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Sobrevuelo de Saturno

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Sobrevuelo de Saturno

Pioneer 11

Dibujo que muestra la sonda Pioneer 11 a miles de millones de kilómetros de la Tierra.

La sonda espacial Pioneer 11 fue una de las primeras sondas del programa de exploración espacial de la NASA. Fue lanzada desde Cabo Cañaveral el 5 de abril de 1973. Después de atravesar con éxito el cinturón de asteroides el 19 de abril de 1974, se ajustó su velocidad para situar su trayectoria cerca de Júpiter. Durante su sobrevuelo de Júpiter, el 4 de diciembre de 1974, obtuvo imágenes de la Gran Mancha Roja, realizó las primeras observaciones de las regiones polares y determinó la masa de Calisto.

El 1 de septiembre de 1979 llegó a Saturno, tomando las primeras fotografías a corta distancia del planeta, donde pudo descubrir dos nuevos satélites y anillos adicionales. Después de su encuentro con Saturno, prosiguió su ruta hacia el exterior del sistema solar, estudiando las partículas energéticas del viento solar.

Las sondas Pioneer obtenían su energía de una fuente de isótopos radiactivos (RTG). La pérdida de eficacia de estos generadores eléctricos determinó el final de su misión a finales de 1995.

Placa a bordo de la misión Pioneer 11.

Como se hizo con la sonda Pioneer 10, y con las sondas Voyager posteriormente, la sonda incluía una placa sobre su estructura con un mensaje explicando el origen de la sonda a una posible cultura extraterrestre. La placa incluye una figura de un hombre, una mujer, las transiciones del átomo de hidrógeno y la posición del Sol y la Tierra en la galaxia, la cual muchas veces es atribuida a las naves Voyager 1 y 2, prestándose a la confusión general, ya que dichas naves poseen otras placas (véase Disco de oro de las Voyager). La placa fue diseñada por Carl Sagan y Frank Drake siendo dibujada por Linda Salzman Sagan.1

Una información ampliada en:

https://danielmarin.naukas.com/2013/05/01/la-odisea-de-las-sondas-pioneer-10-y-11-las-primeras-naves-en-abandonar-la-gravedad-del-sol/

Tipo de misión: Exploración planetaria y de heliosfera

Operador: NASA / ARC

ID COSPAR: 1973-019A

SATCAT no.: 6421

Duración de la misión: 22 años, 5 meses, 25 días

Propiedades de naves espaciales

Fabricante: TRW

Lanzamiento de masa: 259 kilogramos (571 lb)

Poder: 155 vatios (en el lanzamiento)

Inicio de la misión

Fecha de lanzamiento: 6 de abril de 1973, 02:11:00 UTC

Cohete: Atlas SLV-3D Centaur-D1A Star-37E

Sitio de lanzamiento: Cabo Cañaveral LC-36B

Fin de la misión

Último contacto: 30 de septiembre de 1995

Sobrevuelo de Júpiter

Enfoque más cercano: 3 de diciembre de 1974

Distancia: 43,000 kilómetros (27,000 millas)

Sobrevuelo de Saturno

Enfoque más cercano: 1 de septiembre de 1979

Distancia: 21,000 kilómetros (13,000 millas)

Pioneer 11 (también conocido como Pioneer G) es una sonda espacial robótica de 259 kilogramos (571 lb) lanzada por la NASA el 6 de abril de 1973 para estudiar el cinturón de asteroides, el entorno alrededor de Júpiter y Saturno, el viento solar y los rayos cósmicos.[1] Fue la primera sonda en encontrar a Saturno y la segunda en volar a través del cinturón de asteroides y por Júpiter. A partir de entonces, Pioneer 11 se convirtió en el segundo de cinco objetos artificiales para alcanzar la velocidad de escape que les permitirá abandonar el Sistema Solar. Debido a las limitaciones de potencia y la gran distancia a la sonda, el último contacto de rutina con la nave espacial fue el 30 de septiembre de 1995, y los últimos datos de ingeniería buenos se recibieron el 24 de noviembre de 1995.[2] [3]

Antecedentes de la misión

Historia

Aprobado en febrero de 1969, Pioneer 11 y su sonda gemela, Pioneer 10, fueron los primeros en diseñarse para explorar el Sistema Solar exterior. Al ceder a múltiples propuestas a lo largo de la década de 1960, los primeros objetivos de la misión se definieron como:

  • Explora el medio interplanetario más allá de la órbita de Marte
  • Investigue la naturaleza del cinturón de asteroides desde el punto de vista científico y evalúe el posible peligro del cinturón para las misiones a los planetas exteriores.
  • Explore el ambiente de Júpiter.

