Marinero 2 - Mariner 2
 Representación de Mariner 2 en el espacio
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| Tipo de misión | Sobrevuelo planetario |
|---|---|
| Operador | NASA / JPL |
| Designación de Harvard | 1962 Alpha Rho 1 |
| ID COSPAR | 1962-041A |
| SATCAT no. | 374 |
| Duración de la misión | 4 meses, 7 días |
| 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) |
| Poder | 220 vatios (en el encuentro con Venus) |
| Inicio de la misión | |
| Fecha de lanzamiento | 27 de agosto de 1962, 06:53:14 UTC |
| Cohete | Atlas LV-3 Agena-B |
| Sitio de lanzamiento | Cabo Cañaveral LC-12 |
| Fin de la misión | |
| Ultimo contacto | 3 de enero de 1963 7:00 UT |
| Parámetros orbitales | |
| Sistema de referencia | Heliocéntrico |
| Altitud del perihelio | 105,464,560 kilómetros (56,946,310 millas náuticas) |
| Época | 27 de diciembre de 1962 |
| Sobrevuelo de Venus | |
| Acercamiento más cercano | 14 de diciembre de 1962 |
| Distancia | 34,773 kilómetros (18,776 millas náuticas) |
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Mariner 2 ( Mariner-Venus 1962 ), una sonda espacial estadounidense a Venus , fue la primera sonda espacial robótica en realizar un encuentro planetario exitoso. La primera nave espacial exitosa en el programa Mariner de la NASA , era una versión simplificada de la nave espacial Block I del programa Ranger y una copia exacta del Mariner 1 . Las misiones de las naves espaciales Mariner 1 y 2 a veces se conocen como misiones Mariner R. Los planes originales requerían que las sondas se lanzaran en el Atlas-Centaur , pero los serios problemas de desarrollo con ese vehículo obligaron a cambiar a la segunda etapa Agena B, mucho más pequeña . Como tal, el diseño de los vehículos Mariner R se simplificó enormemente. Se llevó mucha menos instrumentación que en las sondas soviéticas Venera de este período, por ejemplo, renunciando a una cámara de televisión, ya que el Atlas-Agena B tenía solo la mitad de la capacidad de elevación que el propulsor soviético 8K78 . La nave espacial Mariner 2 fue lanzada desde Cabo Cañaveral el 27 de agosto de 1962 y pasó tan cerca como 34,773 kilómetros (21,607 millas) de Venus el 14 de diciembre de 1962.
La sonda Mariner consistía en un bus hexagonal de 100 cm (39,4 pulgadas) de diámetro, al que se conectaban paneles solares , brazos de instrumentos y antenas . Los instrumentos científicos a bordo de la nave espacial Mariner fueron: dos radiómetros (uno para las porciones de microondas e infrarrojo del espectro ), un sensor de micrometeoritos , un sensor de plasma solar , un sensor de partículas cargadas y un magnetómetro . Estos instrumentos fueron diseñados para medir la distribución de temperatura en la superficie de Venus y para realizar mediciones básicas de la atmósfera de Venus .
La misión principal era recibir comunicaciones de la nave espacial en las cercanías de Venus y realizar mediciones radiométricas de temperatura del planeta. Un segundo objetivo fue medir el campo magnético interplanetario y el entorno de partículas cargadas.
De camino a Venus, el Mariner 2 midió el viento solar , un flujo constante de partículas cargadas que fluyen hacia afuera desde el Sol , confirmando las mediciones de Luna 1 en 1959. También midió el polvo interplanetario , que resultó ser más escaso de lo previsto. Además, Mariner 2 detectó partículas cargadas de alta energía provenientes del Sol, incluidas varias llamaradas solares breves , así como rayos cósmicos del exterior del Sistema Solar . Mientras volaba por Venus el 14 de diciembre de 1962, el Mariner 2 escaneó el planeta con su par de radiómetros, revelando que Venus tiene nubes frías y una superficie extremadamente caliente.
