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Miércoles, 18 septiembre 2013
Astronáutica

Gran Enciclopedia de la Astronáutica (162): Mariner-R

Mariner-R

Satélite; País: EEUU; Nombre nativo: Mariner-R

Después de la Luna, los planetas más próximos a la Tierra debían ser los siguientes objetivos de la NASA poco después de su creación. Venus sería el primer planeta cuya exploración fue considerada, debido a la poca información disponible de él. Más adelante vendría Marte.

El programa dedicado a visitarlos se llamaría Mariner. Éste nació oficialmente el 19 de mayo de 1960, bajo la tutela del Jet Propulsion Laboratory. En cuanto fueron conocidas sus metas inmediatas, los ingenieros iniciaron la tarea de definir los vehículos y las misiones que tratarían de llevar a cabo. De unos primeros estudios emergieron en 1960 dos tipos de naves diferentes: una sonda de sobrevuelo, llamada Mariner-A, y otra preparada para el aterrizaje, denominada Mariner-B.

En primera instancia, beneficiándose de las ventanas de lanzamiento más próximas, parecía lógico establecer un vuelo hacia Venus en 1962 (usando el vehículo Mariner-A) y otro hacia Marte o Venus en 1964 (mediante el Mariner-B). Ambos conceptos fueron aprobados por la dirección de la NASA el 15 de julio de 1960, tras lo cual el JPL empezó a dedicarse plenamente a la elaboración de ambos sistemas.

Sin embargo, tales planes dependían de la disponibilidad a tiempo de una nueva etapa de propulsión de alta energía: la Centaur, sin la cual los cohetes no podrían enviar las sondas hacia su destino. Como después se vería, esta complicada pieza de tecnología no podría llegar a su cita, y la NASA debió empezar a buscar alternativas, en agosto de 1961. En este marco, el Jet Propulsion Laboratory optó por investigar las posibilidades de aplicación y adaptación de material ya en existencia o en proceso de desarrollo. El candidato más indicado para la tarea sería, sin duda, el Ranger lunar, un programa iniciado con la mente ya puesta precisamente en su eventual transformación en sonda interplanetaria y que debido a su masa podía utilizar cohetes Atlas-Agena, ya disponibles. Al menos, la construcción de dichos vehículos había aportado gran parte de la experiencia que los ingenieros necesitaban antes de proceder a la elaboración de diseños más avanzados. El Ranger-1 sería lanzado ese mismo mes, el 23 de agosto de 1961, y aunque no todo fue bien, estaba claro que era un sistema listo para ser utilizado.

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Profundizando en el estudio, el JPL propuso modificar la estructura básica de dichas sondas para adaptarlas a un uso interplanetario inmediato (mayores paneles solares, sistemas de guiado mejorados...). De la propuesta nació un plan alternativo que consistía en un par de vehículos hacia Venus en 1962, utilizando para la ocasión el ya ensayado vector Atlas-Agena.  Las naves combinarían la estructura física de las Ranger con una limitada instrumentación procedente de las Mariner-A, cuya responsabilidad también pertenecía al JPL. El 28 de agosto, la NASA recibió el informe y dos días después se anunciaba la fulminante cancelación de la Mariner-A por la falta de lanzador adecuado. En su lugar se daba inmediata luz verde a la construcción de dos naves Mariner-Ranger (Mariner-R) y se efectuaban las diligencias oportunas para asegurar su preparación antes de la fecha indicada.

A principios de 1962, las cosas parecían ir por el camino correcto, aunque el margen temporal era exiguo. En mayo, los ejemplares de vuelo eran entregados al Centro de Lanzamientos de Cabo Cañaveral y aquí iniciaron una interminable pero necesaria rueda de verificaciones.  Nada debía fallar puesto que se tenía la certeza de que los soviéticos participarían en esa ventana hacia Venus y perseverarían en su intento de alcanzar otra primicia.

Los principales objetivos de las Mariner-R no serían sólo sobrevolar y obtener información de Venus. El simple hecho de establecer sin dificultades comunicaciones entre la Tierra y las sondas era una empresa por sí sola ya bastante complicada e importante. Durante el viaje de ida hacia el planeta, los instrumentos de a bordo efectuarían mediciones de todo tipo del entorno interplanetario y los sistemas de transmisión de datos debían hacer posible su envío hasta nosotros. Una vez en las proximidades de Venus, los equipos intentarían discernir parte de las características físicas de la atmósfera y, si era posible, de la oculta superficie.

