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Martes, 30 abril 2013
Astronáutica

Gran Enciclopedia de la Astronáutica (81): Pioneer (USAF/US Army)

Pioneer (USAF/US Army)

Satélite; País: EEUU; Nombre nativo: Pioneer

El lanzamiento del Sputnik-1 soviético revitalizó el estancado programa espacial estadounidense. Lo hizo desde el punto de vista militar, pero también obligó a amortiguar los posibles efectos propagandísticos futuros, que se adivinaban amenazadores. La URSS tenía ya las herramientas para espiar a los americanos desde el espacio, y simultáneamente podía continuar minando su prestigio en el ámbito científico. Por eso, los militares estadounidenses, únicos dueños hasta ese momento de los medios para equilibrar el poderío espacial soviético, se vieron en la inmediata obligación de responder. El 27 de marzo de 1958, el Secretario de Defensa McElroy ordenó a la agencia ARPA (Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados) el inicio oficial de diversos programas  encaminados a competir con la URSS. Entre ellos, además de varios satélites meteorológicos, de comunicaciones, etcétera, se encontrarían diversas sondas lunares, ya estudiadas tanto por la USAF como por el US Army.

Por ejemplo, el 25 de octubre de 1957, en vista de la situación provocada por el Sputnik-1, varios ingenieros del Jet Propulsion Laboratory, en California, habían propuesto un proyecto llamado Red Socks (Calcetines Rojos), que consistiría en la utilización de un cohete Jupiter-C modificado, el cual podría lanzar unos 6,7 Kg alrededor de nuestro satélite en junio de 1958. Con mejores etapas superiores, desde enero de 1959 a finales de 1960 se podrían enviar sondas más sofisticadas, de hasta 54 Kg de peso, o incluso un ingenio nuclear ligero que se haría estallar sobre la superficie lunar para provocar la caída de fragmentos del astro sobre la Tierra y posibilitar así su estudio. El proyecto Red Socks estaría compuesto por al menos 9 lanzamientos. El ayudante del Secretario de Defensa, Donald Quarles, se mostró interesado en la iniciativa, aunque propuso implicar a la USAF, lo cual impediría que fructificase debido a la rivalidad entre servicios (el JPL dependía del US Army).

Esta y otras alternativas, literalmente cientos de ellas, fueron examinadas posteriormente, y se llegó a la conclusión de que, finalmente, tanto la USAF como el US Army debían tener la oportunidad de intentar el envío de vehículos a la Luna. Las responsabilidades sobre iniciativas espaciales puramente científicas aún no estaban del todo claras y de este modo se evitaba que una disputa entre ambos servicios militares pudiera retrasar el proyecto. Este, que se llamará Pioneer, supondrá el lanzamiento de tres cohetes Thor-Able (USAF) y dos Juno-II (US Army), cada uno con su correspondiente sonda. El objetivo inicial será sobrevolar nuestro satélite a menos de 80.000 Km de distancia, lo cual implicará, por primera vez, superar la velocidad de escape de la Tierra.

Con el proyecto en marcha, en junio de 1958 se empezó a construir una antena en Goldstone (Goldstone Space Communications Station), en California. Se emplearía para el seguimiento de las sondas lunares, operación que sería posible gracias a su parábola de 26 metros de diámetro. En el futuro formará parte de la red de antenas de la Deep Space Network.

Preparadas en un tiempo récord, las primeras sondas lunares empezaron a estar listas para su lanzamiento. En el transcurso de 1958, la USAF había encargado a los mismos ingenieros que habían fabricado los satélites secretos NOTS el diseño de su pequeña sonda experimental, no más allá de un compacto paquete de instrumentos y sensores capaces de detectar la presencia de la Luna cuando se acercase a ella. Hablando en público, sin embargo, el contratista de la sonda “era” la compañía Space Technology Laboratories, ya que las actividades del grupo de diseño de la US Navy estaban clasificadas.

