Programa vikingo


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El programa Viking consistía en un par de sondas espaciales estadounidenses idénticas , Viking 1 y Viking 2 , que aterrizaron en Marte en 1976. [1] Cada nave espacial estaba compuesta de dos partes principales: un orbitador diseñado para fotografiar la superficie de Marte desde la órbita , y un módulo de aterrizaje diseñado para estudiar el planeta desde la superficie. Los orbitadores también sirvieron como retransmisores de comunicación para los módulos de aterrizaje una vez que aterrizaron.

El programa de Viking creció de la NASA , aún más ambicioso 's anterior, Voyager programa de Marte, que no estaba relacionada con las exitosas Voyager sondas de espacio profundo de la década de 1970. El Viking 1 se lanzó el 20 de agosto de 1975, y el segundo barco, el Viking 2 , se lanzó el 9 de septiembre de 1975, ambos montados sobre cohetes Titan IIIE con etapas superiores Centaur . Viking 1 entró en la órbita de Marte el 19 de junio de 1976, seguido de Viking 2 el 7 de agosto.

Después de orbitar Marte durante más de un mes y devolver imágenes utilizadas para la selección del lugar de aterrizaje, los orbitadores y los módulos de aterrizaje se separaron; los módulos de aterrizaje luego entraron en la atmósfera marciana y aterrizaron suavemente en los sitios que habían sido elegidos. El módulo de aterrizaje Viking 1 aterrizó en la superficie de Marte el 20 de julio de 1976, más de dos semanas antes de la llegada del Viking 2 a la órbita. Luego, Viking 2 aterrizó con éxito el 3 de septiembre. Los orbitadores continuaron capturando imágenes y realizando otras operaciones científicas desde la órbita mientras los módulos de aterrizaje desplegaban instrumentos en la superficie.

El costo del proyecto era de aproximadamente $ 1 mil millones en el momento del lanzamiento, [4] [5] equivalente a aproximadamente 5 mil millones de dólares en dólares de 2019. [6] La misión se consideró exitosa y se le atribuye haber ayudado a formar la mayor parte del cuerpo de conocimiento sobre Marte a finales de la década de 1990 y principios de la de 2000. [7] [8]

Objetivos científicos

  • Obtenga imágenes de alta resolución de la superficie marciana
  • Caracterizar la estructura y composición de la atmósfera y la superficie.
  • Búsqueda de evidencia de vida en Marte

Orbitadores vikingos

Los objetivos principales de los dos orbitadores Viking eran transportar los módulos de aterrizaje a Marte, realizar reconocimientos para localizar y certificar los sitios de aterrizaje, actuar como retransmisores de comunicaciones para los módulos de aterrizaje y realizar sus propias investigaciones científicas. Cada orbitador, basado en la nave espacial anterior Mariner 9 , tenía un octágono de aproximadamente 2,5 m de ancho. El par orbitador-módulo de aterrizaje completamente alimentado tenía una masa de 3527 kg. Después de la separación y el aterrizaje, el módulo de aterrizaje tenía una masa de aproximadamente 600 kg y el orbitador 900 kg. La masa total de lanzamiento fue de 2328 kg, de los cuales 1445 kg fueron propulsores y control de actitud.gas. Las ocho caras de la estructura en forma de anillo tenían 0,4572 m de altura y, alternativamente, 1,397 y 0,508 m de ancho. La altura total fue de 3,29 m desde los puntos de fijación del módulo de aterrizaje en la parte inferior hasta los puntos de fijación del vehículo de lanzamiento en la parte superior. Había 16 compartimentos modulares, 3 en cada una de las 4 caras largas y uno en cada cara corta. Cuatro alas de paneles solares se extendían desde el eje del orbitador, la distancia de punta a punta de dos paneles solares extendidos opuestamente era de 9,75 m.

Propulsión

La unidad de propulsión principal se montó encima del autobús orbitador . La propulsión fue proporcionada por un motor de cohete de combustible líquido bipropelente ( monometilhidrazina y tetróxido de nitrógeno ) que se podía estabilizar hasta 9 grados . El motor era capaz de un empuje de 1.323  N (297  lbf ), proporcionando un cambio en la velocidad de 1480 m / s . El control de la actitud se logró mediante 12 pequeños chorros de nitrógeno comprimido.