La planificación posterior para un encuentro con Saturno agregó muchos más objetivos:

  • Mapea el campo magnético de Saturno y determina su intensidad, dirección y estructura.
  • Determine cuántos electrones y protones de varias energías se distribuyen a lo largo de la trayectoria de la nave espacial a través del sistema de Saturno.
  • Mapa de la interacción del sistema de Saturno con el viento solar.
  • Mida la temperatura de la atmósfera de Saturno y la de Titán, el satélite más grande de Saturno.
  • Determina la estructura de la atmósfera superior de Saturno donde se espera que las moléculas estén cargadas eléctricamente y formen una ionosfera.
  • Mapa de la estructura térmica de la atmósfera de Saturno mediante observaciones infrarrojas junto con datos de ocultación de radio.
  • Obtenga imágenes de exploración por giro del sistema de Saturno en dos colores durante la secuencia de encuentro y las mediciones de polarimetría del planeta.
  • Sondee el sistema de anillos y la atmósfera de Saturno con la ocultación de radio de la banda S
  • Determine con mayor precisión las masas de Saturno y sus satélites más grandes mediante observaciones precisas de los efectos de sus campos gravitacionales sobre el movimiento de la nave espacial.
  • Como precursor de la misión Mariner Júpiter / Saturno, verifique el entorno del plano del anillo para descubrir dónde puede cruzarlo sin peligro la nave espacial Mariner sin daños graves.[4]

Pioneer 11 fue construido por TRW y gestionado como parte del programa Pioneer por el Centro de Investigación Ames de la NASA.[5] Una unidad de respaldo, Pioneer H, se encuentra actualmente en exhibición en la exhibición “Milestones of Flight” en el Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington, DC. 6] Muchos elementos de la misión demostraron ser críticos en la planificación del programa Voyager [7] : 266-8

Diseño de nave espacial

El bus Pioneer 11 midió 36 centímetros (14 pulgadas) de profundidad y con seis paneles de 76 centímetros de largo (30 pulgadas) formando la estructura hexagonal. El autobús alojó el propelente para controlar la orientación de la sonda y ocho de los doce instrumentos científicos. La nave espacial tenía una masa de 260 kilogramos. [1] : 42

Actitud de control y propulsión

La orientación de la nave espacial se mantuvo con seis propulsores monopropelantes de 4,5- N , [8] hidrazina: el par uno mantuvo una velocidad de giro constante de 4,8 rpm, el par dos controló el impulso hacia delante, el par tres controló la actitud. La información para la orientación se proporcionó realizando maniobras de exploración cónicas para rastrear la Tierra en su órbita, [9] un sensor de estrella capaz de hacer referencia a Canopus y dos sensores de Sol. [1] : 42-43

Comunicaciones

La sonda espacial incluía un sistema de transceptores redundantes, uno conectado a la antena de alta ganancia, y el otro a una antena omni-antena y de ganancia media. Cada transceptor era de 8 vatios y transmitía datos a través de la banda S usando 2110 MHz para el enlace ascendente desde la Tierra y 2292 MHz para el enlace descendente a la Tierra con la Red de Espacio Profundo rastreando la señal. Antes de transmitir datos, la sonda utilizó un codificador convolucional para permitir la corrección de errores en los datos recibidos en la Tierra.[1] : 43

Poder

Pioneer 11 usó cuatro generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) SNAP-19 (ver diagrama). Se colocaron en dos trusses de tres varillas, cada uno de 3 metros (9 pies y 10 pulgadas) de largo y 120 grados de separación. Se esperaba que esto fuera una distancia segura de los experimentos científicos sensibles llevados a bordo. Combinados, los RTG proporcionaron 155 vatios en el lanzamiento, y decayeron a 140 W en tránsito a Júpiter. La nave espacial requirió 100 W para alimentar todos los sistemas. [1] : 44-45