[Img #13283]
Básicamente, el vehículo (llamado proyecto Mona/Pioneer) consistía en un cuerpo cilíndrico estrecho, rematado en la parte superior por dos conos opuestos. En su interior, de una forma más o menos comprimida, viajaba el diferente instrumental. Además, en el extremo inferior de la sonda se hallaba el mecanismo que sujetaba a la Pioneer a la tercera fase del cohete portador, el Thor-Able-I, y un anillo de ocho pequeñísimos retrocohetes de combustible sólido (o verniers) que servirían para separarla de la fase Able cuando ésta finalizase su misión impulsora. Los verniers podrían realizar alguna corrección de curso, pero era algo que todavía debía intentarse en la práctica. Este anillo de propulsión actuaría como una verdadera cuarta etapa y tenía un empuje total de 1.930 newtons.

En la parte superior del vehículo Pioneer asomaba un pequeño cono invertido, que no era otra cosa sino la tobera del retrocohete principal, un motor sólido denominado TX-8 que proporcionaría 13.300 newtons de fuerza. En efecto, la USAF no sólo deseaba volar hacia la Luna sino también entrar en órbita alrededor de ella, a unos 65.000 Km de la superficie.

La primera sonda Pioneer medía algo más de 72 centímetros de diámetro máximo y poseía una altura de unos 45 centímetros, sin contar las toberas de los dos paquetes propulsores (verniers y retrocohete). En total, pesaba apenas 37,8 Kg. En su interior, se guardaban varios experimentos y diverso equipo. Entre ellos destacaban el "escáner" de T.V. infrarrojo (semejante al de los satélites NOTS), baterías, un radio-transmisor redundante, todo tipo de circuitería electrónica, sensores de temperatura, un magnetómetro, una cámara iónica para medir la densidad de radiación y, curiosamente, un micrófono para detectar el impacto de posibles micrometeoritos. Los instrumentos estudiarían con detalle los campos magnéticos de la Tierra y la Luna, la cantidad de radiación soportada por la sonda durante el viaje, etcétera.

Como no se sabía si la sonda llegaría a chocar contra la Luna, las primeras Pioneer serían esterilizadas antes del lanzamiento, evitándose así la posible contaminación bacteriológica de la superficie de nuestro satélite.

El lanzamiento de la primera Pioneer (Pioneer-0 o Able-1) se produjo el 17 de agosto de 1958, pero, 77 segundos después del despegue y cuando apenas se habían alcanzado los 15 Km de altura, la primera etapa Thor estallaba en el aire. Con el abrupto final de la fase de propulsión, el resto del cohete, incluyendo la sonda Pioneer, realizó una gran parábola y cayó ominosamente sobre el Océano Atlántico, 123 segundos después de la explosión.

La consecuente investigación desveló que el fallo que dio lugar a la catástrofe había consistido en la rotura de uno de los tanques de combustible de la primera fase. Este y otros problemas obligaron a desechar la oportunidad de septiembre y a esperar un nuevo lanzamiento hacia principios de octubre.

El 1 de octubre de 1958 entró en funcionamiento oficialmente la agencia espacial estadounidense. La NASA (National Aeronautics and Space Administration) se hará cargo de los programas civiles y científicos en marcha, como el Vanguard, el Scout o las sondas lunares Pioneer, el programa Rover o el futuro programa tripulado (Mercury). Sin embargo, a la espera de una necesaria reorganización, las sondas lunares, supervisadas por la NASA, continuarán siendo gestionadas por la USAF y el US Army. Así pues, el segundo intento de sonda lunar de la USAF se llevará a cabo controlado todavía por esta última, pero con la NASA responsabilizándose de los aspectos científicos.

[Img #13284]La Pioneer-1, con sus 38 Kg, sería idéntica a su predecesora. Tras el lanzamiento, el 11 de octubre de 1958, el ascenso empezó a desarrollarse según lo planeado. La sonda fue liberada como estaba previsto, pero los controladores en tierra comprobaron pronto que su velocidad final era unos 240 metros por segundo inferior a la necesaria para alcanzar la velocidad de escape. En otras palabras, jamás alcanzaría la Luna.

