Primera sonda a Júpiter

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Primera sonda a Júpiter

Galileo (sonda espacial)

 Galileo en el Centro Espacial Kennedy en Cabo Cañaveral.

 Información general

Organización: NASA

Fecha de lanzamiento: 18 de octubre de 1989

Aplicación: Sonda de Júpiter

Propiedades

Fabricante:

Jet Propulsion Laboratory
Messerschmitt-Bölkow-Blohm
General Electric
Hughes Aircraft Company

masa

Orbiter: 1.884 kg
Lander: 339 kg

Generación de energía

Orbitador: GTR
Lander: Batería

Masa de carga útil

Orbiter: 118 kg
Lander: 30 kg

 Fecha de lanzamiento: De 18 de octubre de 1989 , 16:53:40 UTC

Vehículo de lanzamiento: Atlantis ( STS-34 )

Lugar de lanzamiento: El Centro Espacial Kennedy , LC-39B

Destino: Júpiter

Fecha de inserción orbital: 08 diciembre de 1995 , 01:16 GMT

Fecha de aterrizaje

Lander: 07 de diciembre de de 1995 , 22:04 GMT

Lugar de aterrizaje

Lander: 06 ° 05’N 04 ° 04’W

Decadencia

Orbitador: 21 de setiembre de 2003 , 18:57:18 UTC

Galileo fue una nave espacial estadounidense no tripulado lanzado por la NASA para estudiar el planeta Júpiter, sus lunas y otros cuerpos celestes del Sistema Solar. Lleva el nombre del astrónomo italiano Galileo Galilei, que consistía en un orbitador y un sonda atmosférica y fue lanzado al espacio el 18 de octubre de 1989, de la tierra ‘s órbita, llevado por el transbordador espacial Atlantis en la misión STS-34. Él entró en la órbita de Júpiter el 7 de diciembre de 1995, después de un período de seis – viaje del año a través del espacio asistida por la gravedad de Venus y de la Tierra, la primera nave espacial en orbitar el planeta gigante. También lanzó la primera sonda para el planeta (Júpiter), que transmite datos a partir de su ambiente antes de ser destruido en el descenso por la presión y el calor, sin hacer contacto con tierra firme.^[1]

En su largo viaje a Júpiter, Galileo hizo nuevos descubrimientos en el camino, envió gran cantidad de datos sobre las lunas de Júpiter Io, Europa, Calisto y Ganímedes y observó la colisión del cometa cometa Shoemaker-Levy 9 en julio de 1994. A pesar de los problemas sufrido en su antena, se llevó a cabo el primer sobrevuelo de un asteroide, el 951 Gaspra y descubrió la primera “luna” de un asteroide, dáctilo, alrededor de 243 Ida.^[1]

Los datos enviados habilitadas nuevo conocimiento de la composición de la atmósfera y las nubes de de Júpiter amoniaco también fueron asignadas, posiblemente creado por el flujo de las capas internas de la atmósfera. El volcánica Io y su interacción con la gravedad y la atmósfera Júpiter también se registraron. Las observaciones permitieron a los satélites también apoyan la teoría de la existencia de un océano líquido bajo la superficie congelada Europa e indicaron la posibilidad de agua salada en las capas superficiales y Calixto Ganimedes, mostrando el último tiene un campo magnético. Las pruebas también se recogió una exosfera por Europa, Ganímedes y Calisto. Galileo también mapea el alcance y la estructura de la magnetosfera Jupiter y encontró que la delgada sistema de anillo alrededor del planeta está formada por el polvo resultante de los impactos sufridos por cuatro pequeñas lunas interiores.^[1]

El 21 de septiembre de 2003, después de 14 años en el espacio y ocho de ellos orbitando el sistema joviano, la misión fue cerrada con la sonda espacial siendo deliberadamente sacada de la órbita y lanzada a la atmósfera de Júpiter a una velocidad de 48 km / s, desintegrando si la caída en el fin de proteger las lunas de Júpiter, principalmente de Europa, una posible contaminación con bacterias de la tierra, ya que se cree que en Europa hay un océano debajo de la costra de hielo que puede llevar a la vida.^[2] .

