Marinero 1

Mariner 1 fue la primera nave espacial del programa interplanetario Mariner de la NASA , construida para realizar el primer sobrevuelo planetario estadounidense de Venus . Desarrollada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro y originalmente planeada como una sonda construida específicamente para este fin y lanzada en el verano de 1962, el diseño de Mariner 1 se modificó cuando el Centaur resultó no estar disponible en esa fecha temprana. Mariner 1 y su nave gemela Mariner 2 fueron adaptadas a partir de la nave lunar Ranger, más ligera . Mariner 1 transportaba un conjunto de experimentos para determinar la temperatura de Venus, así como para medir campos magnéticos y partículas cargadas cerca del planeta y en el espacio interplanetario .

El Mariner 1 fue lanzado por un cohete Atlas-Agena desde la plataforma 12 de Cabo Cañaveral el 22 de julio de 1962. Poco después del despegue , errores en la comunicación entre el cohete y sus sistemas de guiado terrestres provocaron que se desviara de su trayectoria, y tuvo que ser destruido por el personal de seguridad del campo de pruebas. Los errores se atribuyeron a una equivocación en las especificaciones de las ecuaciones de guiado escritas a mano, que posteriormente se codificaron en el programa informático.

Con el inicio de la Guerra Fría , las dos superpotencias de entonces , Estados Unidos y la Unión Soviética , iniciaron ambiciosos programas espaciales con la intención de demostrar su dominio militar, tecnológico y político. ^{[ 1 ]} Los soviéticos lanzaron el Sputnik 1 , el primer satélite en órbita terrestre, el 4 de octubre de 1957. Los estadounidenses hicieron lo propio con el Explorer 1 el 1 de febrero de 1958, momento en el que los soviéticos ya habían lanzado el primer animal en órbita, Laika , en el Sputnik 2. Una vez alcanzada la órbita terrestre, el objetivo se centró en ser los primeros en llegar a la Luna. El programa de satélites Pioneer consistió en tres intentos lunares fallidos en 1958. A principios de 1959, la sonda soviética Luna 1 fue la primera en sobrevolar la Luna, seguida por la Luna 2 , el primer objeto artificial en impactar la Luna. ^{[ 2 ]}

Después de contactar con la Luna, las superpotencias centraron su atención en los planetas. Como el planeta más cercano a la Tierra, Venus se presentó como un objetivo atractivo para vuelos espaciales interplanetarios. ^{[ 3 ] : 172} Cada 19 meses, Venus y la Tierra alcanzan posiciones relativas en sus órbitas alrededor del Sol tales que se requiere un mínimo de combustible para viajar de un planeta a otro. Estas oportunidades marcan el momento óptimo para lanzar naves espaciales de exploración, utilizando una trayectoria llamada órbita de transferencia de Hohmann .

La primera oportunidad de este tipo en la carrera espacial se presentó a finales de 1957, antes de que ninguna de las superpotencias tuviera la tecnología para aprovecharla. La segunda oportunidad, alrededor de junio de 1959, se encontraba justo en el límite de la viabilidad tecnológica, y el Laboratorio de Tecnología Espacial (STL), contratista de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, pretendía aprovecharla. Un plan elaborado en enero de 1959 contemplaba dos naves espaciales derivadas de las primeras sondas Pioneer, una para ser lanzada mediante el cohete Thor-Able y la otra mediante el aún no probado Atlas-Able . ^{[ 4 ]} STL no pudo completar las sondas antes de junio, ^{[ 5 ]} y se perdió la ventana de lanzamiento . La sonda Thor-Able fue reutilizada como la exploradora del espacio profundo Pioneer 5 , que fue lanzada el 11 de marzo de 1960 y diseñada para mantener comunicaciones con la Tierra hasta una distancia de 20 000 000 millas (32 000 000 km) mientras viajaba hacia la órbita de Venus. ^{[ 6 ]} (El concepto de la sonda Atlas Able se reutilizó como las sondas lunares Pioneer Atlas, que no tuvieron éxito ). ^{[ 7 ]} No se enviaron misiones estadounidenses durante la oportunidad de principios de 1961. La Unión Soviética lanzó Venera 1 el 12 de febrero de 1961, y entre el 19 y el 20 de mayo se convirtió en la primera sonda en sobrevolar Venus; sin embargo, dejó de transmitir el 26 de febrero. ^{[ 8 ]}  