Computadora

Gran parte del cálculo para la misión se realizó en la Tierra y se transmitió a la sonda, donde fue capaz de retener en la memoria, hasta cinco comandos de las 222 posibles entradas de los controladores de tierra. La nave espacial incluía dos decodificadores de comando y una unidad de distribución de comando, una forma muy limitada de procesador, para dirigir las operaciones en la nave espacial. Este sistema requiere que los operadores de la misión preparen comandos mucho antes de transmitirlos a la sonda. Se incluyó una unidad de almacenamiento de datos para registrar hasta 6,144 bytes de información recopilada por los instrumentos. La unidad de telemetría digital se usaría para preparar los datos recopilados en uno de los trece formatos posibles antes de transmitirlos a la Tierra. [1] : 38

Instrumentos científicos

Magnetómetro vectorial de helio (HVM)

Midió la fina estructura del campo magnético interplanetario, cartografió el campo magnético joviano y proporcionó mediciones de campo magnético para evaluar la interacción del viento solar con Júpiter.[10]

Analizador de plasma cuadrisférico

Miró a través de un agujero en la gran antena en forma de plato para detectar partículas del viento solar que se origina en el Sol.[11]

Instrumento de partículas cargado (CPI)

Detectó rayos cósmicos en el Sistema Solar.[13]

Telescopio de rayos cósmicos (CRT)

Datos recopilados sobre la composición de las partículas de rayos cósmicos y sus rangos de energía. [14]

Telescopio de tubo Geiger (GTT)

Inspeccionó las intensidades, los espectros de energía y las distribuciones angulares de electrones y protones a lo largo del camino de la nave a través de los cinturones de radiación de Júpiter y Saturno. [15]

Detector de radiación atrapada (TRD)

Incluido un contador Cerenkov desenfocado que detectó la luz emitida en una dirección particular a medida que las partículas pasaban registrando electrones de energía, 0.5 a 12 MeV, un detector de dispersión de electrones para electrones de energía, 100 a 400 keV, y un detector ionizante mínimo que consistía en un diodo de estado sólido que midió partículas ionizantes mínimas (<3 MeV) y protones en el rango de 50 a 350 MeV.[dieciséis]

Detectores de meteoroides

Doce paneles de detectores de células presurizadas montados en la parte posterior de la antena del plato principal registraron los impactos penetrantes de los meteoroides pequeños.[17]

Detector de Meteoroides / Asteroides ( AMD )

El detector de asteroides meteoroides miró hacia el espacio con cuatro telescopios sin imágenes para rastrear partículas que van desde partículas de polvo cercanas a asteroides grandes distantes. [18]

Fotómetro Ultravioleta

Se detectó luz ultravioleta para determinar las cantidades de hidrógeno y helio en el espacio y en Júpiter y Saturno.[19]

Imaging Photopolarimeter ( IPP )

El experimento de imagen se basó en el giro de la nave espacial para barrer un pequeño telescopio a través del planeta en tiras estrechas de solo 0,03 grados de ancho, mirando el planeta en luz roja y azul. Estas tiras fueron procesadas para construir una imagen visual del planeta.[20]

Radiómetro infrarrojo

Proporcionó información sobre la temperatura de la nube y la producción de calor de Júpiter y Saturno.[21]

  • Investigador principal: Andrew Ingersoll / Instituto de Tecnología de California [12]

Magnetómetro Triaxial Fluxgate

Midió los campos magnéticos de Júpiter y Saturno. Este instrumento no fue llevado en Pioneer 10.[22]