Naves espaciales y subsistemas
La nave espacial Mariner 2 fue diseñada y construida por el Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto de Tecnología de California . Consistía en una base hexagonal, de 1,04 metros (41 pulgadas) de ancho y 0,36 metros (14 pulgadas) de alto, que contenía seis chasis de magnesio que albergaban la electrónica para los experimentos científicos, comunicaciones, codificación de datos, computación, tiempo y control de actitud, y el control de potencia, la batería y el cargador de batería , así como las botellas de gas del control de actitud y el motor cohete. En la parte superior de la base había un mástil alto en forma de pirámide en el que se montaron los experimentos científicos, lo que llevó la altura total de la nave espacial a 3,66 metros (12,0 pies). Unidas a cada lado de la base había alas rectangulares de paneles solares con una luz total de 5,05 metros (16,6 pies) y un ancho de 0,76 metros (2,5 pies). Unida por un brazo a un lado de la base y extendiéndose por debajo de la nave había una gran antena parabólica direccional. El sistema de energía del Mariner 2 constaba de dos alas de células solares, una de 183 por 76 centímetros (72 por 30 pulgadas) y la otra de 152 por 76 centímetros (60 por 30 pulgadas) (con una extensión de dacrón de 31 centímetros (12 pulgadas) (una vela solar ) para equilibrar la presión solar en los paneles), que alimentaba la nave directamente o recargaba una batería sellada de plata y zinc de 1000 vatios-hora . Esta batería se utilizó antes de que se desplegaran los paneles, cuando los paneles no estaban iluminados por el sol y cuando las cargas eran pesadas. Un dispositivo regulador de aumento y conmutación de energía controlaba el flujo de energía. Las comunicaciones consistieron en un transmisor de 3 vatios capaz de operación de telemetría continua, la gran antena parabólica direccional de alta ganancia, una antena omnidireccional cilíndrica en la parte superior del mástil de instrumentos y dos antenas de comando, una en el extremo de cada panel solar, que recibió instrucciones para maniobras a mitad de camino y otras funciones.
La propulsión para las maniobras de mitad de curso fue suministrada por un retrocohete monopropelente ( hidracina anhidra ) de 225 newtons (51 lbf). La hidrazina se encendió usando tetróxido de nitrógeno y gránulos de óxido de aluminio , y la dirección de empuje se controló mediante cuatro paletas de chorro situadas debajo de la cámara de empuje. El control de actitud con un error de puntería de 1 grado se mantuvo mediante un sistema de chorros de gas nitrógeno. El Sol y la Tierra se utilizaron como referencias para la estabilización de actitud. La sincronización y el control generales se realizaron mediante una computadora central digital y un secuenciador. El control térmico se logró mediante el uso de superficies pasivas reflectantes y absorbentes, protectores térmicos y persianas móviles.
Instrumentos cientificos
Solo 18 kilogramos (40 libras) de la nave espacial podrían asignarse a experimentos científicos.
Resumen de instrumentos:
- Radiómetro de microondas
- Radiómetro infrarrojo
- Magnetómetro fluxgate de tres ejes
- Detector de rayos cósmicos
- Detector de polvo cósmico
- Espectrómetro de plasma solar
- Detector de partículas
Los siguientes instrumentos científicos se montaron en el mástil y la base del instrumento:
- Un radiómetro de microondas de dos canales del tipo de video de cristal que opera en el modo estándar de Dicke de cortar entre la antena principal, apuntando al objetivo, y una bocina de referencia apuntada al espacio frío. Se utilizó para determinar la temperatura absoluta de la superficie de Venus y los detalles relacionados con su atmósfera a través de sus características de radiación de microondas, incluidos los hemisferios de luz diurna y oscura, y en la región del terminador. Las mediciones se realizaron simultáneamente en dos bandas de frecuencia de 13,5 mm y 19 mm. El peso total del radiómetro fue de 10 kilogramos (22 libras). Su consumo de energía promedio fue de 4 vatios y su consumo máximo de energía de 9 vatios.