Buscando aprovechar su presencia en el espacio, se decidió ensayar el uso de su retrocohete, el mismo que debía colocarla en órbita alrededor de la Luna, empleándolo para conseguir otra alrededor de la Tierra de 128.700 por 21.180 Km (un récord de altitud para un satélite). Por desgracia, debido a las temperaturas bajísimas que habían afectado a las baterías, éstas fueron incapaces de dar la orden de ignición al motor sólido, impidiendo el experimento. Aunque el contacto telemétrico se perdió definitivamente al día siguiente, la Pioneer-1 aún tuvo tiempo de devolver algunas informaciones útiles a la Tierra. Gracias a ella, se midió con certeza la cantidad de radiación que sus instrumentos acumularon durante el viaje, símbolo inequívoco de la existencia de varias y distintas bandas alrededor de la Tierra. Los instrumentos confirmaron la práctica inexistencia de micrometeoritos a este nivel (cinturones de Van Allen) y experimentaron en el apogeo unos minutos de bajísima gravedad, incrementando un poco más la aún escasa experiencia en este campo. Debido a los extremos térmicos sufridos por la sonda y el consiguiente fallo operativo de sus baterías, no pudo utilizarse el escáner de TV.

El apogeo, o punto de máxima distancia con respecto a la superficie de la Tierra, quedó situado a 113.854 Km. Nunca un ingenio de construcción humana había conseguido llegar tan lejos. Quizá por ello recibió una designación internacional (1958-Eta 1), a pesar de que en modo alguno llegó a circundar la Tierra ni se convirtió en un satélite artificial de ésta (como era preceptivo para obtener tal denominación). Su prolongada trayectoria parabólica la hizo reingresar en la atmósfera terrestre el 12 de octubre, tras 43 horas y 17 minutos de vuelo.

¿Qué había fallado? Un acelerómetro había dado la orden de apagado del motor de la segunda fase cuando en realidad aún quedaban unos segundos de combustible útil y la velocidad detectada no era la real.

La USAF lanzaría su última sonda lunar durante la próxima ventana disponible, en noviembre. La nave, bautizada como Pioneer-2 y con un peso de 38 kilogramos y medio, era exactamente igual a sus dos predecesoras, excepto por la adición de algún instrumento más instalado en su interior para incrementar el retorno científico de la misión. Por otra parte, se habían hecho mejoras en el cohete lanzador para prevenir la repetición de los hechos acaecidos durante el anterior vuelo. En concreto, se instalaron dos pequeños retromotores para asegurar la adecuada separación de la segunda y tercera fases, evitando de este modo el letal balanceo de esta última durante la ignición, y se añadió un sistema procesador de órdenes que, utilizando técnicas Doppler, permitiría aumentar la precisión en el control de la velocidad. Los verniers del anillo que conferirían una rotación para estabilizar la sonda fueron incrementados asimismo hasta doce. La Pioneer-2 llevaba a bordo un nuevo escáner de TV y una batería modificada para evitar el fallo anteriormente ocurrido.

[Img #13285]
El despegue sucedió el 8 de noviembre de 1958, desde Cabo Cañaveral. Las dos primeras etapas del Thor-Able actuaron de forma adecuada, e incluso la segunda de ellas se separó, esta vez sí correctamente, de la tercera fase, alejándose una vez cumplida su tarea. Pero, en ese momento, la etapa sólida, última del cohete, se negó a entrar en ignición. Al contrario, el conjunto Able/Pioneer-2 continuó ascendiendo gracias a la inercia obtenida y, realizando un gran arco, se precipitó sobre el Atlántico. La Pioneer-2 alcanzó sólo unos 1.500 Km de altitud. Durante su corta vida, la sonda aún pudo devolver alguna información sobre los niveles energéticos que rodean la Tierra, descubriendo que éstos son bastante más elevados sobre el ecuador terrestre que lo que se suponía antes. En todo caso, así finalizaba el programa Mona de la USAF.

El testigo pasaba ahora al US Army, que tendría dos oportunidades de viajar hacia nuestro satélite. Menos ambicioso que la USAF, había diseñado un plan lunar mucho más modesto: su único propósito era dirigir un par de sondas hacia la Luna, efectuando mediciones de los cinturones de Van Allen y llegando lo bastante cerca del satélite como para que sus instrumentos detectasen el medio espacial en sus inmediaciones. Eliminando la etapa final de inyección en órbita lunar, la ABMA tendría más posibilidades de éxito.

