Explorador 8

Explorer 8 fue un satélite de investigación de la NASA lanzado el 3 de noviembre de 1960. ^[2] Su objetivo era estudiar la distribución temporal y espacial de la densidad de electrones , la temperatura de los electrones , la concentración de iones , la masa de iones, la distribución de micrometeoritos y la masa de micrometeoritos en la ionosfera a altitudes entre 400 km (250 mi) y 1.600 km (990 mi) y su variación desde condiciones de plena luz del sol hasta condiciones de sombra total o nocturnas. ^[3]

El Explorer 8 era un satélite alimentado por una batería de mercurio de 40,88 kg (90,1 lb) . La carga útil tenía forma de dos conos truncados con las bases unidas a un ecuador cilíndrico. La carcasa exterior era de aluminio y tenía un diámetro de 76 cm (30 pulgadas) y una altura de 76 cm (30 pulgadas). El transmisor de 108,00 MHz tenía una potencia media de 100 mW y funcionó durante la vida útil de la batería (54 días). El sistema de datos incluía telemetría que consistía en un funcionamiento continuo con transmisión en tiempo real. Para evitar la posibilidad de efectos sobre los experimentos por carga asimétrica en las superficies de las células solares, no se utilizaron células solares . ^[3]

La instrumentación del experimento incluía una sonda de impedancia de radiofrecuencia (RF) , un monitor de corriente de iones , una sonda de potencial retardante, una sonda de temperatura de electrones de dos elementos y una de tres elementos, un monitor de corriente de electrones, un detector de micrometeoritos de tipo fotomultiplicador y de tipo micrófono , un medidor de campo eléctrico , un sensor de horizonte solar y sondas de temperatura de termistor . Se utilizaron mediciones simultáneas de concentración de electrones e iones para resolver la cuestión de la neutralidad del medio. ^[3]

Se montó un medidor de campo eléctrico de tipo obturador giratorio en el extremo delantero del eje de giro del satélite para obtener mediciones de la distribución de cargas que se acumulan en la superficie del satélite debido a la interacción del satélite con la envoltura de plasma. El medidor consistía en un obturador (rotor) de cuatro palas expuesto, accionado por motor, conectado a tierra a la piel del satélite mediante escobillas, y un estator o sensor de cuatro palas, ubicado directamente detrás y que tenía la misma configuración que el rotor. El estator, que estaba conectado a tierra a través de una carga resistiva, estaba expuesto y protegido alternativamente por el rotor de 7500 rpm . Las superficies expuestas en el medidor estaban bañadas en oro. El espaciado entre el rotor y el estator era de 3 mm. Debido a la gran demanda de energía de los experimentos (3 W), se encendió desde el suelo. Después de 2 minutos de funcionamiento, el experimento se apagó automáticamente mediante un módulo de programa de comando. Se encontró que la diferencia de potencial diurna total entre la nave espacial y el entorno era de 0,15 V cuando la densidad electrónica del medio era de aproximadamente 1,E4 electrones/cc. En el apogeo, donde la densidad de electrones era de aproximadamente 1,E3 electrones/cc, el potencial se invirtió y se volvió positivo unas décimas de voltio. ^[4]

Se utilizó una serie de cuatro trampas de iones planas empotradas y aisladas eléctricamente con rejillas y colectores paralelos planos para medir la corriente total de protones incidentes, electrones, otras partículas cargadas y fotoelectrones emitidos desde los colectores. La adición de una única rejilla conectada a tierra y un colector con polarización positiva permitió la medición de la corriente de electrones en función de la actitud del satélite. El experimento también permitió barrer la rejilla de -1,2 a +8 V para medir el potencial de equilibrio de la nave espacial y la temperatura externa de los electrones. La adición de una segunda rejilla entre la rejilla exterior conectada a tierra y el colector permitió que dos sondas de tres elementos midieran las corrientes de iones y electrones positivos. Una sonda, con la rejilla interior a -15 V, recogió los iones positivos entrantes mientras repelía los electrones externos y suprimía los fotoelectrones internos. La segunda sonda, con una polarización de rejilla interior a +25 V, midió el flujo de electrones incidentes y la corriente de fotoemisión no suprimida en ese momento. Los resultados de este experimento fueron limitados porque el esquema de desconmutación del satélite era tan deficiente que el procesamiento por máquina era imposible. Se sistematizó cierto reconocimiento manual de secuencias de señales significativas, y una cantidad limitada de esta información formó los datos de observación totales obtenidos del experimento. ^[5]