El 11 de diciembre de 2013, la NASA anunció, en base a estudios de los datos transmitidos por Galileo más de una década anterior, los cuales fueron detectados minerales de arcilla – específicamente filosilicatos – a menudo asociada con la materia orgánica en la superficie helada de Europa. Según los científicos, la presencia de estos minerales debe haber sido causado por la colisión de un asteroide o un cometa con el satélite.^[3]

La sonda Galileo

Resultados científicos

La sonda Galileo constituyó la primera navegación in situ de la atmósfera de un planeta gigante. Entre los resultados más destacados obtenidos se encontró que la atmósfera joviana contenía una proporción mayor de elementos pesados como carbono, nitrógeno, neón y otros. Este resultado parecía contradecir la mayoría de modelos de formación del planeta que predecían una proporción de estos elementos parecidos a la del Sol. El enriquecimiento en elementos pesados obligó a revisar estos modelos en profundidad. Por otro lado, la sonda fue incapaz de encontrar una alta proporción de oxígeno (en forma de vapor de agua en la atmósfera joviana). Al parecer la sonda penetró en una región particularmente activa meteorológicamente, que pudo falsear los resultados globales de las medidas de volátiles, sustancias como el agua que pueden condensar y formar nubes en la atmósfera de Júpiter.

Características técnicas de la sonda

La sonda pesaba unos 320 kg y medía aproximadamente 1,3 m. La sonda estaba protegida por un escudo térmico capaz de soportar las altas temperaturas producidas en la entrada en la atmósfera superior de Júpiter a velocidades de hasta 69 km/s (250 000 km/h),²​ mayores que la velocidad de escape. Tras la fase inicial de frenado aerodinámico la sonda expulsó el escudo térmico y prosiguió su descenso frenada por un paracaídas. Se enviaron datos durante aproximadamente unos 50 minutos a lo largo de un descenso de más de 150 km. Finalmente, a presiones en torno a 22 bar se perdió la comunicación con la sonda. Esta fue previsiblemente destruida por las altas presiones y temperaturas de la atmósfera más profunda.

El diseño artístico de la sonda volar Io, a su antena de alta ganancia completamente abierta.

El orbitador Galileo

Principales resultados científicos

Galileo ha contribuido sustancialmente al mayor conocimiento que tenemos del planeta Júpiter y su sistema de anillos y lunas. En particular, las estructuras observadas en la superficie helada de Europa sugieren la existencia de un océano subsuperficial de agua líquida, con importantes connotaciones astrobiológicas.¹​

Instrumentos y carga científica

Esquema general de los diferentes instrumentos a bordo de la nave Galileo.

El orbitador Galileo contaba con un gran conjunto de instrumentos científicos.³​

• Sistema de detección de polvo (Dust Detector Subsystem, DDS). Detector de partículas de polvo. Estudios del ambiente poco denso de la magnetosfera.
• Detector de partículas energéticas (Energetic Particles Detector, EPD). Detector de iones y partículas de alta energía también para el estudio de la magnetosfera de Júpiter.
• Espectrómetro ultravioleta (Ultraviolet Spectrometer / Extreme Ultraviolet Spectrometer, UVS/EUV). Análisis espectral de la atmósfera de Júpiter.
• Contador de iones pesados (Heavy Ion Counter, HIC)). Destinado a captar y estudiar rayos cósmicos y otras partículas de alta energía.
• Magnetómetro (MAG). Medidas del campo magnético de Júpiter.
• Espectrómetro en el infrarrojo cercano (Near-Infrared Mapping Spectrometer, NIMS).
• Subsistema de plasma (PLS).
• Fotopolarímetro radiométrico (Photopolarimeter-Radiometer, PPR).
• Sistema medida del plasma (Plasma Wave Subsystem, PWS).
• Cámara principal: Solid State Imager (SSI). Un dispositivo CCD de 800×800 pixeles capaz de obtener imágenes de alta resolución en el rango visible del espectro de 0,4 a 1,1 micras.

Problemas técnicos de la misión

• Fallo de la antena principal. La antena principal no logró desplegarse por un problema de congelación del lubricante del mecanismo de apertura. La misión tuvo que hacer uso de una antena secundaria limitando considerablemente su capacidad de enviar datos y reduciendo extensamente el número de observaciones que se pudieron realizar.