El cohete a utilizar sería el Juno-II. El Thor-Able de la USAF podía situar en ruta de escape una masa seis veces superior a la de su competidor, así que las sondas Pioneer enviadas al espacio por el Juno-II tendrían que ser relativamente más pequeñas, y sobre todo, menos pesadas (menos de 7 Kg).

[Img #13286]La Pioneer-3, así denominada por ser la sucesora de la última sonda de esta serie lanzada por la USAF bajo los auspicios de la NASA, quedó lista para ser enviada al espacio poco después del desafortunado desenlace en el ascenso de la Pioneer-2. Pesó 5,9 kg y tenía un aspecto cónico. Sus dimensiones eran 0,51 metros de altura y 0,23 metros de diámetro. El cono, fabricado en fibra de vidrio, se encontraba rematado por una delgada antena que se prolongaba en la propia superficie de la sonda. Esta fue construida por el Jet Propulsion Laboratory utilizando tecnología usada en el Explorer-1 (que también sus ingenieros habían fabricado), bajo un encargo de la agencia ABMA.

Los técnicos del JPL habían instalado en la Pioneer-3 varias baterías para el funcionamiento de los instrumentos y el transmisor, así como dos contadores de radiación Geiger-Muller, un sensor fotoeléctrico, y un sistema para reducir el ritmo giratorio de la sonda tras su inyección en trayectoria translunar. La escasa capacidad de las baterías sólo permitiría el uso del transmisor durante 75 horas, apenas la duración del viaje hasta la Luna. El sensor fotoeléctrico actuaría en el momento en que un rayo de luz reflejado por la superficie lunar excitase un sistema de células fotosensibles. Con la detección de los flujos de luz y su traducción eléctrica, se elaborarían imágenes de la cara oculta de la Luna que, aunque primitivas, supondrían una verdadera primicia.

La Pioneer-3 tendría que soportar durante su viaje numerosos cambios bruscos de temperatura, lo cual se adivinaba potencialmente perjudicial para la vida útil de los instrumentos que albergaba en su interior. Para paliar en lo posible los efectos de dichas variaciones de temperatura, la superficie de la sonda se hallaba recubierta por varias bandas blancas y negras, longitudinales, dibujadas sobre el fondo dorado de las paredes inclinadas de la Pioneer. Esta configuración permitiría estabilizar la temperatura interna de la sonda sobre los 35 grados centígrados, suficiente como para que los instrumentos funcionasen adecuadamente.

La sonda despegó el 6 de diciembre de 1958, apuntando directamente hacia la Luna para chocar contra ella. Todo fue bien durante el funcionamiento de la etapa inicial hasta que, por algún tipo de fallo eléctrico o por el agotamiento prematuro de uno de los propergoles, se apagó el motor 4 segundos antes de lo previsto. Asimismo, el ángulo de inclinación del cohete durante el ascenso resultó ser 1 grado inferior a lo esperado, con lo que la Luna empezó a quedar desalineada respecto a la sonda. Completado el encendido de las tres siguientes etapas, las cuales funcionaron según el plan de vuelo, la velocidad final obtenida por la Pioneer-3 fue inferior a la necesaria para alcanzar la velocidad de escape (unos 610 km/h menos de lo debido).

[Img #13287]De esta forma, tras alcanzar unos 102.000 kilómetros de altitud, inició de nuevo el descenso, cayendo sobre África unas 38 horas y 6 minutos después del lanzamiento. A pesar del nuevo fracaso, los contadores Geiger que la Pioneer-3 transportaba a bordo consiguieron obtener importantes lecturas que fueron transmitidas a la Tierra para ser usadas en el estudio de los cinturones de Van Allen. Esto permitirá identificar dos anillos principales alrededor de la Tierra, situados uno cerca de la superficie de ésta (a unos 3.000 Km) y otro mucho más alejado (a unos 16.000 Km). El estudio demostró que por encima de este último el nivel de radiación disminuía de forma notable y constante, y que a partir de un cuarto de radio de la órbita lunar, estos mismos niveles de radiación podían considerarse como normales. El resto de experimentos albergados en el compartimiento del instrumental funcionaron también perfectamente, excepto el sensor fotoeléctrico que no se encontró lo bastante cerca de la Luna como para resultar excitado por la luz reflejada desde la superficie selenita.