- Un radiómetro infrarrojo de dos canales para medir las temperaturas efectivas de pequeñas áreas de Venus. La radiación que se recibió podría originarse en la superficie planetaria, las nubes en la atmósfera, la atmósfera misma o una combinación de estas. La radiación se recibió en dos rangos espectrales: de 8 a 9 μm (enfocada en 8.4 μm) y de 10 a 10.8 μm (enfocada en 10.4 μm). Este último corresponde a la banda de dióxido de carbono . El peso total del radiómetro infrarrojo, que estaba alojado en una fundición de magnesio, era de 1,3 kilogramos (2,9 libras) y requería 2,4 vatios de potencia. Fue diseñado para medir temperaturas de radiación entre aproximadamente 200 y 500 K (-73 y 227 ° C; -100 y 440 ° F).
- Un magnetómetro fluxgate de tres ejes para medir campos magnéticos planetarios e interplanetarios. Se incorporaron tres sondas en sus sensores, por lo que pudo obtener tres componentes mutuamente ortogonales del vector de campo. Las lecturas de estos componentes se separaron 1,9 segundos. Tenía tres salidas analógicas que tenían cada una dos escalas de sensibilidad: ± 64 γ y ± 320 γ (1 γ = 1 nanotesla ). Estas escalas fueron cambiadas automáticamente por el instrumento. El campo que observó el magnetómetro fue la superposición de un campo espacial casi constante y el campo interplanetario. Por lo tanto, midió efectivamente solo los cambios en el campo interplanetario.
- Una cámara de ionización con tubos Geiger-Müller emparejados (también conocido como detector de rayos cósmicos) para medir la radiación cósmica de alta energía.
- Un detector de partículas (implementado mediante el uso de un tubo Geiger-Müller tipo 213 de Anton) para medir la radiación más baja (especialmente cerca de Venus), también conocido como detector de Iowa, ya que fue proporcionado por la Universidad de Iowa . Era un tubo en miniatura que tenía una ventana de mica de 1,2 mg / cm2 de aproximadamente 0,3 centímetros (0,12 pulgadas) de diámetro y un peso de aproximadamente 60 gramos (2,1 onzas). Detectó rayos X suaves de manera eficiente y ultravioleta de manera ineficiente, y se usó anteriormente en Injun 1 , Explorer 12 y Explorer 14 . Fue capaz de detectar protones por encima de 500 keV en energía y electrones por encima de 35 keV. La longitud de la trama de telemetría básica fue de 887,04 segundos. Durante cada cuadro, la tasa de conteo del detector se muestreó dos veces a intervalos separados por 37 segundos. El primer muestreo fue el número de conteos durante un intervalo de 9.60 segundos (conocido como "puerta larga"); el segundo fue el número de recuentos durante un intervalo de 0,827 segundos (conocido como "puerta corta"). El acumulador de puerta larga se desbordó en la cuenta 256 y el acumulador de puerta corta se desbordó en la cuenta 65 536. La velocidad máxima de conteo del tubo fue de 50.000 por segundo.
- Un detector de polvo cósmico para medir el flujo de partículas de polvo cósmico en el espacio.
- Un espectrómetro de plasma solar para medir el espectro de partículas cargadas positivamente del Sol de baja energía, es decir, el viento solar .
El magnetómetro se colocó en la parte superior del mástil debajo de la antena omnidireccional . Los detectores de partículas se montaron en la mitad del mástil, junto con el detector de rayos cósmicos. El detector de polvo cósmico y el espectrómetro de plasma solar se colocaron en los bordes superiores de la base de la nave espacial. El radiómetro de microondas, el radiómetro infrarrojo y las bocinas de referencia del radiómetro se montaron rígidamente en una antena de radiómetro parabólico de 48 centímetros (19 pulgadas) de diámetro montada cerca de la parte inferior del mástil. Todos los instrumentos se utilizaron durante los modos de crucero y encuentro, excepto los radiómetros, que solo se utilizaron en las inmediaciones de Venus.
Además de estos instrumentos científicos, Mariner 2 tenía un sistema de acondicionamiento de datos (DCS) y una unidad científica de conmutación de energía (SPS). El DCS era un sistema electrónico de estado sólido diseñado para recopilar información de los instrumentos científicos a bordo de la nave espacial. Tenía cuatro funciones básicas: conversión de analógico a digital, conversión de digital a digital, sincronización de muestreo y calibración de instrumentos y adquisición planetaria. La unidad SPS fue diseñada para realizar las siguientes tres funciones: control de la aplicación de energía CA a partes apropiadas del subsistema científico, aplicación de energía a los radiómetros y remoción de energía de los experimentos de crucero durante los períodos de calibración del radiómetro, y control de la velocidad y dirección de las exploraciones del radiómetro. El DCS envió señales a la unidad SPS para realizar las dos últimas funciones.