Navegación y comunicación

Un sensor solar de adquisición , un sensor solar de crucero, un rastreador de estrellas Canopus y una unidad de referencia inercial que consta de seis giroscopios permitieron la estabilización de tres ejes. También había dos acelerómetros a bordo. Las comunicaciones se logra a través de una 20 W S-banda (2,3 GHz ) transmisor y dos 20 W TWTA . Una banda X (8,4 GHz) de enlace descendente se añadió también específicamente para la ciencia de radio y para llevar a cabo experimentos de comunicaciones. El enlace ascendente se realizó a través de la banda S (2,1 GHz). Un direccional de dos ejes Se colocó una antena parabólica de plato con un diámetro de aproximadamente 1,5 m en un borde de la base del orbitador, y una antena fija de baja ganancia se extendió desde la parte superior del autobús. Dos grabadoras eran capaces cada una de almacenar 1280 megabits . También estaba disponible una radio de retransmisión de 381 MHz .

Poder

La energía de las dos naves orbitadoras fue proporcionada por ocho paneles solares de 1,57 × 1,23 m , dos en cada ala. Los paneles solares comprendían un total de 34.800 células solares y producían 620 W de potencia en Marte. Power también se almacenó en dos de níquel-cadmio de 30 A · h baterías .

El área combinada de los cuatro paneles era de 15 metros cuadrados (160 pies cuadrados) y proporcionaban energía de corriente continua tanto regulada como no regulada; Se proporcionó energía no regulada al transmisor de radio y al módulo de aterrizaje.

Dos baterías recargables de níquel-cadmio de 30 amperios por hora proporcionaron energía cuando la nave espacial no estaba orientada hacia el Sol, durante el lanzamiento, mientras se realizaban maniobras de corrección y también durante la ocultación de Marte. [9]

Hallazgos principales

Mosaico de imágenes de Marte del orbitador Viking 1

Al descubrir muchas formas geológicas que normalmente se forman a partir de grandes cantidades de agua, las imágenes de los orbitadores provocaron una revolución en nuestras ideas sobre el agua en Marte.. Se encontraron enormes valles fluviales en muchas áreas. Mostraron que las inundaciones de agua atravesaron presas, excavaron valles profundos, erosionaron surcos en el lecho rocoso y viajaron miles de kilómetros. Grandes áreas en el hemisferio sur contenían redes de arroyos ramificados, lo que sugiere que la lluvia una vez cayó. Se cree que los flancos de algunos volcanes han estado expuestos a la lluvia porque se parecen a los causados ​​en los volcanes hawaianos. Muchos cráteres parecen como si el impactador hubiera caído al barro. Cuando se formaron, es posible que el hielo en el suelo se haya derretido, convertido el suelo en barro y luego fluyó a través de la superficie. Normalmente, el material de un impacto sube y luego baja. No fluye por la superficie, esquivando obstáculos, como ocurre en algunos cráteres marcianos. [10] [11] [12] Regiones, llamadas "El terreno caótico "parecía haber perdido rápidamente grandes volúmenes de agua, lo que provocó la formación de grandes canales. La cantidad de agua involucrada se estimó en diez mil veces el flujo del río Mississippi . [13] El vulcanismo subterráneo puede haber derretido el hielo congelado; el agua luego se fue y el suelo se derrumbó para dejar un terreno caótico.

Aterrizadores vikingos

Pintura de fondo de Don Davis, concepto artístico de la superficie de Marte detrás de un artículo de prueba del módulo de aterrizaje Viking representado en el JPL. La "caja de arena".

Cada módulo de aterrizaje constaba de una base de aluminio de seis lados con lados alternos de 1.09 y 0.56 m (3 pies 7 pulgadas y 1 pie 10 pulgadas) de largo, apoyados en tres patas extendidas unidas a los lados más cortos. Las almohadillas para las piernas formaban los vértices de un triángulo equilátero con lados de 2,21 m (7 pies 3 pulgadas) cuando se veían desde arriba, con los lados largos de la base formando una línea recta con las dos almohadillas contiguas. La instrumentación se colocó en el interior y en la parte superior de la base, elevada sobre la superficie por las piernas extendidas. [14]