Los vuelos realizados hasta la fecha por las Pioneer habían competido sin saberlo con las E-1 soviéticas, envueltas en un velo opaco. Todos ellas habían fracasado, pero por fin una, el Luna-1, había logrado sus propósitos.

El equipo de von Braun había previsto enviar su próxima sonda lunar a principios de enero de 1959. Sin embargo, el sorprendente lanzamiento del Luna-1 cambió las cosas de una forma radical. Tras el éxito soviético no podía ya permitirse un nuevo y escandaloso fracaso americano, así que se revisaron otra vez los planes y se retrasó el despegue de la Pioneer-4 hasta el 28 de febrero, proporcionando tiempo a los técnicos para asegurar el disparo. El lanzamiento fue pospuesto una vez más muy pocos días antes del despegue. El transmisor del satélite militar Discoverer-1 (muy parecido al usado a bordo de la Pioneer) había fallado intermitentemente, dificultando en gran medida la tarea de los controladores en sus esfuerzos por certificar si realmente había alcanzado la órbita prevista. Una vez obtenida la seguridad de que el transmisor de la sonda no estaba afectado por problemas similares, se dio la autorización en Cabo Cañaveral y, el 3 de marzo de 1959, el segundo de los Juno-II inició su escalada hacia la Luna.

Su primera etapa desarrolló el empuje previsto, pero la segunda funcionó durante 1 segundo más de lo debido, desviando la ruta lo suficiente como para situar a la Luna lejos del alcance de los instrumentos de la Pioneer.

[Img #13288]
La sonda era igual a la Pioneer-3 aunque pesaba un poco más, unos 6,1 kilogramos. Completado un viaje sin contratiempos, la Pioneer-4 pasó el 4 de marzo a 59.500 Km de la superficie lunar, demasiado lejos como para que los fotosensores que equipaban la sonda pudieran actuar. Los demás instrumentos funcionaron satisfactoriamente y aportaron nuevos datos al conocimiento de la estructura física de los campos magnéticos que rodean la Tierra y su espacio cercano. El tiempo transcurrido entre el momento del lanzamiento y el instante en que la Pioneer sobrepasó la órbita lunar fueron 41 horas.

Pero lo realmente importante era que nunca antes una nave occidental había conseguido superar la velocidad de escape y la Pioneer-4 lo había logrado por fin. Sobrepasada la Luna, el ingenio inició su primera órbita alrededor del Sol, siguiendo una trayectoria que recorrería en 398 días. Las estaciones terrestres siguieron atentamente la última fase de alejamiento de la Pioneer, pero no pudieron continuar recibiendo información después de que la distancia entre ella y la Tierra se hiciera mayor de 655.000 Km, unas 82 horas después del lanzamiento.

Tanto la ABMA como la NASA se consideraron por fin satisfechas del éxito obtenido y empezaron a ver el futuro con mayor optimismo. Nuevos planes, con lanzadores mejorados, estaban ya tomando forma.

Nombres

Lanzamiento

Hora (UTC)

Cohete

Polígono

Identificación

Pioneer-0 (Able-1)

17 de agosto de 1958

12:18

Thor-127 Able-I

Cabo Cañaveral LC17A

-

Pioneer-1 (Able-2)

11 de octubre de 1958

08:42:13

Thor-130 Able-I

Cabo Cañaveral LC17A

1958-Eta 1

Pioneer-2 (Able-3)

8 de noviembre de 1958

07:30:21

Thor-129 Able-I

Cabo Cañaveral LC17A

-

Pioneer-3

6 de diciembre de 1958

05:44:52

Juno-II (AM-11)

Cabo Cañaveral LC5

1958-Theta

Pioneer-4

3 de marzo de 1959

05:10:56

Juno-II (AM-14)

Cabo Cañaveral LC5

1958-Nu 1


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