Cronología parcial

Hora Evento
1979-08-29 Encuentro con el sistema de Saturno .
06:06:10 Sobrevuelo de Iapetus a 1.032.535 km.
11:53:33 El sobrevuelo de Phoebe a 13,713,574 km.
1979-08-31  
12:32:33 Sobrevuelo de Hyperion a 666.153 km.
1979-09-01  
14:26:56 Cruce de avión descendente.
14:50:55 Sobrevuelo de Epimeteo a 6.676 km.
15:06:32 Sobrevuelo del Atlas a 45.960 km.
15:59:30 Sobrevuelo de Dione a 291,556 km.
16:26:28 Sobrevuelo de Mimas a 104,263 km.
16:29:34 El acercamiento más cercano a Saturno es a 20,591 km.
16:35:00 Entrada de ocultación de Saturno.
16:35:57 Entrada de la sombra de Saturno
16:51:11 Sobrevuelo de Janus a 228,988 km.
17:53:32 Salida de ocultación de Saturno.
17:54:47 Salida de la sombra de Saturno
18:21:59 Cruce de avión en anillo ascendente.
18:25:34 Sobrevuelo de Tethys a 329,197 km.
18:30:14 Sobrevuelo de Enceladus a 222,027 km.
20:04:13 Sobrevuelo de Calypso a 109.916 km.
22:15:27 Sobrevuelo de Rea a 345,303 km.
1979-09-02  
18:00:33 Sobrevuelo de Titán a 362,962 km.
1979-10-05 Parada de fase

Encuentro con Júpiter

El Pioneer 11 voló más allá de Júpiter en noviembre y diciembre de 1974. Durante su mayor aproximación, el 2 de diciembre, superó los 42.828 kilómetros (26.612 millas) por encima de las nubes. [23] La sonda obtuvo imágenes detalladas de la Gran Mancha Roja , transmitió las primeras imágenes de las inmensas regiones polares y determinó la masa de la luna de Júpiter, Calisto . Utilizando la atracción gravitatoria de Júpiter, se utilizó una asistencia gravitatoria para alterar la trayectoria de la sonda hacia Saturno. El 16 de abril de 1975, después del encuentro de Júpiter, el detector de micrómetro se apagó. [3]

Encuentro de Saturno

Anillos Pioneer 11 y Saturno el 1 de septiembre de 1979 (impresión del artista)

Impresión del artista del sobrevuelo de Saturno 11 de Saturno

Pioneer 11 pasó por Saturno el 1 de septiembre de 1979, a una distancia de 21,000 km de las nubes de Saturno.

En este momento el Voyager 1 y el Voyager 2 ya habían pasado Júpiter y también estaban en camino hacia Saturno, por lo que se decidió apuntar al Pioneer 11 para pasar por el anillo del anillo de Saturno en la misma posición que utilizarían las sondas Voyager, que pronto vendrían. para probar la ruta antes de que llegaran los Voyager. Si hubiera partículas débiles en el anillo que pudieran dañar una sonda en esa área, los planificadores de la misión consideraron que era mejor aprender sobre esto a través de Pioneer. Por lo tanto, Pioneer 11 estaba actuando como un “pionero” en el verdadero sentido de la palabra; si se detectara peligro, entonces las sondas Voyager podrían desviarse más lejos de los anillos, pero perder la oportunidad de visitar Urano y Neptuno en el proceso.

Pioneer 11 tomó imágenes y casi chocó con una de las pequeñas lunas de Saturno, pasando a una distancia de no más de 4.000 kilómetros (2.500 millas). El objeto fue identificado tentativamente como Epimeteo, una luna descubierta el día anterior por la imagen de Pioneer , y sospechada por observaciones anteriores realizadas por telescopios basados ​​en la Tierra. Después de los sobrevuelos de la Voyager, se supo que hay dos lunas de tamaño similar (Epimeteo y Janus) en la misma órbita, por lo que hay cierta incertidumbre sobre cuál fue el objeto de la casi falla de Pioneer. El Pioneer 11 se encontró con Janus el 1 de septiembre de 1979 a las 14:52 UTC a una distancia de 2500 km y Mimas a las 16:20 UTC el mismo día a 103000 km.

Además de Epimeteo, los instrumentos localizaron otra pequeña luna previamente desconocida y un anillo adicional, trazaron la magnetosfera y el campo magnético de Saturno y encontraron que su luna, Titán, era demasiado fría para la vida. Huyendo por debajo del plano del anillo, la sonda envió imágenes de los anillos de Saturno. Los anillos, que normalmente parecen brillantes cuando se observan desde la Tierra, aparecían oscuros en las imágenes de Pioneer, y las lagunas oscuras en los anillos vistos desde la Tierra aparecían como anillos brillantes.