• Fallo de la cinta de almacenaje de datos. Galileo contaba con una cinta magnética de almacenaje de datos de 109 MB. En ella se almacenaban los resultados de las observaciones para su posterior envío a la Tierra. Al fallar la antena principal este sistema se volvió vital para el éxito de la misión. La cinta falló en diferentes ocasiones, teniendo que sacrificarse parte de los datos en algunas observaciones y cierta capacidad de la cinta.

Trayectoria y calendario de la misión

Llegada de la misión Galileo a Júpiter.

• Lanzamiento: 18 de octubre de 1989
• Sobrevuelo de Venus: 10 de febrero de 1990. Distancia: 16000 km
• Primer sobrevuelo de la Tierra: 8 de octubre de 1990. Distancia: 960 km.
• Sobrevuelo del asteroide Gaspra, 29 de octubre de 1991.
• Segundo sobrevuelo de la Tierra, 8 de diciembre de 1992. Distancia: 305 km.
• Sobrevuelo del asteroide Ida, 28 de marzo de 1993. Distancia: 2400 km. Este sobrevuelo descubre Dactyl, un satélite natural de Ida, el primer satélite de un asteroide descubierto.
• Impacto del cometa Shoemaker-Levy 9 en Júpiter. Observaciones desde el espacio entre el 16 y el 22 de julio de 1994.
• La sonda Galileo se separa del Orbitador el 13 de julio de 1995. La sonda penetra en la atmósfera de Júpiter el 7 de diciembre de ese mismo año.
• Comienzo de la misión orbital, 11 órbitas elípticas destinadas a acercarse a satélites específicos y al planeta.
• Final de la misión inicial. 7 de diciembre de 1997. Dado el considerable éxito de la misión en el estudio de los satélites jovianos, se decide extender la misión otros dos años y llamar a esta fase Galileo Europa Mission (GEM).
• La misión se prolonga una vez hasta el 2001 para coincidir con la misión Cassini/Huygens.
• Diciembre del 2000. Observaciones conjuntas por Galileo y Cassini/Huygens.
• Ante el temor de que el orbitador pudiera caer en un futuro lejano sobre el satélite galileano Europa se decide enviar la nave en colisión con el planeta Júpiter. El 21 de septiembre del 2003 la misión Galileo finaliza sumergiéndose en la inmensa atmósfera de Júpiter.

Antecedentes

Galileo comenzó a ser construido por el Jet Propulsion Laboratory en 1977, incluso antes de la puesta en marcha de la misión de la Voyager 1 y Voyager 2. Inicialmente llamado Júpiter Orbiter sonda Galileo fue bautizado en 1978.^[4] Los primeros planes llamaban a ser colocado en la órbita de la nave espacial Columbia en enero de 1982, pero los retrasos en el desarrollo del transbordador espacial terminaron permitiendo más tiempo para el desarrollo de propia sonda. Con la puesta en marcha del programa de transbordadores funcionando sin problemas, Galileo tenía su lanzamiento programado para 1984 pero finalmente retrasa hasta 1985 y después de 1986.^[5]

Galileo (negro) a bordo del Atlantis listo para su lanzamiento hacia Júpiter. Se le atribuye, el pequeño cohete Etapa superior de inercia (blanco).

Una vez la espacionave estaba listo, su lanzamiento fue programado inmediatamente para 1986 en STS-61-G Atlantis, después también cancelado. El cohete a utilizar sería la etapa superior de inercia, pero fue cambiado a los Centaur y de nuevo a la SIU después de la tragedia del Challenger . ^[5] El Centaur, impulsado por hidrógeno líquido, pondría Galileo en un camino directamente a Júpiter, pero de nuevo la misión fue otra vez pospuesto debido a la brecha de operaciones en Estados Unidos en el espacio causado por el accidente del Challenger y de la investigación. Los nuevos protocolos de seguridad fueron introducidos y como resultado el uso del Centaur en el transbordador fue prohibido forzando a Galileo a volver al Inertial Upper Stage, de menor potencia y movido a combustible sólido.