Cada módulo de aterrizaje estaba encerrado en un escudo térmico de aeroshell diseñado para reducir la velocidad del módulo de aterrizaje durante la fase de entrada. Para evitar la contaminación de Marte por organismos terrestres, cada módulo de aterrizaje, una vez ensamblado y encerrado dentro del aeroshell, se encerró en un "bioshield" presurizado y luego se esterilizó a una temperatura de 111 ° C (232 ° F) durante 40 horas. Por razones térmicas, la tapa del bioshield se descartó después de que la etapa superior del Centauro impulsara la combinación de orbitador / módulo de aterrizaje Viking fuera de la órbita terrestre. [15]

Entrada, descenso y aterrizaje (EDL)

Cada módulo de aterrizaje llegó a Marte unido al orbitador. El conjunto orbitó Marte muchas veces antes de que el módulo de aterrizaje fuera liberado y separado del orbitador para descender a la superficie. El descenso comprendió cuatro fases distintas, comenzando con una quemadura de desorbitación . Luego, el módulo de aterrizaje experimentó una entrada atmosférica con un calentamiento máximo que se produjo unos segundos después del inicio del calentamiento por fricción con la atmósfera marciana. A una altitud de unos 6 kilómetros (3,7 millas) y viajando a una velocidad de 900 kilómetros por hora (600 mph), el paracaídas se desplegó, el aeroshell se soltó y las piernas del módulo de aterrizaje se desplegaron. A una altitud de aproximadamente 1,5 kilómetros (5,000 pies), el módulo de aterrizaje activó sus tres retro-motores y fue liberado del paracaídas. El módulo de aterrizaje utilizó inmediatamente retrocohetes.para frenar y controlar su descenso, con un aterrizaje suave en la superficie de Marte. [dieciséis]

Primera imagen "clara" transmitida desde la superficie de Marte: muestra rocas cerca del módulo de aterrizaje Viking 1 (20 de julio de 1976).

Al aterrizar (después de usar propulsor de cohete), los módulos de aterrizaje tenían una masa de aproximadamente 600 kg.

Propulsión

La propulsión para la desorbita fue proporcionada por la hidracina monopropelente (N 2 H 4 ), a través de un cohete con 12 boquillas dispuestas en cuatro grupos de tres que proporcionaron 32 newtons (7.2 lb f ) de empuje, lo que se traduce en un cambio en la velocidad de 180 m / s. (590 pies / s). Estas boquillas también actuaron como propulsores de control para la traslación y rotación del módulo de aterrizaje.

El descenso terminal (después del uso de un paracaídas ) y el aterrizaje utilizaron tres motores de hidracina monopropelente (uno fijado en cada lado largo de la base, separado por 120 grados). Los motores tenían 18 boquillas para dispersar el escape y minimizar los efectos en el suelo, y eran regulables de 276 a 2667 newtons (62 a 600 lb f ). La hidracina se purificó para evitar la contaminación de la superficie marciana con microbios terrestres . El módulo de aterrizaje transportaba 85 kg (187 lb) de propulsor en el lanzamiento, contenido en dos esferas esféricas de titanio.tanques montados en lados opuestos del módulo de aterrizaje debajo de los parabrisas RTG, dando una masa de lanzamiento total de 657 kg (1448 lb). El control se consigue mediante el uso de una unidad de referencia inercial , cuatro giroscopios , un altímetro de radar , un descenso y aterrizaje terminal de radar , y los propulsores de control.

Poder

La energía fue proporcionada por dos unidades de generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) que contenían plutonio-238 adheridas a lados opuestos de la base del módulo de aterrizaje y cubiertas por pantallas de viento. Cada RTG Viking tenía 28 cm (11 pulgadas) de alto, 58 cm (23 pulgadas) de diámetro, tenía una masa de 13,6 kg (30 libras) y proporcionaba 30 vatios de potencia continua a 4,4 voltios. Cuatro celular húmedo sellada de níquel-cadmio 8 Ah (28.800 culombios ), 28 voltios baterías recargables eran también a bordo para cargas de potencia de pico del mango.

