Sobrevuelo de Mercurio

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Sobrevuelo de Mercurio

Mariner 10

Mariner 10

Tipo de misión

Exploración planetaria

Operador: NASA / JPL

ID COSPAR: 1973-085A ^[1]

SATCAT no.: 6919 ^[1]

Duración de la misión: 1 año, 4 meses, 12 días

Propiedades de naves espaciales

Fabricante: Laboratorio de Propulsión a Chorro

Lanzamiento de masa: 502.9 kilogramos (1.109 lb)

Poder: 820 vatios (en el encuentro de Venus)

Inicio de la misión

Fecha de lanzamiento: 3 de noviembre de 1973, 05:45:00 UTC

Cohete: Atlas SLV-3D Centaur-D1A

Sitio de lanzamiento: Cabo Cañaveral LC-36B

Desactivado: 24 de marzo de 1975

Sobrevuelo de Venus

Enfoque más cercano: 5 de febrero de 1974

Distancia: 5,768 kilómetros (3,584 mi)

Sobrevuelo de Mercurio

Enfoque más cercano: 29 de marzo de 1974

Distancia: 704 kilómetros (437 mi)

Sobrevuelo de Mercurio

Enfoque más cercano: 21 de septiembre de 1974

Distancia: 48,069 kilómetros (29,869 mi)

Sobrevuelo de Mercurio

Enfoque más cercano: 16 de marzo de 1975

Distancia: 327 kilómetros (203 mi)

Crucero a Venus

Trayectoria de la nave espacial Mariner 10: desde su lanzamiento el 3 de noviembre de 1973, hasta el primer sobrevuelo de Mercuio el 29 de marzo de 1974

Mapa de Mercurio rastreado por la Mariner 10. La banda que aparece es la parte superior derecha es la zona de la que no se obtuvieron datos.

Mariner 10 fue la última sonda espacial dentro del programa Mariner de la NASA. Fue lanzada el 3 de noviembre de 1973, dos años después de la Mariner 9. Su misión era probar un transmisor experimental en banda X, explorar la atmósfera, superficie y características físicas de Venus y Mercurio y validar la asistencia gravitatoria, usando en este caso a Venus para acelerarse en su trayecto final hacia Mercurio.

En Venus fotografió la atmósfera de este planeta en el espectro ultravioleta, además de realizar otros estudios atmosféricos.

Visitó Mercurio en tres ocasiones, el 29 de marzo y el 21 de septiembre de 1974 y el 16 de marzo de 1975. En total cartografió entre el 40 y el 45% del planeta, aunque sólo del lado iluminado por el Sol durante los sobrevuelos.

La nave

La estructura de la nave era de forma octogonal, con marcos de magnesio y ocho compartimentos para la electrónica. Medía 1,39 m en diagonal y 0,457 m de profundidad. Dos paneles solares, cada uno de 2,69 m de largo y 0,97 m de ancho, se extendían desde los laterales, con un total de 5,1 m² de superficie. La longitud total de la nave, con los paneles extendidos, era de 8 metros. La sonda disponía de una plataforma móvil con dos grados de libertad y un mástil de 5,8 m de largo donde se alojaba el magnetómetro. La masa total en el lanzamiento era de 502,9 kg. La masa total de los instrumentos de a bordo era de 79,4 kg.

El empuje del motor, alimentado por hidracina alojada en un tanque esférico situado en el centro de la nave, era de 222 newton. La estabilización de la nave en los tres ejes se conseguía con dos juegos de tres pares de propulsores alimentados por nitrógeno situados ortogonalmente entre ellos y montados en los extremos de los paneles solares. El control estaba bajo el ordenador de a bordo, con una memoria de 512 palabras aumentada por los comandos terrestres. La electricidad era obtenida por 2 paneles solares con una superficie total de 5,1 m² y generaban 540 vatios de potencia que se almacenaba en una batería de NiCd con capacidad de 20 A/hora.

La antena de alta ganancia tenía un diámetro de 1,37 m y tenía una estructura con forma de panel de abeja hecha de aluminio. También llevaba una antena de baja ganancia montada al final de un mástil de 2,85 m. Las antenas permitían a la nave transmitir en banda S y banda X, y la velocidad de transmisión máxima estaba en 117,6 kilobits por segundo. La nave espacial llevaba un rastreador de estrella con el que seguía a Canopus y sensores solares y de adquisición en las puntas de los paneles solares. El interior de la nave fue aislado con múltiples mantas térmicas en la parte superior e inferior. La nave portaba un escudo térmico que se desplegó después de su lanzamiento para proteger a la nave en el lado orientado hacia el Sol. Cinco de los ocho compartimentos de la electrónica llevaban también cortinillas regulables para controlar la temperatura interior.

Los instrumentos a bordo de la nave espacial midieron la superficie de la atmósfera y las características físicas de Mercurio y Venus. Los experimentos incluyeron la fotografía de televisión, campo magnético, el plasma, radiometría infrarroja, espectroscopia ultravioleta, y detectores de ciencia de radio. Un transmisor experimental en banda X, de alta frecuencia, fue trasladado por primera vez en esta nave espacial.