En 1987, fue reprogramado luego la misión de utilizar varias maniobras de asistencia gravitatoria llamado “Veega” o “Venus Tierra Tierra asistencia gravitatoria”, utilizando la gravedad de la Tierra y Venus como un empuje para poner en marcha el barco con más velocidad a Júpiter. Después de todos los contratiempos y retrasos técnicos, Galileo fue finalmente liberado de la bodega de carga STS-34 Atlantis el 18 de octubre de 1989, más de diez años después del inicio de su desarrollo.^[6]

Sobrevuelos y sistema joviano

El primer cuerpo celeste a ser sobrevolado fue el planeta Venus, el 10 de febrero de 1990, a una distancia de 16.106 km. Allí se ganó un empuje de 8.030 kmh en la velocidad y la vuelta a la Tierra dos veces, la primera el 8 de octubre de 1990, 960 km, antes de dirigirse al asteroide 951 Gaspra, que volar a 1600 km en 29 de octubre de 1991. Volvió a sobrevolar la Tierra el 8 de diciembre de 1992 a 300 km de distancia, ganando otros 3,7 km / s en velocidad acumulada. Luego continuó en órbita hacia el asteroide 243 Ida, que voló el 28 de agosto , 1993 a 2410 kilómetros. Fue durante este sobrevuelo que Galileo descubrió la pequeña dáctilo, la primera vez que se descubrió una “luna” de un asteroide.^[7]

En julio de 1994, en camino de Júpiter, Galileo fue perfectamente posicionado para ver y transmitir a las imágenes de la Tierra de la colisión del cometa Shoemaker-Levy 9 con el planeta gigante, mientras que la planta – telescopios basados sólo podían ver las marcas de golpes en la superficie de Júpiter, según sea necesario todavía mantienen largos movimientos de rotación a la ubicación correcta del espacio.

Después de expulsar la pequeña sonda atmosférica hacia el planeta el 13 de julio de 1995, ^[8] que entró en la órbita de Júpiter, a las 00:27 UTC del 8 de diciembre de 1995, el primer objeto construido por el hombre para lograr tal hazaña.^[9]

La principal misión de la sonda fue estudiar el sistema joviano, Júpiter y sus satélites, por dos años. Ella viajó alrededor del planeta gigante en elipses alargadas, teniendo cada órbita alrededor de dos meses para terminar. Las diferentes distancias alcanzados en estas órbitas permitieron que el Galileo fotografiar muestras de diferentes partes de la extensa magnetosfera de Júpiter. Las órbitas fueron planeadas para incluir sobrevuelos a pequeñas distancias de las mayores lunas. Al final de esta primera misión el 7 de diciembre de 1997, Galileo comenzó a realizar bajo – sobrevuelos de Europa e Io, el más cercano de ellos a 180 km volar el 15 de octubre de 2001. El entorno de radiación en las proximidades de la volcánica Io causaron problemas en los instrumentos de Galileo, haciendo que estos sobrevuelos al satélite fueran reprogramados para la parte final de la misión, cuando la pérdida de la sonda podría ser más aceptable.

Las cámaras de Galileo fueron desactivadas el 17 de enero de 2002 tras sufrir daños irreparables causados ​​por la radiación. ingenieros de la NASA han logrado reactivar alguna grabación de datos electrónicos y ella continuó a enviar algo de material científico para finalmente ser deorbitada y arrojados en la atmósfera de Júpiter, después de hacer una última medición de la masa de Amaltea , cuando voló. ^[9]

En toda la misión, orbitó Júpiter 34 veces, Calixto 8, Ganimedes 8, Europa 11, Io 7, Amalthea 1 y recorrió un total de 4.631.778.000 km entre su lanzamiento de la Tierra y su impacto final en la capa atmosférica del planeta. ^[10]

Características

Instrumentos

• SSI – S Olid s tate I Mager

Cámara CCD con una resolución de 800×800 píxeles. Su óptica está diseñado como un Cassegrain telescópica . El sensor CCD estaba protegido por un escudo antirradiación, algo fundamental para poder operar en la rigurosa magnetosfera del sistema joviano. Yo tenía una masa de 29,7 kg, consume en promedio 15 W de potencia. ^[11]