Carga útil

Imagen de Marte tomada por el módulo de aterrizaje Viking 2

Las comunicaciones se realizaron a través de un transmisor de banda S de 20 vatios utilizando dos tubos de ondas viajeras . Se montó una antena parabólica de alta ganancia orientable de dos ejes en un brazo cerca de un borde de la base del módulo de aterrizaje. Una antena omnidireccional de banda S de baja ganancia también se extendía desde la base. Ambas antenas permitieron la comunicación directa con la Tierra, lo que permitió que Viking 1 continuara funcionando mucho después de que ambos orbitadores hubieran fallado. Una antena UHF (381 MHz) proporcionó un relé unidireccional al orbitador utilizando una radio de relé de 30 vatios. El almacenamiento de datos estaba en una grabadora de 40 Mbit y la computadora de aterrizaje tenía una memoria de 6000 palabras para instrucciones de comando.

El módulo de aterrizaje llevaba instrumentos para lograr los principales objetivos científicos de la misión del módulo de aterrizaje: estudiar la biología , la composición química ( orgánica e inorgánica ), la meteorología , la sismología , las propiedades magnéticas , la apariencia y las propiedades físicas de la superficie y la atmósfera marcianas. Se montaron dos cámaras de exploración cilíndricas de 360 ​​grados cerca de un lado largo de la base. Desde el centro de este lado se extendió el brazo del muestreador, con un cabezal colector, un sensor de temperatura y un imán en el extremo. Una meteorologiaLos sensores de auge, temperatura de mantenimiento, dirección del viento y velocidad del viento se extendían hacia afuera y hacia arriba desde la parte superior de una de las patas del módulo de aterrizaje. Un sismómetro , un imán y objetivos de prueba de cámara , y un espejo de aumento están montados frente a las cámaras, cerca de la antena de alta ganancia. Un compartimento interior controlado por el medio ambiente albergaba el experimento de biología y el espectrómetro de masas del cromatógrafo de gases . El espectrómetro de fluorescencia de rayos X también se montó dentro de la estructura. Se colocó un sensor de presión debajo del cuerpo del módulo de aterrizaje. La carga útil científica tenía una masa total de aproximadamente 91 kg (201 lb).

Experimentos biologicos

Los módulos de aterrizaje Viking llevaron a cabo experimentos biológicos diseñados para detectar vida en el suelo marciano (si existía) con experimentos diseñados por tres equipos separados, bajo la dirección del científico jefe Gerald Soffen de la NASA. Un experimento resultó positivo para la detección del metabolismo (vida actual), pero basándose en los resultados de los otros dos experimentos que no revelaron ninguna molécula orgánica en el suelo, la mayoría de los científicos se convencieron de que los resultados positivos probablemente fueron causados ​​por causas no biológicas. reacciones químicas de las condiciones del suelo altamente oxidantes. [17]

Trincheras excavadas por el muestreador de suelo del módulo de aterrizaje Viking 1 .

Aunque hubo un pronunciamiento de la NASA durante la misión diciendo que los resultados del módulo de aterrizaje Viking no demostraron biofirmas concluyentes en los suelos de los dos sitios de aterrizaje, los resultados de las pruebas y sus limitaciones aún están bajo evaluación. La validez de los resultados positivos de la 'Liberación etiquetada' (LR) dependía completamente de la ausencia de un agente oxidante en el suelo marciano, pero el módulo de aterrizaje Phoenix descubrió uno más tarde en forma de sales de perclorato . [18] [19] Se ha propuesto que los compuestos orgánicos podrían haber estado presentes en el suelo analizado tanto por Viking 1 como por Viking 2, pero pasó desapercibido debido a la presencia de perclorato, como lo detectó Phoenix en 2008. [20] Los investigadores encontraron que el perclorato destruirá los orgánicos cuando se calienta y producirá clorometano y diclorometano , los compuestos de cloro idénticos descubiertos por ambos módulos de aterrizaje Viking cuando realizaron la mismas pruebas en Marte. [21]

La cuestión de la vida microbiana en Marte sigue sin resolverse. No obstante, el 12 de abril de 2012, un equipo internacional de científicos informó estudios, basados ​​en especulaciones matemáticas a través del análisis de complejidad de los experimentos de Liberación etiquetada de la Misión Viking de 1976, que pueden sugerir la detección de "vida microbiana existente en Marte". [22] [23] Además, en 2018 se publicaron nuevos hallazgos del reexamen de los resultados del espectrómetro de masas del cromatógrafo de gases (GCMS). [24]

Cámara / sistema de imágenes

El líder del equipo de imágenes fue Thomas A. Mutch , geólogo de la Universidad Brown en Providence, Rhode Island . La cámara utiliza un espejo móvil para iluminar 12 fotodiodos. Cada uno de los 12 diodos de silicio está diseñado para ser sensible a diferentes frecuencias de luz. Se colocan varios diodos para enfocar con precisión a distancias de entre seis y 43 pies del módulo de aterrizaje.