Para la oportunidad de lanzamiento del verano de 1962, la NASA contrató al Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) en julio de 1960 ^{[ 3 ] : 172} para desarrollar "Mariner A", una nave espacial de 1250 lb (570 kg) que se lanzaría utilizando el vehículo Atlas-Centaur, aún sin desarrollar . Para agosto de 1961, quedó claro que el Centaur no estaría listo a tiempo. El JPL propuso a la NASA que la misión podría realizarse con una nave espacial más ligera utilizando el Atlas-Agena, menos potente pero operativo . Se sugirió un híbrido de Mariner A y el explorador lunar Ranger Block 1 del JPL , que ya estaba en desarrollo. La NASA aceptó la propuesta y el JPL inició un programa intensivo de 11 meses para desarrollar "Mariner R" (llamado así porque era un derivado del Ranger). Mariner 1 fue el primer Mariner R en ser lanzado. ^{[ 9 ]}  

Se construyeron tres naves espaciales Mariner R: dos para el lanzamiento y una para realizar pruebas, que también se usaría como repuesto. ^{[ 3 ] : 174} Además de sus capacidades científicas, Mariner también tenía que transmitir datos a la Tierra desde una distancia de más de 26 000 000 de millas (42 000 000 km) y sobrevivir a una radiación solar dos veces más intensa que la que se encuentra en la órbita terrestre. ^{[ 3 ] : 176}  

Estructura

Las tres naves espaciales Mariner R, incluida la Mariner 1, pesaban dentro de 1,4 kg (3 lb) del peso de diseño de 203 kg (447 lb) , de los cuales 184 kg (406 lb) estaban destinados a sistemas no experimentales: sistemas de maniobra, combustible y equipos de comunicaciones para recibir comandos y transmitir datos. Una vez desplegada completamente en el espacio, con sus dos "alas" de paneles solares extendidas, la Mariner R tenía 3,7 m (12 pies ) de altura y 5,0 m (16,5 pies ) de ancho. El cuerpo principal de la nave era hexagonal con seis compartimentos separados para equipos electrónicos y electromecánicos:          

• Dos de los casos comprendían el sistema de energía: un equipo de conmutación que regulaba y transmitía energía desde las 9800 células solares a la batería recargable de almacenamiento de plata-zinc de 1000 vatios ^{[ 10 ]} de 33,3 lb (15,1 kg) .  
• Otros dos componentes incluían el receptor de radio , el transmisor de tres vatios y los sistemas de control para los experimentos de Mariner.
• El quinto caso contenía componentes electrónicos para digitalizar los datos analógicos recibidos por los experimentos para su transmisión.
• La sexta caja contenía los tres giroscopios que determinaban la orientación de Mariner en el espacio. También albergaba la computadora central y el secuenciador, el "cerebro" de la nave espacial que coordinaba todas sus actividades según el código almacenado en sus bancos de memoria y de acuerdo con un cronograma mantenido por un reloj electrónico sincronizado con equipos en la Tierra. ^{[ 3 ] : 175}

En la parte trasera de la nave espacial, se instaló un motor cohete monopropelente ( hidracina anhidra ) 225 N ^{[ 10 ]} para correcciones de rumbo. Un sistema estabilizador alimentado con gas nitrógeno, compuesto por diez toberas de chorro controladas por los giroscopios, sensores solares y sensores terrestres a bordo, mantenía a Mariner correctamente orientado para recibir y transmitir datos a la Tierra. ^{[ 3 ] : 175}

La antena parabólica principal de alta ganancia también estaba montada en la parte inferior de la Mariner y se mantenía apuntando hacia la Tierra. Una antena omnidireccional en la parte superior de la nave espacial transmitía en ocasiones cuando la nave giraba o se desviaba de su orientación correcta, para mantener el contacto con la Tierra; al ser una antena no focalizada, su señal era mucho más débil que la de la principal. La Mariner también montaba pequeñas antenas en cada una de las alas para recibir comandos de las estaciones terrestres. ^{[ 3 ] : 175–176}

El control de la temperatura era tanto pasivo, mediante componentes aislados y altamente reflectantes, como activo, incorporando rejillas para proteger la carcasa que albergaba el ordenador de a bordo. En el momento de la construcción de las primeras Mariner, no existía ninguna cámara climática que simulara el entorno solar cercano a Venus, por lo que la eficacia de estas técnicas de refrigeración no pudo probarse hasta la misión real. ^{[ 3 ] : 176}

Paquete científico

Fondo

En el momento del inicio del proyecto Mariner, se conocían con certeza pocas características de Venus. Su atmósfera opaca impedía el estudio telescópico de la superficie. Se desconocía si había agua bajo las nubes, aunque se había detectado una pequeña cantidad de vapor de agua sobre ellas. La velocidad de rotación del planeta era incierta, aunque los científicos del JPL habían concluido, mediante observaciones de radar, que Venus rotaba muy lentamente en comparación con la Tierra, lo que respaldaba la antigua ^{[ 11 ]} (pero finalmente refutada) ^{[ 12 ]} hipótesis de que el planeta estaba en rotación síncrona con respecto al Sol, como la Luna con respecto a la Tierra. ^{[ 13 ]} No se había detectado oxígeno en la atmósfera de Venus, lo que sugería que no existía vida tal como en la Tierra. Se había determinado que la atmósfera de Venus contenía al menos 500 veces más dióxido de carbono que la de la Tierra. Estos niveles relativamente altos sugerían que el planeta podría estar sujeto a un efecto invernadero descontrolado con temperaturas superficiales de hasta 600 K (327 °C; 620 °F) , pero esto aún no se había determinado de manera concluyente. ^{[ 9 ] : 7–8}   