• NIMS – N oído: I nfrared apping M S pectrometer

Espectrómetro con una longitud de onda mayor que la SSI operado en infrarrojo . Él tenía un telescopio añadido con una abertura de 229 mm. El espectrómetro utilizaba una rejilla para dispersar la luz recogida por el telescopio. Pesaba 18 kg y utilizaba en promedio 12 vatios de energía. ^[12]

• UVS / EUV – U V ARL iolet pectrometer S / E Xtreme T v ARL espectrómetro iolet

Espectrómetro de operar con la visión ultravioleta . El telescopio acoplado en el UVS tenía una abertura de 250 mm y recogía la luz del punto de observación. Ambos instrumentos UVS / EUV utilizan una rejilla – como palabra-de-lobo para dispersar esta luz recogida para el análisis espectral. Los dos instrumentos juntos pesaban 9,7 kg y usaban 5,9 vatios de energía. ^[13]

• PPR – P p hoto olarimeter- R adiometer

Tenía siete bandas de radiometría . Uno de ellos tenía ningún filtro y absorber toda la radiación solar y térmica. El instrumento suministraba mediciones de la temperatura atmosférica de Júpiter y de sus satélites. Pesaba 5 kg. ^[14]

• DDS – UST D D S etector ubsystem

Equipo utilizado para medir masa, carga eléctrica y velocidad de partículas en el sistema joviano. La velocidad de estas pequeñas partículas podía medirse en un alcance de 1-70 km / s. Estos datos ayudaban a descubrir el origen y la dinámica del polvo en la magnetosfera. Pesaba 4,2 kg. ^[15]

• EPD – y artículos nergetic D P etector

Equipo diseñado para medir para medir el número de partículas y la energía de los iones y electrones en exceso de 20 keV utilizando detectores de silicio sólido. Estas mediciones ayudaban a comprender cómo estas partículas conseguían su energía y cómo las transportaban a través de la magnetosfera de Júpiter. Pesaba 10,5 kg. ^[16]

• ICH – I H en C eavy ounter

Este instrumento fue una versión modernizada y reenvasado de algunas partes de las misiones del sistema cósmico Ray reservas de vuelo de Voyager . La HIC detectado usando pesada batería de iones de silicio monocristalino, todas las sustancias atómicas que alcanzan entre el carbono y el níquel . El HIC y el EUV dividían las líneas de transmisión y así también dividían el tiempo de observación. Pesaba 10,5 kg y una potencia media de 2,8 vatios. ^[17]

• MAG – Mag netometer

El MAG de Galileo usaba dos conjuntos de tres sensores. Estos tres sensores permiten la medición de tres componentes ortogonales del espectro del campo magnético a la vez. Pesaba 7 kg. ^[14]

• PLS – asma Pl S ubsystem

El subsistema de plasma utiliza siete campos de visión para recoger las partículas cargadas para el análisis de masa y energía. Estos campos de visión cubiertos casi cualquier ángulo entre 0 y 180, desplegando desde el eje de rotación ; la rotación de la nave llevaba este campo de visión a un círculo completo. El PLS pesaba 13,2 kg y funcionaba en una corriente eléctrica de 3,9 vatios. ^[18]

• PWS – P W AVE S Lasma ubsystem

Una antena dipolo de media onda se utilizó para estudiar los campos eléctricos mientras plasmas mientras que dos antena magnética bobina de la investigación de los campos magnéticos. La antena dipolo se monta en la punta de la lanza del magnetómetro . mediciones casi simultánea de los espectros de los campos eléctricos y magnéticos realizados por las antenas, han permitido ondas electrostáticas fueron distinguidos ds ondas electromagnéticas . El PLS pesaba 7.1 kg. ^[19]

La sonda atmosférica.