Para conseguir todo aquello, las Mariner-R, como ya hemos dicho, se parecían mucho a las Ranger. Consistían en una base hexagonal hecha de magnesio, cuyas diagonales medían 104 cm y su altura 23 cm. Aunque durante el despegue permanecían plegados (única manera de soportar los rigores de la aceleración y de superar las limitaciones de espacio del carenado), los dos paneles solares se hallaban fijos a los lados de la estructura principal. Abiertos, tenían una envergadura total de algo más de 5 metros. Una estructura tubular de aluminio se levantaba sobre la base, servía de apoyo para los instrumentos y como columna vertebral de la sonda. En la parte superior de este entramado metálico se encontraba la antena omnidireccional. La antena de alta ganancia, por su parte, se hallaba en la parte inferior de la sonda y era móvil. Existían otras antenas distribuidas a lo largo de la nave, en su mayoría dipolos. Todo el sistema de comunicaciones usaba la banda de frecuencia L y un diminuto transmisor/receptor de apenas 3 W de potencia.

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También en la base se hallaba el sistema de control de la orientación, compuesto por varios sensores solares y terrestres, tres giroscopios y diez pequeñas toberas de gas nitrógeno que proporcionaban la necesaria maniobrabilidad. El motor que se utilizaría para los cambios o correcciones de trayectoria estaba montado asimismo en la base y usaba un tanque de hidracina como combustible. El motor tenía 225 Newtons de empuje.

Todos los sistemas estaban alimentados por la electricidad generada por los dos paneles solares (9.800 células fotovoltaicas). Proporcionaban unos 148 W en las cercanías de la Tierra pero aumentaban su potencia hasta los 222 W una vez alcanzado Venus. Medían 152 por 76 cm, ofreciendo una superficie colectora total de 2,3 metros cuadrados. La energía sobrante era normalmente almacenada en una batería de Plata-Zinc.

Las Mariner-R pesarían 203 Kg al despegue y medían 366 cm de altura. A bordo estaban montados una corta serie de experimentos que darían el toque científico a la misión: aunque no transportaban aún cámara de televisión alguna, sí estaban equipadas con un radiómetro infrarrojo y otro de microondas, un magnetómetro, un espectrómetro de plasma solar, y varios detectores de partículas energéticas y polvo cósmico. La gran mayoría fueron aportados por el propio JPL, responsable total del programa, aunque también el Goddard Space Flight Center intervino en la construcción de alguno de ellos.

Los preparativos finales se efectuaron sin contratiempos y así, el 22 de julio de 1962, el Mariner-1 (P-37) recibía su bautismo de fuego. El despegue se produjo desde una de las rampas de Cabo Cañaveral, pero el lanzador Atlas-Agena demostró no estar a la altura de su trabajo. A partir de un momento determinado, el Atlas empezó a desviarse de su curso por un fallo en el guiado y todo el conjunto tuvo que ser destruido ante el potencial peligro que el errático vehículo suponía para la población de la península de Florida. Habían transcurrido sólo 290 segundos de vuelo.

Los técnicos se lanzaron a una desenfrenada carrera contra el tiempo para conseguir identificar el problema. De hecho, se detectaron dos posibles causas del infortunio: por un lado, los cohetes Atlas, pertenecientes a una primera generación de misiles intercontinentales, utilizaban una técnica llamada "radioguiado". A diferencia de otros vehículos más modernos, el cerebro del misil utilizaba una señal de radio enviada desde tierra para realizar el control de su trayectoria de ascenso. En aquellos tiempos, parecía mejor situar en tierra el pesado y complejo sistema de cálculo que permitía discernir el curso a seguir tras el lanzamiento. Un radar controlaba el ascenso del cohete y proporcionaba la información de navegación necesaria para realizar todos los cálculos. La trayectoria seleccionada, y por supuesto las correcciones de curso pertinentes, eran ordenadas a través de un radioenlace. En esta ocasión, la antena del Atlas que posibilitaba esta vital comunicación funcionó incorrectamente, provocando un corte en la conexión. Los ingenieros habían previsto esta posible anomalía y habían almacenado en el ordenador del Atlas un pequeño programa con la trayectoria que debería seguir el vehículo en caso de pérdida de contacto. El programa contenía sólo una trayectoria-patrón establecida de antemano, y por ello, podría resultar posiblemente poco efectiva en condiciones extremas. Desgraciadamente, un error en una de las ecuaciones logarítmicas que regían el ordenador encargado de mantener el guiado del Atlas, apenas un signo "menos" en un lugar equivocado, provocó el desaguisado. El error matemático había estado presente en anteriores vuelos de los Atlas, pero nunca antes había sido necesario utilizar esa parte del programa autónomo almacenado en la memoria del cohete. Las consecuencias: el Atlas-Agena empezó a desviarse hacia a la izquierda y a reducir la inclinación de su morro. Un controlador de seguridad accionó entonces el sistema de destrucción para evitar un accidente de peores resultados y la Mariner 1 dejó de existir.