Objetivos de la misión
Los objetivos científicos fueron:
- Experimento de radiómetro.
- Experimento de infrarrojos.
- Experimento del magnetómetro.
- Experimento de partículas cargadas.
- Experimento de plasma.
- Experimento de micrometeoritos.
Además de los experimentos con los instrumentos científicos, los objetivos de las sondas Mariner 1 y 2 también incluían objetivos de ingeniería:
- Evaluación del sistema de control de actitud.
- Evaluación del sistema de control ambiental.
- Evaluación de todo el sistema eléctrico.
- Evaluación del sistema de comunicación.
Perfil de la misión
Lanzamiento
El Mariner 2 fue lanzado desde el Complejo de Lanzamiento 12 de la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral a las 06:53:14 UTC el 27 de agosto de 1962 por un cohete Atlas-Agena de dos etapas .
El cohete Atlas-Agena de dos etapas que transportaba al Mariner 1 se había desviado de su curso durante su lanzamiento el 22 de julio de 1962 debido a una señal defectuosa del Atlas y un error en las ecuaciones del programa de la computadora de guía terrestre, por lo que el La nave espacial fue destruida por el oficial de seguridad de campo .
Dos días después de ese lanzamiento, la sonda de respaldo y el propulsor (vehículo Atlas 179D) se implementaron en LC-12. El Atlas resultó problemático para prepararse para el lanzamiento, y se produjeron varios problemas graves con el piloto automático, incluido un reemplazo completo del servoamplificador después de que sufrió daños en los componentes debido a transistores en cortocircuito. A las 1:53 a.m. EST del 27 de agosto, se lanzó el Mariner 2.
El vuelo procedió normalmente hasta el punto de corte del motor de refuerzo, momento en el que el motor vernier V-2 perdió el control de cabeceo y guiñada. El nonio comenzó a oscilar y a golpear sus topes, lo que provocó un giro rápido del vehículo de lanzamiento que estuvo a punto de amenazar la integridad de la pila. En T + 189 segundos, el balanceo se detuvo y el lanzamiento continuó sin incidentes. El movimiento de balanceo del Atlas resultó en que la guía terrestre perdiera su bloqueo en el propulsor y evitara que se enviaran comandos de respaldo para contrarrestar el balanceo. El incidente se debió a una conexión eléctrica suelta en el transductor de retroalimentación a vernier, que fue empujado hacia su lugar por la fuerza centrífuga del rollo, que también, por afortunada coincidencia, dejó al Atlas a solo unos grados de donde comenzó y dentro del rango. del sensor horizontal de Agena. Como consecuencia de este episodio, GD / A implementó una fabricación mejorada de arneses de cableado y procedimientos de verificación.
Cinco minutos después del despegue, Atlas y Agena-Mariner se separaron, seguidos por la primera quemadura de Agena y la segunda quemadura de Agena. La separación Agena-Mariner inyectó la nave espacial Mariner 2 en una hipérbola de escape geocéntrica a los 26 minutos y 3 segundos después del despegue. La estación de seguimiento NDIF de la NASA en Johannesburgo, Sudáfrica, adquirió la nave espacial unos 31 minutos después del lanzamiento. La extensión del panel solar se completó aproximadamente 44 minutos después del lanzamiento. El bloqueo solar adquirió el sol unos 18 minutos más tarde. La antena de alta ganancia se amplió a su ángulo de adquisición de 72 °. La producción de los paneles solares estuvo ligeramente por encima del valor previsto.
Como todos los subsistemas funcionaban normalmente, con la batería completamente cargada y los paneles solares proporcionando la energía adecuada, el 29 de agosto se tomó la decisión de activar los experimentos científicos de crucero. El 3 de septiembre, se inició la secuencia de adquisición de la Tierra y el bloqueo de la Tierra se estableció 29 minutos después.