Asistencia de vela solar

En 1974, luego de detectarse una falla en el sistema de control de actitud, se utilizó propelente adicional para realizar las maniobras, por lo que corría peligro el correcto acercamiento a Mercurio y la posición de la antena apuntando hacia la Tierra, ante un inminente agotamiento del propelente. Como medida desesperada, se decidió dirigir adecuadamente los paneles solares para que pudieran ser utilizados a manera de vela solar, lo que proporcionaría el empuje necesario para reemplazar algunas de las maniobras que requerirían gasto adicional de propelente.¹​

De esta manera, aunque en forma accidental, se utilizó por primera vez la presión de la luz (en las cercanías del Sol) a manera de vela solar, lo que en este caso produjo que se salvara la continuidad de los objetivos de la misión.¹​

En la actualidad

Debido a que la nave espacial consumió la totalidad de su combustible, ya no puede corregir su dirección para apuntar a la Tierra, por lo que se ha perdido contacto con la misma y simplemente ha quedado a la deriva, orbitando alrededor del Sol.²​

Mariner 10 fue la primera nave espacial en hacer uso de una maniobra de tirachinas gravitacional interplanetario, utilizando Venus para doblar su trayectoria de vuelo y llevar su perihelio al nivel de la órbita de Mercurio. ^[3] Esta maniobra, inspirada en los cálculos de la mecánica orbital del científico italiano Giuseppe Colombo , colocó a la nave espacial en una órbita que repetidamente la trajo de vuelta a Mercurio. Mariner 10 utilizó la presión de radiación solar en sus paneles solares y su antena de alta ganancia como un medio de control de actitud durante el vuelo, la primera nave espacial en usar control de presión solar activa.

Los componentes en Mariner 10 se pueden clasificar en cuatro grupos en función de su función común. Los paneles solares, el subsistema de potencia, el subsistema de control de actitud y la computadora mantuvieron a la nave operando adecuadamente durante el vuelo. El sistema de navegación, incluido el cohete de hidracina, mantendría a Mariner 10 en camino hacia Venus y Mercury. Varios instrumentos científicos recogerían datos en los dos planetas. Finalmente, las antenas transmitirían estos datos a la Red de Espacio Profundo de regreso a la Tierra, y recibirían comandos del Control de la Misión. Los diversos componentes e instrumentos científicos de Mariner 10 estaban unidos a un cubo central, que tenía aproximadamente la forma de un prisma octogonal. El concentrador almacenó la electrónica interna de la nave espacial. ^{[1] [4] [5]} La nave espacial Mariner 10 fue fabricada por Boeing. ^{[6] La} NASA estableció un límite estricto de $ 98 millones para el costo total de Mariner 10, que marcó la primera vez que la agencia sometió a una misión a una restricción presupuestaria inflexible. No se tolerarían excesos, por lo que los planificadores de la misión consideraron cuidadosamente la rentabilidad cuando diseñaron los instrumentos de la nave espacial. ^[7] El control de costos se logró principalmente al ejecutar el trabajo del contrato más cerca de la fecha de lanzamiento que el recomendado por los calendarios normales de la misión, ya que la reducción del tiempo de trabajo disponible aumentó la eficiencia de costos. A pesar del apretado calendario, se perdieron muy pocos plazos. ^[8] La misión terminó con alrededor de $ 1 millón por debajo del presupuesto. ^[9]

Mariner 10 fotografió la Tierra y la Luna poco después del lanzamiento

Durante su primera semana de vuelo, el sistema de cámara Mariner 10 se probó tomando cinco mosaicos fotográficos de la Tierra y seis de la Luna. También obtuvo fotografías de la región del polo norte de la Luna donde la cobertura anterior era pobre. Estas fotografías proporcionaron una base para que los cartógrafos actualicen los mapas lunares y mejoren la red de control lunar.^[56]

Lejos de ser un crucero sin incidentes, el viaje de tres meses de Mariner 10 a Venus estuvo plagado de fallas técnicas que mantuvieron el control de la misión al límite. ^[57] Donna Shirley relató la frustración de su equipo: “Parecía como si siempre estuviéramos aplicando un parche a Mariner 10 el tiempo suficiente para pasar a la siguiente fase y la próxima crisis”.^[58] Una maniobra de corrección de trayectoria se realizó el 13 de noviembre de 1973. Inmediatamente después, el rastreador de estrellas se encerró en un brillante copo de pintura que se había desprendido de la nave espacial y perdió el seguimiento de la estrella guía Canopus. Un protocolo de seguridad automatizado recuperó Canopus, pero el problema de la pintura descamada se repitió a lo largo de la misión. La computadora de a bordo también experimentó restablecimientos no programados de vez en cuando, lo que obligó a reconfigurar la secuencia del reloj y los subsistemas. También se produjeron problemas periódicos con la antena de alta ganancia durante el crucero. El 8 de enero, se produjo una falla de funcionamiento causada por un diodo cortocircuitado en el subsistema de alimentación. ^14] Como resultado, el regulador de potencia principal y el inversor fallaron, dejando a la nave espacial en función del regulador redundante. Los planificadores de la misión temían que el mismo problema pudiera repetirse en el sistema redundante y paralizar la nave espacial.^[59]

En enero de 1974, Mariner 10 realizó observaciones ultravioletas del cometa Kohoutek. Otra corrección a mitad de camino se realizó el 21 de enero de 1974.