Las cámaras escanearon a una velocidad de cinco líneas de escaneo verticales por segundo, cada una compuesta por 512 píxeles. Las imágenes panorámicas de 300 grados estaban compuestas por 9150 líneas. El escaneo de las cámaras fue lo suficientemente lento como para que en una toma de equipo tomada durante el desarrollo del sistema de imágenes, varios miembros aparecieran varias veces en la toma mientras se movían mientras la cámara escaneaba. [25] [26]

Sistemas de control

Los módulos de aterrizaje Viking utilizaron una computadora de guía, control y secuenciación (GCSC) que constaba de dos computadoras Honeywell HDC 402 de 24 bits con 18K de memoria de cable enchapado , mientras que los orbitadores Viking usaron un subsistema de computadora de comando (CCS) con dos computadoras 18 de diseño personalizado. -procesadores en serie de bits. [27] [28] [29]

Costo financiero del programa Viking

Los dos orbitadores costaron 217 millones de dólares (en ese momento), lo que equivale aproximadamente a mil millones de dólares en dólares del año 2019. [30] [31] La parte más cara del programa fue la unidad de detección de vida del módulo de aterrizaje, que costaba alrededor de 60 millones en ese entonces o 300 millones de dólares en dólares anuales de 2019. [30] [31] El desarrollo del diseño del módulo de aterrizaje Viking costó 357 millones de dólares. [30] Esto fue décadas antes del enfoque "más rápido, mejor y más barato" de la NASA, y Viking necesitaba ser pionero en tecnologías sin precedentes bajo la presión nacional provocada por la Guerra Fría y las secuelas de la Carrera Espacial , todo bajo la perspectiva de posiblemente descubrir vida extraterrestre. por primera vez. [30]Los experimentos tenían que adherirse a una directiva especial de 1971 que ordenaba que ninguna falla detendría el retorno de más de un experimento, una tarea difícil y costosa para un dispositivo con más de 40,000 partes. [30]

Desarrollar el sistema de cámara Viking costó 27,3 millones de dólares, o alrededor de 100 millones en dólares de 2019. [30] [31] Cuando se completó el diseño del sistema de imágenes, fue difícil encontrar a alguien que pudiera fabricar su diseño avanzado. [30] Posteriormente se elogió a los directores del programa por evitar la presión de utilizar un sistema de imágenes más simple y menos avanzado, especialmente cuando aparecieron las vistas. [30] Sin embargo, el programa ahorró algo de dinero al eliminar un tercer módulo de aterrizaje y reducir el número de experimentos en el módulo de aterrizaje. [30]

En general, la NASA dice que se gastaron en el programa mil millones de dólares en dólares de la década de 1970, [4] [5] que cuando se ajusta la inflación a dólares de 2019 es de alrededor de 5 mil millones de dólares. [31]

Fin de la misión

Todas las naves finalmente fallaron, una por una, de la siguiente manera: [1]

El programa Viking terminó el 21 de mayo de 1983. Para evitar un impacto inminente con Marte, la órbita del orbitador Viking 1 se elevó el 7 de agosto de 1980, antes de que se cerrara 10 días después. El impacto y la posible contaminación en la superficie del planeta es posible a partir de 2019. [4]

El módulo de aterrizaje Viking 1 se encontró a unos 6 kilómetros de su lugar de aterrizaje planeado por el Mars Reconnaissance Orbiter en diciembre de 2006. [32]

Artefacto de mensaje

(Ver también Lista de monumentos extraterrestres y Categoría: Artefactos de mensajes )

Cada módulo de aterrizaje Viking llevaba un pequeño punto de microfilm que contenía los nombres de varios miles de personas que habían trabajado en la misión. [33] Varias sondas espaciales anteriores habían transportado artefactos de mensajes, como la placa Pioneer y el Disco de Oro Voyager . Las sondas posteriores también llevaron memoriales o listas de nombres, como el rover Perseverance, que reconoce a los casi 11 millones de personas que se inscribieron para incluir sus nombres en la misión.

