Vehículo en órbita

La serie OV1 fue una evolución de las "Cápsulas Científicas de Pasajeros" (SPP) de 2,7 m, que, a partir del 2 de octubre de 1961, se acoplaron a las pruebas suborbitales del misil Atlas y llevaron a cabo experimentos científicos durante su breve estancia en el espacio. General Dynamics recibió un contrato de 2 millones de dólares el 13 de septiembre de 1963 para construir una nueva versión de la SPP (denominada Estructura Retenida Atlas (ARS)) que transportaría un satélite autoorbitante. Una vez que el misil Atlas y la ARS alcanzaran el apogeo, el satélite en su interior se desplegaría y se impulsaría hacia la órbita. Además de la SPP orbital, General Dynamics crearía seis de estos satélites, cada uno de 3,66 m (12,0 pies) de largo y 0,762 m (2 pies 6,0 pulgadas) de diámetro , capaces de transportar una carga útil de 136 kg (300 libras) a una órbita circular de 805 km (500 millas) .         

Denominada «Satélite para la Investigación Aeroespacial» (SATAR), la serie de satélites originalmente iba a ser lanzada desde el Campo de Pruebas del Este en misiones Atlas para probar los conos de nariz experimentales del Sistema Avanzado de Reentrada Balística (ABRES). Sin embargo, en 1964, la Fuerza Aérea transfirió los lanzamientos de ABRES al Campo de Pruebas del Oeste, lo que provocó un retraso de un año en el programa. Además, debido a que los lanzamientos desde el Campo de Pruebas del Oeste se realizarían en órbita polar, a diferencia de las órbitas de baja inclinación típicas de los lanzamientos desde el Campo de Pruebas del Este, se podía poner en órbita menos masa con el mismo empuje, y la masa de los satélites SATAR tuvo que reducirse. ^{[ 1 ] : 417}

Tras el OV1-1 , el último lanzamiento de prueba del ABRES, los OV1-2 al 12 se lanzaron desde misiles balísticos intercontinentales Atlas D fuera de servicio , con la excepción del OV1-6 , lanzado mediante el Titan IIIC destinado al vuelo de prueba del Laboratorio Orbital Tripulado . La serie OV1, desde el OV1-13 en adelante, se lanzó desde misiles Atlas F fuera de servicio . ^{[ 1 ] : 418, 420–421}

El satélite estándar OV1, de 1,387 m (4 pies 6,6 pulgadas) de largo y 0,69 m (2 pies 3 pulgadas) de diámetro, consistía en una carcasa experimental cilíndrica con conos aplanados en ambos extremos ^{[ 3 ]} que contenía 5000 células solares que producían 22 vatios de potencia. Dos antenas de 0,46 m (1 pie 6 pulgadas) para transmitir telemetría y recibir comandos se extendían desde los lados de la nave espacial. Doce propulsores de peróxido de hidrógeno presurizados con helio proporcionaban el control de actitud. A partir del OV1-7 , las células solares eran planas en lugar de redondas, y los satélites llevaban el sistema de actitud Vertistat que utilizaba un sensor solar para determinar la orientación de la nave espacial con respecto al Sol. ^{[ 1 ] : 418–429} OV1-13 y OV1-14 fueron los primeros de la serie OV1 en utilizar telemetría digital por modulación de código de pulsos , lo que permitió el retorno de datos cada vez más precisos de los satélites. ^{[ 4 ]}         

En última instancia, solo el primero de los SATAR ( OV1-1 , llamado Vehículo de Investigación Atmosférica (ARV) en ese momento) ^{[ 5 ] : 24} voló como carga secundaria en una misión ABRES. El resto voló en propulsores Atlas D y F, ex-ICBM, adquiridos específicamente por la OAR para la serie OV1 (excepto el OV1-6 , que voló en el vuelo de prueba del Laboratorio Orbital Tripulado el 2 de noviembre de 1966). ^{[ 1 ] : 418–422} Los primeros Atlas D se lanzaron desde silos tipo "ataúd", y su punto de mira era típicamente la isla de Guam . ^{[ 2 ]} Los satélites se montaron en el cono de la nariz del cohete lanzador; el OV1-1, el OV1-3 y el OV1-86 se montaron lateralmente. Un módulo de propulsión desechable con un motor de combustible sólido Altair-2 proporcionó el empuje para la inserción orbital final. ^{[ 1 ] : 418}