Misión interestelar

El 23 de febrero de 1990, Pioneer 11 se convirtió en el cuarto objeto hecho por el hombre para pasar más allá de la órbita de los planetas.[27]

La NASA finaliza las operaciones

En 1995, Pioneer 11 ya no podía alimentar ninguno de sus detectores, por lo que se tomó la decisión de cerrarlo. [28] El 29 de septiembre de 1995, el Centro de Investigación Ames de la NASA, responsable de la gestión del proyecto, emitió un comunicado de prensa que comenzó: “Después de casi 22 años de exploración hasta los confines del Sistema Solar, uno de los más duraderos y las misiones espaciales productivas en la historia llegarán a su fin “. Indicó que la NASA usaría sus antenas de la Red de Espacio Profundo para escuchar “una o dos veces al mes” la señal de la nave espacial, hasta “algún momento a fines de 1996”, cuando “su transmisor se callará por completo”. El administrador de la NASA Daniel Goldin caracterizó Pioneer 11 como “la pequeña nave espacial que podría, un explorador venerable que nos ha enseñado mucho sobre el Sistema Solar y, al final, sobre nuestro propio impulso innato para aprender. Pioneer 11 es lo que la NASA es todo sobre – exploración más allá de la frontera”.[29] Además de anunciar el final de las operaciones, el despacho proporcionó una lista histórica de los logros de la misión Pioneer 11 . La NASA finalizó el contacto de rutina con la nave espacial el 30 de septiembre de 1995, pero siguió haciendo contacto durante aproximadamente 2 horas cada 2 a 4 semanas.[28] Los científicos recibieron unos minutos de buenos datos de ingeniería el 24 de noviembre de 1995, pero luego perdieron el contacto final una vez que la Tierra se movió permanentemente fuera de la vista de la antena de la nave espacial. [3] Su señal se volvió demasiado débil para escuchar en 2002.[30]

Estado actual

El 19 de julio de 2015, Pioneer 11 fue de 90.716 UA (1.35709 × 10 10 km; 8.4326 × 10 9 mi) de la Tierra y 91.672 UA (1.37139 × 10 10 km; 8.5214 × 10 9 mi) del Sol; y viajando a 11.376 km / s (25.450 mph) (en relación con el Sol) y viajando hacia el exterior a alrededor de 2.4 AU por año. [31] La nave espacial se dirige en la dirección de la constelación Scutum cerca de la posición actual (agosto de 2017) RA 18h 50m dec -8 ° 39.5 ‘( J2000.0) cerca de Messier 26.

El Pioneer 11 ahora ha sido superado por las dos sondas Voyager, lanzadas en 1977, y el Voyager 1 es ahora el objeto más distante construido por humanos. [32]

Anomalía de Pioneer

El análisis de los datos de seguimiento de radio de las naves espaciales Pioneer 10 y 11 a distancias entre 20-70 UA del Sol ha indicado consistentemente la presencia de una deriva de frecuencia Doppler pequeña pero anómala. La deriva se puede interpretar como debida a una aceleración constante de (8.74 ± 1.33) × 10 -10 m/s2 dirigida hacia el sol. Aunque se sospecha que hay un origen sistemático del efecto, no se encontró ninguno. Como resultado, existe un interés sostenido en la naturaleza de esta llamada ” anomalía pionera“.[33] El análisis extendido de los datos de la misión por Slava Turyshev y sus colegas determinó que la fuente de la anomalía es la radiación térmica asimétrica y la resultante fuerza de retroceso térmico que actúa sobre la cara de los pioneros lejos del Sol, [34] y en julio de 2012 el grupo de investigadores publicó sus resultados en la revista científica Physical Review Letters.[35]

Placa de Pioneer

Pioneer 10 y 11 ambos llevan una placa de aluminio anodizado en oro en el caso de que alguna nave espacial sea encontrada alguna vez por formas de vida inteligentes de otros sistemas planetarios. Las placas presentan las figuras desnudas de un hombre y una mujer humanos junto con varios símbolos que están diseñados para proporcionar información sobre el origen de la nave espacial.[36]

Conmemoración

En 1991, Pioneer 11 fue galardonado con uno de los 10 sellos postales del Servicio de franqueo de los Estados Unidos que conmemoraban naves no tripuladas que exploraban cada uno de los nueve planetas y la Luna. Pioneer 11 fue la nave espacial presentada con Júpiter. Plutón figuraba como ” Aún no explorado”.[37]

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