La nave espacial Mariner podría verificar esta última hipótesis midiendo la temperatura de Venus de cerca; ^{[ 14 ]} al mismo tiempo, la nave espacial podría determinar si existía una disparidad significativa entre las temperaturas nocturnas y diurnas. ^{[ 9 ] : 331} Un magnetómetro a bordo y un conjunto de detectores de partículas cargadas podrían determinar si Venus poseía un campo magnético apreciable o un análogo de los cinturones de Van Allen de la Tierra . ^{[ 14 ]}

Dado que la sonda Mariner pasaría la mayor parte de su viaje a Venus en el espacio interplanetario, la misión también ofrecía la oportunidad de medir a largo plazo el viento solar de partículas cargadas y de cartografiar las variaciones en la magnetosfera del Sol. Asimismo, se podría explorar la concentración de polvo cósmico más allá de las proximidades de la Tierra. ^{[ 3 ] : 176}

Experimentos

Los experimentos para la medición de Venus y el espacio interplanetario incluyeron:

• Un micrófono de cristal para medir la densidad del polvo cósmico, montado en el marco central.
• Un detector de protones para contar protones de baja energía en el viento solar, también montado en el marco central.
• Dos tubos Geiger-Müller (GM) y una cámara de ionización , para medir partículas cargadas de alta energía en el espacio interplanetario y en el equivalente venusino de los cinturones de Van Allen terrestres (que posteriormente se demostró que no existían). Estos se instalaron en el eje longitudinal de la sonda Mariner para evitar los campos magnéticos del equipo de control, así como la radiación secundaria causada por los rayos cósmicos que impactaban la estructura metálica de la nave.
• Un tubo GM Anton de propósito especial, para medir la radiación de baja energía, particularmente cerca de Venus, también montado fuera del marco central.
• Un magnetómetro de puerta de flujo de tres ejes ^{[ 10 ]} para medir los campos magnéticos del Sol y Venus, también montado lejos del marco central.
• Un radiómetro de microondas , una antena parabólica de 510 mm (20 pulgadas) de diámetro y 76 mm ( 3 pulgadas ) de profundidad, diseñada para escanear Venus de arriba abajo en dos longitudes de onda de microondas (19 mm y 13,5 mm), reduciendo la velocidad y cambiando de dirección al detectar un punto caliente. La longitud de onda de 19 mm se utilizaba para medir la temperatura de la superficie del planeta, mientras que la de 13,5 mm medía la temperatura de las capas superiores de nubes de Venus. El instrumento estaba montado justo encima del marco central.      
• Dos sensores ópticos infrarrojos para la medición paralela de la temperatura de Venus, uno a 8 a 9 micras y el otro a 10-10,8 micras, también montados sobre el marco central. ^{[ 3 ] [ 9 ] : 9 [ 14 ]}

Ninguna de las naves espaciales Mariner R incluía una cámara para tomar fotografías. Dado el escaso espacio para la carga útil, los científicos del proyecto consideraron que una cámara era un lujo innecesario, incapaz de proporcionar resultados científicos útiles. Carl Sagan , uno de los científicos de Mariner R, luchó sin éxito por su inclusión, señalando que no solo podría haber aberturas en la capa de nubes de Venus, sino que «las cámaras también podrían responder preguntas que éramos demasiado ingenuos para siquiera plantear». ^{[ 15 ]}

Plan de vuelo y operaciones en tierra

La ventana de lanzamiento para Mariner, limitada tanto por la relación orbital de la Tierra y Venus como por las limitaciones del Atlas Agena, se determinó que se ubicaría en el período de 51 días comprendido entre el 22 de julio y el 10 de septiembre. ^{[ 3 ] : 174} El plan de vuelo de Mariner contemplaba que las dos naves espaciales operativas se lanzaran hacia Venus en un período de 30 días dentro de esta ventana, siguiendo trayectorias ligeramente diferentes para que ambas llegaran al planeta objetivo con una diferencia máxima de nueve días, entre el 8 y el 16 de diciembre. ^{[ 16 ]} Solo el Complejo de Lanzamiento 12 de Cabo Cañaveral estaba disponible para el lanzamiento de cohetes Atlas-Agena, y se necesitaban 24 días para preparar un Atlas-Agena para el lanzamiento. Esto significaba que solo había un margen de error de 27 días para un cronograma de dos lanzamientos. ^{[ 3 ] : 174}