La combinación OV1/Atlas era económica para la época, costando solo US$1.250.000 (equivalente a US$12.403.846 en 2025) por lanzamiento. ^{[ 1 ] : 418} Al volar hasta tres cápsulas de satélite en un solo cohete, los costos de carga útil se redujeron significativamente. ^{[ 2 ]} El formato estandarizado también permitió un período rápido de propuesta de experimento a lanzamiento de solo quince meses. ^{[ 1 ] : 418} El programa OV-1 fue dirigido por el teniente coronel Clyde Northcott, Jr. ^{[ 6 ]}

Los datos de la cámara de ionización equivalente a tejido de OV1-4 , calibrada con respecto a un instrumento similar en órbita en Gemini 4 , determinaron la dosis de radiación que recibirían los astronautas de Gemini que viajaran a la altitud de OV1-4 (~ 950 km (590 mi) ): 4 rads por día en una órbita con inclinación de 30° o 1,5 rads por día en una órbita con inclinación de 90° (polar). ^{[ 7 ]}  

A finales de mayo de 1967, durante un período de alta actividad solar y magnética, el OV1-9 devolvió la primera evidencia del campo eléctrico de la Tierra, largamente teorizado pero nunca medido. El satélite detectó un flujo de protones que salían de la atmósfera hacia el espacio moviéndose a más de 60 000 km (37 000 mi) por segundo. El OV1-9 también estudió la variación de los flujos de protones en el cinturón exterior de Van Allen durante ese mismo período, determinando que los flujos eran diez veces mayores cuatro días después de la máxima actividad solar de mayo que antes de la erupción; los flujos tardaron diez días en volver a los niveles normales. ^{[ 8 ]} El espectrómetro de rayos X del OV1-10, lanzado simultáneamente, devolvió el conjunto más completo de observaciones de rayos X solares hasta la fecha. Estos datos permitieron a los científicos determinar la densidad relativa de neón a magnesio en la corona solar mediante observación directa en lugar de utilizar modelos matemáticos complejos. Se encontró que la relación de neón a magnesio era de 1,47 a 1 (+/- 0,38). ^{[ 9 ]}  

El satélite OV1-13 , lanzado el 6 de abril de 1968, midió los aumentos de energía e intensidad de los electrones durante una tormenta geomagnética que tuvo lugar el 10 de junio de 1968. ^{[ 10 ]} Los datos del OV1-13 también aclararon cómo el flujo de partículas causado por las tormentas solares creó estos aumentos a gran altitud. ^{[ 11 ]}

Los datos devueltos por los satélites OV1 15 y 16 proporcionaron el primer conjunto sustancial de datos sobre la densidad de la atmósfera terrestre entre los 100 km (62 mi) y los 200 km (120 mi) de altitud , demostrando que el aumento de la actividad solar incrementaba la densidad del aire a gran altitud, contradiciendo el modelo predominante de la época. ^{[ 12 ]} Además, los satélites determinaron que la densidad de la atmósfera superior era un 10 % menor que la predicha por los modelos teóricos. ^{[ 13 ]} Los datos de los OV1-15/16 permitieron mejorar los modelos atmosféricos, lo que posibilitó a la Fuerza Aérea predecir con mayor precisión dónde y cuándo los satélites se desintegrarían y reentrarían. ^{[ 12 ]}    

Entre 1966 y 1969, se probó la estabilización por gradiente gravitatorio en órbita terrestre baja en varios satélites de la serie OV-1 de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos con un sistema llamado Vertistat. Compuesto por tres brazos horizontales de 15,5 m (51 pies) de longitud que forman una 'y' y dos brazos verticales de 19 m (62 pies) de longitud, ^{[ 14 ]} Vertistat se utilizó sin éxito en OV1-7 , OV1-86 y OV1-17 , pero con éxito en OV1-10 . ^{[ 1 ]}    