Ubicaciones del módulo de aterrizaje vikingo

Acheron FossaeAcidalia PlanitiaAlba MonsAmazonis PlanitiaAonia PlanitiaArabia TerraArcadia PlanitiaArgentea PlanumArgyre PlanitiaChryse PlanitiaClaritas FossaeCydonia MensaeDaedalia PlanumElysium MonsElysium PlanitiaGale craterHadriaca PateraHellas MontesHellas PlanitiaHesperia PlanumHolden craterIcaria PlanumIsidis PlanitiaJezero craterLomonosov craterLucus PlanumLycus SulciLyot craterLunae PlanumMalea PlanumMaraldi craterMareotis FossaeMareotis TempeMargaritifer TerraMie craterMilankovič craterNepenthes MensaeNereidum MontesNilosyrtis MensaeNoachis TerraOlympica FossaeOlympus MonsPlanum AustralePromethei TerraProtonilus MensaeSirenumSisyphi PlanumSolis PlanumSyria PlanumTantalus FossaeTempe TerraTerra CimmeriaTerra SabaeaTerra SirenumTharsis MontesTractus CatenaTyrrhen TerraUlysses PateraUranius PateraUtopia PlanitiaValles MarinerisVastitas BorealisXanthe Terra
La imagen de arriba contiene enlaces en los que se puede hacer clic
( ver • discutir )
Mapa de imágenes interactivo de la topografía global de Marte , superpuesto con las ubicaciones de los sitios Mars Lander y Rover . Pase el mouse sobre la imagen para ver los nombres de más de 60 características geográficas destacadas y haga clic para vincularlas. El color del mapa base indica las elevaciones relativas , según los datos del altímetro láser Mars Orbiter del Mars Global Surveyor de la NASA . Los blancos y marrones indican las elevaciones más altas (+12 a +8 km ); seguido de rosas y rojos+8 a +3 km ); el amarillo es0 km ; verdes y azules son elevaciones más bajas (hasta−8 km ). Los ejes son latitud y longitud ; Se anotan las regiones polares .
(Ver también: mapa de Marte ; mapa / lista de monumentos conmemorativos de Marte )
( ROVER activoInactivoLANDER activoInactivoFuturo )          
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↓ Zhurong (2021)
Vikingo 1 (1976) →
Vikingo 2 (1976) →

Ver también

  • Composición de Marte  - Rama de la geología de Marte
  • Rover curiosidad
  • ExoMars  : programa de astrobiología que estudia Marte
  • Exploración de Marte  : descripción general de la exploración de Marte
  • Vida en Marte  : evaluaciones científicas sobre la habitabilidad microbiana de Marte
  • Lista de misiones a Marte  - artículo de la lista de Wikipedia
  • Lista de rocas en Marte  : lista alfabética de rocas y meteoritos con nombre encontrados en Marte
  • Mariner 9  - Exitosa nave espacial robótica Mars de 1971
  • Mars Science Laboratory  : misión robótica que desplegó el rover Curiosity en Marte en 2012
  • Mars Pathfinder  - Misión que incluye el primer rover robótico para operar en Marte (1997)
  • Norman L. Crabill
  • Rover de oportunidad
  •  Nave espacial robótica: nave espacial sin tripulación, generalmente bajo control telerobótico
  • Exploración espacial  : descubrimiento y exploración del espacio ultraterrestre
  • Spirit rover
  • Historia de la exploración espacial de EE. UU. En sellos de EE. UU.

Referencias

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  33. ^ "Visiones de Marte: entonces y ahora" . La Sociedad Planetaria .

Otras lecturas

enlaces externos

  • Misión Vikinga de Marte de la NASA
  • Misión Vikinga a Marte (NASA SP-334) Archivado el 7 de agosto de 2013 en la Wayback Machine.
  • Hoja de datos del proyecto Solar Views Viking
  • Misión vikinga a Marte Archivado el 16 de julio de 2011 en el video de Wayback Machine.
  • Un diagrama del Viking y su perfil de vuelo.
  • Artículo en el sitio web del Smithsonian Air and Space
  • Proyecto de Educación y Preservación de las Misiones Viking Mars (VMMEPP)
  • Exposición en línea de VMMEPP
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