Maniobra de mitad de curso
Debido a que el Atlas-Agena desvió un poco a Mariner de su curso, la nave requirió una corrección a mitad de camino, que consistía en una secuencia de giro y giro, seguida de una secuencia de giro de paso y finalmente una secuencia de encendido del motor. Los comandos de preparación se enviaron a la nave espacial a las 21:30 UTC del 4 de septiembre. El inicio de la secuencia de maniobras de mitad de curso se envió a las 22:49:42 UTC y la secuencia de giro-giro comenzó una hora más tarde. Toda la maniobra duró aproximadamente 34 minutos.
Debido a la maniobra de mitad de curso, los sensores perdieron su bloqueo con el Sol y la Tierra. A las 00:27:00 UTC comenzó la readquisición del Sol y a las 00:34 UTC se volvió a adquirir el Sol. La readquisición de la Tierra comenzó a las 02:07:29 UTC y la Tierra fue readquirida a las 02:34 UTC.
Pérdida de control de actitud
El 8 de septiembre a las 12:50 UTC, la nave espacial experimentó un problema con el control de actitud . Encendió automáticamente los giroscopios y los experimentos científicos de crucero se apagaron automáticamente. Se desconoce la causa exacta ya que los sensores de actitud volvieron a la normalidad antes de que se pudieran muestrear las mediciones de telemetría, pero puede haber sido un mal funcionamiento del sensor de la Tierra o una colisión con un pequeño objeto no identificado que provocó temporalmente que la nave espacial perdiera el bloqueo solar. Una experiencia similar ocurrió el 29 de septiembre a las 14:34 UTC. Una vez más, todos los sensores volvieron a la normalidad antes de que se pudiera determinar qué eje había perdido el bloqueo. Para esta fecha, la indicación de brillo del sensor de la Tierra se había reducido esencialmente a cero. Esta vez, sin embargo, los datos de telemetría indicaron que la medición del brillo de la Tierra había aumentado al valor nominal para ese punto de la trayectoria.
Salida del panel solar
El 31 de octubre, la producción de un panel solar (con vela solar adjunta) se deterioró abruptamente. Fue diagnosticado como un cortocircuito parcial en el panel. Como medida de precaución, los instrumentos científicos de crucero se apagaron. Una semana después, el panel reanudó su funcionamiento normal y los instrumentos científicos de crucero se volvieron a encender. El panel falló permanentemente el 15 de noviembre, pero el Mariner 2 estaba lo suficientemente cerca del Sol como para que un panel pudiera suministrar la energía adecuada; por lo tanto, los experimentos científicos de cruceros se dejaron activos.
Encuentro con Venus
Mariner 2 fue la primera nave espacial en encontrar con éxito otro planeta, pasando tan cerca como 34,773 kilómetros (21,607 millas) de Venus después de 110 días de vuelo el 14 de diciembre de 1962.
Post encuentro
Después del encuentro, se reanudó el modo crucero. El perihelio de la nave espacial ocurrió el 27 de diciembre a una distancia de 105,464,560 kilómetros (65,532,640 millas). La última transmisión del Mariner 2 se recibió el 3 de enero de 1963 a las 07:00 UTC, lo que hace que el tiempo total desde el lanzamiento hasta la terminación de la misión Mariner 2 sea de 129 días. El Mariner 2 permanece en órbita heliocéntrica .
Resultados
Los datos producidos durante el vuelo consistieron en dos categorías: a saber. , seguimiento de datos y datos de telemetría. Un dato particularmente digno de mención recopilado durante el sobrevuelo pionero fue la alta temperatura de la atmósfera, medida en 500 ° C (773 K ; 932 ° F ). También se midieron por primera vez varias propiedades del viento solar .