La pequeña sonda llevada por Galileo fue construida para penetrar lo máximo posible en la pesada y calcinante atmósfera de Júpiter y transmitir datos a la Tierra. Con un peso de 339 kg, fue de 1,43 m de diámetro y fue lanzado directamente a la superficie del planeta el 13 de julio de 1995, cuando Galileo era todavía cinco meses para ir en órbita y 80 millones de kilómetros de Jupiter,^[20] a una velocidad del 47,8 km/s sin frenado más tarde con sus instrumentos protegidos de la temperatura extrema y alta presión atmósfera de Júpiter por un escudo térmico que pesa más de 100 kg. La densa presión encontrada hizo que fuese naturalmente frenada para una velocidad subsónica menos de dos minutos de penetrar la alta atmósfera del planeta, debido a las fuerzas de desaceleración 230 veces mayores que la existente en la gravedad terrestre.^[8]

Considerado más difícil la entrada en la atmósfera ha intentado, la sonda tuvo que soportar una fuerza de 230 g ^[21] y su escudo térmico 152 kg casi la mitad del peso total de la sonda perdió 80 kg hasta el momento de la pérdida completa de contacto. Construido con materiales ultra-especializados, tales como el carbono fenólico, para probarlo NASA construyó un laboratorio especial donde simula la cantidad de calor y presión para ser enfrentado similar a convectivo calentamiento de la reentrada de una ojiva ICBM combinado con calor por radiación una bola de fuego termonuclear. Poco después de la entrada, donde temperaturas encontradas dos veces que mide la superficie de la sol,^[21] y penetrar en la capa superior de la atmósfera, el tubo abrió su paracaídas 2,5 m de altura y el escudo térmico protector expulsado, que cayó en el interior del planeta.

Durante los 156 km de la pendiente en la que se envían los datos se recogieron 58 min de información sobre el entorno de ubicación.^[22] Sólo cuando dejó de transmitir la presión excede de 23 atmósferas y la temperatura del aire alcanzó 156ºC. Estos datos fueron transmitidos a Galileo en el camino del planeta y de allí a la Tierra. Cada uno de los dos transmisores de banda ancha de datos científicos casi idénticos transmitidos a 128 bits de por segundo. Ella se lleva seis instrumentos: ^[23]

• Instrumentos de estructura atmosférica para medir la presión, la temperatura y la deceleración
• Un espectrómetro de masa neutra
• Un interferómetro abundancia de helio para los estudios de la composición atmosférica
• A nefelómetro para la ubicación de las nubes y la observación de partículas de la nube
• Un radiómetro neto de flujo para medir la variación de arriba a abajo la radiación electromagnética a diferentes altitudes
• Un instrumento para medir las emisiones de radio y un rayo con unas partículas de energía detector

Arte describiendo la entrada de la sonda en Júpiter, con los paracaídas activados y el escudo térmico expulsado.

La cantidad de datos devueltos superó los 3,5 megabites. La sonda dejó de transmitir antes de que la línea de comunicación con Galileo fuera cortada. La causa más probable de la interrupción de la transmisión era sobrecalentamiento , que los sensores indican antes de la pérdida de la señal final.

La atmósfera en que la sonda bajó era más caliente y turbulenta de lo esperado. Fue completamente destruida a medida que caía a través de las capas de hidrógeno molecular por debajo de la parte superior de las nubes de Júpiter. El paracaídas debe haber sido el primero en derretir, unos 30 minutos después de la entrada; ^[24] Después de 40 minutos fue de los componentes de tiempo de aluminio en caída libre en el medio de una atmósfera de hidrógeno líquido crítico. La estructura de titanio debe haber permanecido aproximadamente 6 y una horas y media antes de la desintegración completa. Debido a la alta presión, las gotas restantes de la sonda de metal deben ser vaporizados de manera que su temperatura crítica se alcanza y se mezcla con metálico de hidrógeno líquido en el interior del planeta gigante.

Se descubrió que la atmósfera joviana tiene menos de la mitad de helio esperada; los datos tampoco confirmaron la teoría de las tres capas de nubes en el planeta. De las informaciones previstas, ella detectó menos radios, menos agua, pero más turbulencia que lo imaginado, con vientos de hasta 530 km / h. Ninguna superficie sólida fue detectada durante su viaje descendente de 156 km antes de ser destruida.^[8]

Galileo en el espacio

La Luna y sus cráteres

El asteroide Ida

 

Ida en color

 

 

 

 

 

Calisto en color

Europa

Una mancha roja de Júpiter

 

La gran mancha de Júpiter

Impacto del cometa Shoemaker-Levy 9 con Júpiter