Se incluyeron en el satélite dos tipos de sondas de temperatura de electrones, ambas modificaciones simples de la sonda Langmuir , para obtener una medición directa de la temperatura de los electrones. Un tipo de sonda operaba en dos modos. Para el primer modo, se mantenía una rejilla de apertura al potencial de la nave espacial para monitorear la sensibilidad de orientación de la corriente de difusión de electrones. En el segundo modo, un potencial variable aplicado a la rejilla de apertura permitía una medición del potencial del satélite y de la densidad y temperatura de electrones ambientales. Esta sonda se montó cerca de la parte superior del satélite a unos 40° con respecto al eje de giro (es decir, a ras de la superficie cónica superior del satélite). Una segunda sonda idéntica se montó simétricamente en el otro lado del satélite. Esta segunda sonda consistía en cuatro sensores ubicados en el ecuador del satélite. Estos sensores medían varias combinaciones de corrientes de iones, electrones y fotoemisión. Las densidades de iones y electrones derivadas se utilizaron luego para comparar con las observaciones de los otros sensores del satélite. Este experimento tenía una resolución telemétrica más pobre que el primer tipo de sonda y, por lo tanto, los datos no eran tan útiles, aunque coincidían bastante con los de esa sonda. Debido a una serie de erupciones solares bastante graves, los únicos datos útiles se limitaron a los obtenidos durante 14 días tranquilos. Otra limitación grave para la recopilación de datos útiles fue la incapacidad del sistema de conmutación para proporcionar información en un formato que fuera legible por una máquina. Los datos útiles obtenidos tuvieron que reconocerse manualmente, extraerse de la telemetría y procesarse. ^[6]

Se utilizaron dos cristales piezoeléctricos, cada uno de ellos unido a dos placas de resonancia acústicamente aisladas de la superficie del satélite, para medir la frecuencia y el momento del impacto de los micrometeoritos. La información de estos sensores se obtuvo en niveles de sensibilidad baja, media y alta y se almacenó en tres contadores digitales independientes. El experimento se desarrolló con normalidad. ^[7]

Se diseñó un tubo fotomultiplicador , que se volvió opaco mediante la evaporación de una capa de aluminio en la superficie frontal, para medir la energía luminosa emitida cuando un micrometeorito impactaba sobre la superficie y relacionar esta energía medida con la energía cinética ambiental de la partícula. La sensibilidad máxima del sensor a los pulsos de luz era del orden de 1,E-14 erg , lo que significa que podía detectar impactos de partículas de 1,E-14 g con una velocidad de 20 km/s. El experimento también tenía como objetivo determinar los efectos erosivos del impacto de micrometeoritos. A medida que impactaban micrometeoritos medibles, se eliminaba una parte de la capa de aluminio. A continuación, el fotomultiplicador registraba la cantidad de energía luminosa transmitida a través de la capa desde fuentes de luz extrañas conocidas. Cuando estos datos se combinaron con datos sobre la energía de los impactos de micrometeoritos, se obtuvo la medición de los efectos erosivos de un solo micrometeorito. Los datos del fotomultiplicador se recibieron durante la vida útil de la batería. Sin embargo, el detector de destello de luz también fue activado por protones (E>40 MeV), y los datos tuvieron que ser descartados. ^[8]

Para medir la concentración de electrones en la ionosfera, se midió el cambio de capacitancia de una antena dipolar en el ecuador del satélite usando la capacitancia de la antena para controlar la frecuencia de un oscilador. Un generador de barrido inició el oscilador de la sonda en un barrido ascendente y descendente de 80 ms en frecuencia. Cada vez que el oscilador de la sonda barría más allá de los 6,5 MHz, una señal pasaba por un filtro de cristal. Se produjeron dos pulsos durante cada barrido de 80 ms, pero los tiempos en que ocurrieron los pulsos, en relación con el inicio del barrido, fueron modificados por la capacitancia de la antena, que era una parte integral del circuito sintonizado por el oscilador. Una computadora calculó los intervalos de tiempo y transmitió esta información al sistema de telemetría. Por este medio, la densidad de electrones se midió cada 40 ms. Considerando la velocidad del satélite, este experimento fue capaz de detectar inhomogeneidades ionosféricas tan pequeñas como 300 m (980 ft). ^[9]

Debido a su forma simétrica, se seleccionó a Explorer 8 para su uso en la determinación de densidades atmosféricas superiores en función de la altitud, latitud, estación y actividad solar. Este experimento no se planeó antes del lanzamiento. Los valores de densidad cerca del perigeo se dedujeron a partir de observaciones secuenciales de la posición de la nave espacial, utilizando técnicas de seguimiento óptico ( red de cámaras Baker-Nunn ) y de radio y/o radar. Este experimento dio como resultado la determinación exitosa de valores de densidad razonables y es capaz de producir valores de densidad atmosférica a largo plazo, ya que Explorer 8 tenía una vida útil orbital esperada de 80 años. ^[10]

El 27 de diciembre de 1960, la batería se quedó sin energía y fue muy difícil desconectas los datos telemétricos para que pudieran procesarse a máquina. Como resultado de estas dificultades, la mayoría de los datos se procesaron a mano. A pesar de estas dificultades, gracias al funcionamiento del satélite se obtuvieron nuevos conocimientos sobre la ionosfera . ^[3] El Explorer 8 se desintegró de la órbita el 28 de marzo de 2012. ^[11]

Una réplica está en exhibición en el Centro Steven F. Udvar-Hazy del Museo Nacional del Aire y del Espacio Smithsonian en Chantilly, Virginia . ^[12]

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