Venus sobrevuelo

La nave espacial pasó Venus el 5 de febrero de 1974, el acercamiento más cercano fue 5,768 km a las 17:01 UT. Fue la duodécima nave espacial que llegó a Venus y la octava para devolver datos del planeta,^[60] así como la primera misión para tener éxito al transmitir imágenes de Venus a la Tierra.^[61] Mariner 10 se basó en observaciones hechas por Mariner 5 seis años antes; importante, Mariner 10 tenía una cámara mientras que la misión anterior carecía de una. ^62] Cuando el Mariner 10 giró alrededor de Venus, del lado nocturno del planeta a la luz del día, las cámaras rompieron la primera imagen de Venus de la sonda, mostrando un arco iluminado de nubes sobre el polo norte que emergía de la oscuridad. Inicialmente, los ingenieros temieron que el rastreador de estrellas pudiera confundir la mucho más brillante Venus con Canopus, repitiendo los percances con pintura descascarada. Afortunadamente, el rastreador de estrellas no funcionó mal. La ocultación de la Tierra ocurrió entre las 17:07 UT y las 17:11 UT, durante la cual la nave espacial transmitió ondas de radio de la banda X a través de la atmósfera de Venus, recopilando datos sobre la estructura de la nube y la temperatura.^{[63] [64]} Aunque la capa de nubes de Venus es casi sin rasgos en la luz visible, se descubrió que los detalles de las nubes extensas se podían ver a través de los filtros de la cámara ultravioleta de Mariner. La observación ultravioleta en la Tierra había mostrado algunas manchas indistintas incluso antes del Mariner 10, pero el detalle visto por Mariner fue una sorpresa para la mayoría de los investigadores. La sonda continuó fotografiando Venus hasta el 13 de febrero.^[65] Entre las 4,165 fotografías adquiridas, una serie resultante de imágenes captó una atmósfera gruesa y claramente modelada que producía una revolución completa cada cuatro días,^[62] tal como lo habían sugerido las observaciones terrestres ^[66]

Fin de la misión

Con su gas de maniobra casi agotado, Mariner 10 comenzó otra órbita del sol. Las pruebas de ingeniería se continuaron hasta el 24 de marzo de 1975,^[3] cuando el agotamiento final del suministro de nitrógeno se señalizó por el inicio de un giro de inclinación no programado. Los comandos fueron enviados inmediatamente a la nave espacial para apagar su transmisor, y las señales de radio a la Tierra cesaron.

El Mariner 10 presumiblemente sigue orbitando alrededor del Sol, aunque sus componentes electrónicos probablemente hayan sido dañados por la radiación del Sol.^[73] Mariner 10 no ha sido detectado o rastreado desde la Tierra desde que dejó de transmitir. La única forma en que no estaría en órbita sería si hubiera sido golpeada por un asteroide o gravitacionalmente perturbada por un encuentro cercano con un cuerpo grande. Ambas ocurrencias son extremadamente improbables, por lo que se supone que aún están en órbita. ^{[citación necesitada]}

Descubrimientos

Durante su sobrevuelo de Venus, Mariner 10 descubrió evidencia de nubes giratorias y un campo magnético muy débil. Utilizando un filtro ultravioleta cercano, fotografió las nubes de Chevron de Venus y realizó otros estudios atmosféricos.

La nave espacial voló más allá de Mercurio tres veces. Debido a la geometría de su órbita, su período orbital era casi exactamente el doble que el de Mercurio, el mismo lado de Mercurio estaba iluminado por el sol cada vez, por lo que solo pudo representar el 40-45% de la superficie de Mercurio, tomando más de 2.800 fotografías. Reveló una superficie más o menos similar a la Luna. Por lo tanto, contribuyó enormemente a nuestra comprensión de Mercurio, cuya superficie no se había resuelto con éxito a través de la observación telescópica. Las regiones mapeadas incluyeron la mayoría o todos los cuadrángulos de Shakespeare, Beethoven, Kuiper, Michelangelo, Tolstoj y Discovery, la mitad de los cuadrángulos de Bach y Victoria, y pequeñas porciones de Perséfone Solitudo (más tarde Neruda), Liguria (más tarde Raditladi) y cuadrángulos de Borealis.^[74]

Mariner 10 también descubrió que Mercurio tiene una atmósfera tenue que consiste principalmente de helio, así como un campo magnético y un gran núcleo rico en hierro. Sus lecturas del radiómetro sugirieron que Mercurio tiene una temperatura nocturna de -183 ° C (-297 ° F ) y temperaturas diurnas máximas de 187 ° C (369 ° F).