Observaciones científicas
El radiómetro de microondas hizo tres escaneos de Venus en 35 minutos el 14 de diciembre de 1962 a partir de las 18:59 UTC. El primer escaneo se realizó en el lado oscuro, el segundo cerca del terminador y el tercero en el lado claro. Las exploraciones con la banda de 19 mm revelaron temperaturas máximas de 490 ± 11 K (216,9 ± 11,0 ° C; 422,3 ± 19,8 ° F) en el lado oscuro, 595 ± 12 K cerca del terminador y 511 ± 14 K en el lado claro. . Se concluyó que no existe una diferencia significativa de temperatura en Venus. Sin embargo, los resultados sugieren un oscurecimiento de las extremidades , efecto que presenta temperaturas más frías cerca del borde del disco planetario y temperaturas más altas cerca del centro. Esto fue evidencia de la teoría de que la superficie de Venus era extremadamente caliente y la atmósfera ópticamente gruesa.
El radiómetro infrarrojo mostró que las temperaturas de radiación de 8,4 μm y 10,4 μm estaban de acuerdo con las temperaturas de radiación obtenidas a partir de mediciones realizadas en la Tierra. No hubo una diferencia sistemática entre las temperaturas medidas en el lado claro y oscuro del planeta, lo que también estaba de acuerdo con las mediciones realizadas en la Tierra. El efecto de oscurecimiento de las extremidades que detectó el radiómetro de microondas también estuvo presente en las mediciones de ambos canales del radiómetro infrarrojo. El efecto estuvo solo ligeramente presente en el canal de 10,4 μm, pero fue más pronunciado en el canal de 8,4 μm. El canal de 8,4 µm también mostró un ligero efecto de fase. El efecto de fase indicó que si existía un efecto invernadero, el calor se transportaba de manera eficiente desde el lado claro al lado oscuro del planeta. Los 8,4 μm y 10,4 μm mostraron temperaturas de radiación iguales, lo que indica que el efecto de oscurecimiento de las extremidades parecería provenir de una estructura de nubes en lugar de la atmósfera. Por lo tanto, si las temperaturas medidas fueran en realidad temperaturas de las nubes en lugar de temperaturas de la superficie, estas nubes tendrían que ser bastante gruesas.
El magnetómetro detectó un campo magnético interplanetario persistente que variaba entre 2 γ y 10 γ ( nanotesla ), lo que concuerda con las observaciones anteriores de Pioneer 5 de 1960. Esto también significa que el espacio interplanetario rara vez está vacío o sin campos. El magnetómetro pudo detectar cambios de aproximadamente 4 γ en cualquiera de los ejes, pero no se detectaron tendencias por encima de 10 γ cerca de Venus, ni se observaron fluctuaciones como las que aparecen en la terminación magnetosférica de la Tierra . Esto significa que Mariner 2 no encontró ningún campo magnético detectable cerca de Venus, aunque eso no significaba necesariamente que Venus no tuviera ninguno. Sin embargo, si Venus tuviera un campo magnético, entonces tendría que ser al menos menor que 1/10 del campo magnético de la Tierra. En 1980, el Pioneer Venus Orbiter demostró de hecho que Venus tiene un campo magnético pequeño y débil.
El tubo Anton tipo 213 Geiger-Müller funcionó como se esperaba. La tasa promedio fue de 0,6 cuentas por segundo. Los aumentos en su tasa de conteo fueron mayores y más frecuentes que para los dos tubos más grandes, ya que era más sensible a las partículas de menor energía. Detectó 7 pequeños estallidos de radiación solar durante septiembre y octubre y 2 durante noviembre y diciembre. El tubo también confirmó la ausencia de una magnetosfera detectable; no detectó ningún cinturón de radiación en Venus similar al de la Tierra. La tasa de recuento habría aumentado en 10 4 , pero no se midió ningún cambio.
También se demostró que en el espacio interplanetario, el viento solar fluye continuamente, lo que confirma una predicción de Eugene Parker , y la densidad del polvo cósmico es mucho menor que en la región cercana a la Tierra. Se realizaron estimaciones mejoradas de la masa de Venus y el valor de la Unidad Astronómica. Además, la investigación, que luego fue confirmada por un radar terrestre y otras exploraciones, sugirió que Venus gira muy lentamente y en una dirección opuesta a la de la Tierra.
Ver también
- Lista de misiones a Venus
- Radiómetro de microondas (Juno) , otro radiómetro de microondas utilizado en la década de 2010 en Júpiter