguridad ordenó que el cohete se autodestruyera, lo que hizo. . [7] : 231–233
Causa del mal funcionamiento
Debido a la desviación gradual en lugar de brusca de su curso, los ingenieros del JPL sospecharon que la falla radicaba en las ecuaciones de vuelo cargadas en la computadora que guió a Atlas-Agena desde el suelo durante su vuelo. [12] Después de cinco días de análisis posterior al vuelo, los ingenieros del JPL determinaron qué había causado el mal funcionamiento del Mariner 1: un solo error en el código de la computadora de guía. Una de las líneas contenía el símbolo "R" (para "radio"). Se suponía que esta "R" tenía una línea sobre ella ("barra R" o R̄) que indicaba que la computadora de guía debería promediar (suavizar) los datos que estaba recibiendo e ignorar lo que probablemente serían datos falsos. En el código escrito a mano, y luego codificado en tarjetas perforadas y en la computadora de guía, la "barra R" se enumeraba simplemente como "R". [13]
Durante su ascenso, el propulsor del Mariner 1 perdió brevemente el bloqueo de guía con el suelo. Durante este suceso no infrecuente, el Atlas-Agena continuó en un curso preprogramado hasta que se reanudó el bloqueo de orientación con el suelo. [14] Sin embargo, cuando se restableció el bloqueo, la línea de código defectuosa hizo que la computadora de tierra pensara que el cohete ahora ligeramente fuera de curso estaba seriamente fuera de curso y enviara señales defectuosas en un intento de corregir su trayectoria. Esto hizo que el Mariner 1 se desviara más de su curso, lo que hizo necesario su destrucción. [13]
Los relatos populares posteriores del accidente a menudo se refirieron al carácter erróneo como un "guión" (que describe el componente faltante del símbolo) en lugar de una "barra R", esta caracterización alimentada por la descripción de Arthur C. Clarke del mal funcionamiento como "El guión más caro de la historia". [13]
Legado
La pérdida del Mariner 1 constituyó un revés de 18,5 millones de dólares para la NASA. [13] Sin embargo, el Mariner 2 estaba listo para despegar poco más de un mes después. El 27 de agosto de 1962, la nave espacial hermana del Mariner 1 fue lanzada con éxito en su camino para el primer sobrevuelo exitoso de otro planeta. [1] : 171,177
Ver también
- Lista de misiones a Venus
- Lista de errores de software
Referencias
- ^ a b c d e f g h i j k l J.N.James (1965). "El viaje de Mariner II". En Harlow Shapley; Samuel Rapport; Helen Wright (eds.). El nuevo tesoro de la ciencia . Nueva York: Harper & Row. págs. 171-187.
- ^ "¿Cómo utilizan las naves espaciales una órbita para moverse de un planeta a otro?" . Universidad de Northwestern . Consultado el 11 de junio de 2021 .
- ^ "Un plan de desarrollo para 2 sondas interplanetarias" (PDF) . STL. 14 de enero de 1959.
- ^ "Informe final de la misión del proyecto Thor Able-4" (PDF) . STL. 25 de mayo de 1960.
- ^ Adolph K. Thiel (20 de mayo de 1960). "La serie capaz de sondas espaciales" (PDF) . STL.
- ^ "Venera 1" . Archivo coordinado de datos de ciencia espacial de la NASA . Consultado el 15 de agosto de 2019 .
- ^ a b c d e JPL (varios) (1965). Mariner-Venus 1962: Informe final del proyecto (PDF) . Washington, DC: NASA. OCLC 2552152 .
- ^ "Marinero para escanear la superficie de Venus en sobrevuelo" . Semana de la aviación y tecnología espacial . Compañía editorial de McGraw Hill. 12 de junio de 1961. págs. 52–57 . Consultado el 11 de junio de 2021 .
- ^ a b "Instrumentos evolucionan para Mariner Probe" . Semana de la aviación y tecnología espacial . Compañía editorial de McGraw Hill. 5 de febrero de 1962. págs. 57–61 . Consultado el 28 de enero de 2017 .
- ^ a b c "Marinero 1" . NASA . Consultado el 11 de junio de 2021 .
- ^ Elizabeth Howell (3 de diciembre de 2012). "Mariner 2: Primera nave espacial a otro planeta" . space.com . Consultado el 11 de junio de 2021 .
- ^ a b "La misión de Venus falla: nuevo marinero preparado" . Semana de la aviación y tecnología espacial . Compañía editorial de McGraw Hill. 30 de julio de 1962. p. 21 . Consultado el 12 de junio de 2021 .
- ^ a b c d Charles Fishman (18 de junio de 2019). "El guión más caro de la historia" . Empresa rápida . Consultado el 11 de junio de 2021 .
- ^ "Error de ecuación citado en la falla del Mariner 1" . Semana de la aviación y tecnología espacial . Compañía editorial de McGraw Hill. 6 de agosto de 1962. p. 29 . Consultado el 12 de junio de 2021 .
enlaces externos
- Artículo de la NASA sobre el Mariner I
- Perfil de la misión Mariner 1 por la exploración del sistema solar de la NASA
- RISKS Digest detalle sobre la falla del Mariner I