Cada Mariner sería lanzada a una órbita de estacionamiento , tras lo cual el Agena, reiniciable, se encendería por segunda vez, enviando a Mariner en su camino hacia Venus (los errores en la trayectoria se corregirían mediante un encendido a mitad de camino de los motores a bordo de Mariner). ^{[ 9 ] : 66–67} El seguimiento por radar en tiempo real de la nave espacial Mariner mientras estaba en órbita de estacionamiento y tras su partida, el Campo de Pruebas de Misiles del Atlántico proporcionaría seguimiento por radar en tiempo real con estaciones en Ascensión y Pretoria , mientras que el Observatorio Palomar proporcionaría seguimiento óptico. El apoyo al espacio profundo fue proporcionado por tres estaciones de seguimiento y comunicaciones en Goldstone, California , Woomera, Australia y Johannesburgo, Sudáfrica , separadas en el globo por aproximadamente 120° para una cobertura continua. ^{[ 9 ] : 231–233}

El lanzamiento del Mariner 1 estaba programado para la madrugada del 21 de julio de 1962. Varios retrasos causados ​​por problemas en el sistema de control de seguridad del campo de tiro pospusieron el inicio de la cuenta regresiva hasta las 23:33 (hora del este ) de la noche anterior. A las 2:20, tan solo 79 minutos antes del lanzamiento, un fusible fundido en los circuitos de seguridad del campo de tiro provocó su cancelación. La cuenta regresiva se reinició esa noche y continuó, con varias pausas, tanto planificadas como imprevistas, desde las 23:08 hasta la madrugada del día siguiente.

A las 9:21:23 a. m. del 22 de julio de 1962, el Atlas-Agena del Mariner 1 despegó de la plataforma de lanzamiento LC-12. El lanzamiento transcurrió según lo previsto hasta la separación de los propulsores. Durante la fase de sostenimiento, el sistema de guiado comenzó a emitir instrucciones de dirección incorrectas, lo que provocó que el Atlas se desviara bruscamente de izquierda a derecha. Su trayectoria de vuelo comenzó a apuntar hacia abajo y a la izquierda de donde se suponía que debía estar, creando el peligro de que pudiera impactar en las concurridas rutas marítimas del Atlántico. A las 9:26:16 a. m., apenas seis segundos antes de que la segunda etapa del Agena se separara del Atlas, momento en el que la destrucción del cohete ya no era posible, un oficial de seguridad del campo de tiro ordenó la autodestrucción del cohete, lo cual se llevó a cabo. El Sistema de Terminación de Vuelo del Atlas también estaba diseñado para destruir el Agena si se activaba, pero el Agena no tenía su propio Sistema de Terminación de Vuelo y no podía destruirse tras la parada del Atlas. Se recibieron señales de telemetría de la sonda durante otro minuto y medio. El director del programa Mariner, Jack James, creía que la destrucción del cohete era innecesaria y que no habría aterrizado en ningún otro lugar que no fuera en medio del océano. ^{[ 9 ] : 87}

La pérdida de la primera nave espacial interplanetaria de Estados Unidos representó un revés de 18,5 millones de dólares (aproximadamente 196.900.000 dólares en 2026) para la NASA. ^{[ 20 ]} El incidente puso de relieve la importancia de una depuración exhaustiva del software antes del lanzamiento, así como la necesidad de diseñar programas de manera que los errores menores no pudieran causar fallos catastróficos. Los procedimientos implementados como resultado resultaron beneficiosos para la NASA, salvando finalmente los alunizajes del Proyecto Apolo ; si bien hubo errores de programación en el software del Módulo Lunar durante el descenso, estos no provocaron el fracaso de la misión. ^{[ 21 ]}

Una vez descubierto rápidamente el error lógico, ^{[ 22 ]} no fue necesario un retraso indebido. La Mariner 2 idéntica ya estaba disponible, y un segundo lanzamiento desde la misma plataforma era factible antes de finales de agosto. ^{[ 23 ]} El 27 de agosto de 1962, la nave espacial gemela de la Mariner 1 fue lanzada con éxito, convirtiéndose en la primera nave espacial en enviar datos desde las proximidades de Venus el 14 de diciembre de 1962. ^{[ 3 ] : 171, 177}

• Lista de misiones a Venus
• Lista de errores de software

• Artículo de la NASA sobre la sonda Mariner I archivado el 1 de abril de 2022 en Wayback Machine .
• Perfil de la misión Mariner 1 por el programa de Exploración del Sistema Solar de la NASA.
• RIESGOS Resumen detallado sobre el fallo del Mariner I