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Aún dentro de la ventana de lanzamiento programada, la NASA preparó de inmediato a la Mariner-2 (P-38). La cuenta atrás fue iniciada el 25 de agosto, pero un fallo eléctrico obligó a interrumpir la secuencia. Al día siguiente, se reanudó, efectuándose un total de cuatro paradas. Tras este prolongado retraso, el Atlas-Agena despegó con normalidad el 27 de mayo. Aunque los instantes iniciales siguieron con fidelidad el plan de vuelo, los problemas llegaron cuando uno de los motores vernier del Atlas quedó accidentalmente orientado en una inoportuna posición: el impulso lateral del mini-motor parecía querer hacer girar sobre su eje longitudinal a todo el Atlas, amenazando con la pérdida de control. Durante los primeros segundos, los dos motores aceleradores, situados a ambos lados del cohete, consiguieron compensar esta perturbadora fuerza gracias a que sus toberas podían modificar ligeramente la dirección de su empuje. Pero después llegó el momento de eyectarlos, y el único motor central se vio imposibilitado de corregir la acción del "vernier". El Atlas empezó entonces a girar sobre sí mismo, alrededor de su eje longitudinal, a un ritmo aproximado de una 1 revolución por segundo. Increíblemente, a pesar de este salvaje movimiento, el Atlas se las ingenió para responder aún a las radioseñales de navegación procedentes de tierra, confirmando que en ocasiones los sistemas pueden llegar a funcionar en el peor de los escenarios o fallar en las más inesperadas e inofensivas situaciones.

El fantasma del fracaso planeó de nuevo sobre Cabo Cañaveral, pero entonces pasó algo inexplicable: en el instante de máxima preocupación, el letal movimiento giratorio cesó tan rápidamente como había venido y el cohete quedó posicionado muy cerca de la orientación requerida en el plan de vuelo. Cuando el Atlas apagó su último motor y, realizando una gran parábola, se dirigió hacia el océano, el Agena retomó el control de la situación, corrigió los errores de trayectoria y colocó a la sonda en una órbita de aparcamiento circular de unos 185 Km de altitud. En el último tramo, el carenado que protegía al Mariner-2 de los rigores atmosféricos, mientras estaba siendo eyectado, estuvo muy cerca de golpear a la sonda y su etapa Agena. Sólo un milagro evitó la catástrofe.

Trece minutos después (26 desde el lanzamiento), el motor Bell de la etapa Agena entró de nuevo en ignición y aplicó el impulso propulsivo necesario para abandonar la órbita terrestre y dirigirse hacia Venus. Poco después, tanto la Agena como la Mariner se separaron definitivamente. Primero fueron unos pequeños muelles, después la etapa Agena expulsó el combustible restante que no había sido quemado, provocando un ligerísimo movimiento de acción y reacción que evitaría que ésta alcanzase Venus, interfiriendo en las futuras tareas de la Mariner-2. La trayectoria emprendida por ambos vehículos en esta porción del vuelo los llevaría a sobrevolar el planeta a unos 400.000 Km de distancia, suficiente como para obviar el peligro de que uno u otro penetrasen en la atmósfera.

El Agena, sin otros medios de propulsión, se perdería en una órbita alrededor del Sol sin aparente final. La Mariner utilizó su motor de maniobra para corregir su curso una semana después del lanzamiento (4 de septiembre), afinando el disparo de tal forma que en el momento adecuado Venus se hallaría bajo sus instrumentos a no más de 40.000 Km de distancia (de hecho, un poco más lejos de lo esperado).

Una vez en ruta hacia su objetivo, la Mariner-2 inició su intensivo plan experimental. Pero antes, los paneles solares fueron extendidos y la nave redirigida para buscar los cálidos rayos del Sol. La antena de alta ganancia fue asimismo abierta. Correctamente orientada hacia el Sol para que sus rayos alimentaran los paneles solares y éstos a las baterías eléctricas, la nave posibilitó a partir del 29 de agosto la toma de multitud de mediciones del viento solar, rayos cósmicos, partículas de alta energía, etc. Los controladores terrestres mantuvieron un contacto periódico y continuado con la sonda durante todo el trayecto.

Durante el viaje, los técnicos debieron afrontar gran cantidad de pequeños fallos a bordo de la nave, recogiendo gracias a ello una enorme cantidad de experiencia. No en vano, la Mariner-2 era la primera sonda interplanetaria americana en el espacio. Uno de los principales dolores de cabeza fue un inesperado aumento de las temperaturas en el interior de la nave, que amenazaba con impedir el correcto funcionamiento de los delicados instrumentos electrónicos.

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Tras 109 intensos días, la sonda avistó Venus. Abandonando su orientación de crucero, la Mariner conectó sus dos instrumentos principales para la medida de las condiciones físicas que reinan en el planeta, un par de radiómetros para calcular las temperaturas, e inició la fase de encuentro cercano. Durante 42 minutos, la fugaz marcha del ingenio bordeó literalmente la atmósfera venusiana. La mínima distancia respecto al planeta quedó establecida en unos 34.762 Km.  Durante este breve período de tiempo, la nave midió la temperatura que se suponía reinaba en la superficie del planeta e intentó comprobar si existían campos magnéticos semejantes al terrestre. Los radiómetros realizaron un total de tres barridos del disco venusiano (sombra, penumbra y cara iluminada) para conseguir su objetivo. El movimiento de barrido aparente de los radiómetros, situados en paralelo, resultaba del propio de la sonda, que maniobraba gracias a sus pequeños propulsores de control de orientación.

Ambos experimentos tuvieron sorprendentes resultados puesto que las temperaturas obtenidas cuadriplicaban la cifra esperada (unos 430 grados centígrados), no se detectó vapor de agua en la atmósfera y el planeta no parecía tener un campo magnético propio o potente. La imagen de Venus había pues cambiado, de un día para otro, de forma drástica. Los abogados de la presencia de condiciones semejantes a las terrestres sobre la superficie venusiana tuvieron que retractarse pues este cuerpo del Sistema Solar parecía un verdadero infierno a escala planetaria. Los datos indicaban que era casi imposible el descubrimiento de vida en él en un futuro próximo, con lo que las esperanzas de los exobiólogos se veían de pronto forzosamente dirigidas hacia Marte. La Tierra y Venus podían considerarse planetas casi gemelos en cuanto a dimensiones (la masa de este último es 0,814 veces la del primero) pero las condiciones reinantes en la superficie diferían totalmente.

El cercano sobrevuelo de Venus modificó ampliamente la trayectoria de la Mariner-2 y así ésta se vio redirigida por la intensa influencia gravitacional. Durante el encuentro, la Tierra se hallaba a unos 60 millones de Km de distancia de la nave, pero incluso así, los sistemas de comunicaciones funcionaron a la perfección, convirtiendo a la Mariner-2 en la primera sonda con verdadero éxito de la historia de la Astronáutica, y la primera en sobrevolar otro planeta en orden de marcha.

La nave continuó su viaje y fue periódicamente contactada mediante la red de seguimiento distribuida a lo largo de nuestro planeta, siempre aportando valiosos datos del medio ambiente interplanetario y prolongando así el éxito de la misión. Los instrumentos detectaron sólo dos impactos de micrometeoritos y sucesivas tormentas magnéticas procedentes del Sol. La última comunicación con la sonda se llevó a cabo el 4 de enero de 1963. Después, el contacto se perdió irremisiblemente. En ese instante, la distancia entre la Mariner y la Tierra se había situado en 87,4 millones de Km.  Sin duda, un auténtico récord. La telemetría de la nave había permitido también definir con mayor precisión el término Unidad Astronómica, la distancia media existente entre la Tierra y el Sol. Asimismo, la Mariner-2 había demostrado el buen funcionamiento y la gran sensibilidad de las estaciones pertenecientes a la red de Espacio profundo de la NASA, un buen augurio para futuros proyectos.

Nombres

Lanzamiento

Hora (UTC)

Cohete

Polígono

Identificación

Mariner-1 (P-37) (R-1)

22 de julio de 1962

09:21:23

Atlas-145D-Agena-B (AA5)

Cabo Cañaveral LC12

-

Mariner-2 (P-38) (R-2)

27 de agosto de 1962

06:53:14

Atlas-179D-Agena-B (AA6)

Cabo Cañaveral LC12

1962-Alfa Rho 1


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