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La serie de satélites OV2 fue diseñada originalmente como parte del programa ARENTS (Advanced Research Environmental Test Satellite), con el objetivo de obtener datos de apoyo para los satélites Vela , que monitoreaban la Tierra en busca de violaciones del Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares de 1963. Tras la cancelación de ARENTS debido a retrasos en la etapa del cohete Centaur , el hardware del programa (desarrollado por General Dynamics ) se reutilizó para volar en los lanzamientos de prueba del propulsor Titan III ^{[ 1 ] : 417 : 422} (inicialmente el A, ^{[ 22 ]} finalmente el C). ^{[ 1 ]} La USAF contrató a Northrop para producir estos satélites, con William C. Armstrong de Northrop Space Laboratories como gerente del programa. ^{[ 22 ]}

Los satélites OV2 fueron diseñados siguiendo el mismo plan: estructuras aproximadamente cúbicas de panal de aluminio, de 0,61 m (2,0 pies) de altura y 0,58 m (1,9 pies) de ancho, con cuatro paneles solares en forma de paleta de 2,3 m (7,5 pies) montados en las cuatro esquinas superiores, cada uno con 20.160 celdas solares. El sistema de alimentación, que incluía baterías de NiCd para operaciones nocturnas, proporcionaba 63 W de potencia. Los experimentos generalmente se montaban fuera del cubo, mientras que los sistemas del satélite, incluyendo la grabadora, el receptor de comandos y el sistema de telemetría PAM/FM/FM, se instalaban en el interior. Cuatro pequeños motores de cohete de combustible sólido, uno en cada paleta, estaban diseñados para hacer girar los satélites OV2 al alcanzar la órbita, proporcionando estabilidad giroscópica. Los chorros de gas frío mantenían esta estabilidad, recibiendo información sobre la alineación del satélite con respecto al Sol a través de un sensor de orientación solar a bordo y con respecto al campo magnético local a través de dos magnetómetros de puerta de flujo a bordo. Un amortiguador impedía que los satélites precedieran (oscilaran alrededor de su eje de rotación). El control térmico pasivo evitaba que los satélites se sobrecalentaran. ^{[ 1 ] : 422}      

Originalmente, cuando comenzó el programa OV2, se planificaron tres satélites OV2 con diferentes objetivos de misión. ^{[ 22 ]} La serie OV2 finalmente se amplió a cinco satélites, todos con objetivos diferentes. Solo el OV2-5 , un satélite de radiación y astronomía, logró cierto éxito. ^{[ 23 ]} Sin embargo, se realizaron réplicas de experimentos destinados al OV2-1 en el OV3-3 . ^{[ 1 ] : 423}

Los datos de energía de protones del satélite OV2-5, recopilados entre el 2 y el 13 de octubre de 1968 en el rango de energía de 0,060 a 3,3 MeV , mostraron una reducción de ocho veces en el flujo de partículas entre las tormentas solares y los períodos de calma. La medición del ángulo en el que los protones impactaban el satélite también ayudó a refinar los modelos teóricos de cómo la magnetosfera interactúa con el flujo de partículas cargadas. ^{[ 24 ]}

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A diferencia de los satélites de las series OV1 y OV2, diseñados para utilizar el espacio de carga útil vacío en lanzamientos de prueba de cohetes, los seis satélites OV3 contaban con propulsores Scout dedicados . En este sentido, la serie OV3 se asemejaba más a sus homólogos del programa científico civil (por ejemplo, Explorer ). La diferencia de los programas de la NASA radicaba en el uso intensivo de equipos comerciales, lo que se traducía en un menor coste unitario.

Los primeros cuatro satélites de la serie fueron fabricados por Space General Corporation, filial de Aerojet, mediante un contrato de 1,35 millones de dólares adjudicado el 2 de diciembre de 1964; el primer satélite debía estar listo en octubre de 1965. Los dos últimos satélites fueron construidos por el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de Cambridge (AFCRL), que también gestionó toda la serie y proporcionó cuatro de las cargas útiles OV3. ^{[ 1 ] : 422–423}

Charles H. Reynolds, quien trabajó en AFCRL desde 1955, fue el gerente técnico del programa OV3. ^{[ 26 ]}

Los satélites OV3 eran prismas octogonales, de 0,74 m (2 pies 5 pulgadas) de longitud y anchura (para OV3-5 y OV3-6, la longitud se redujo a 0,53 m (1 pie 9 pulgadas) ), con experimentos montados en brazos. 2560 células solares proporcionaban 30 vatios de potencia. El satélite estaba estabilizado por rotación, pero debido a que era asimétrico una vez que se extendían sus brazos, ^{[ 27 ]} OV3-2 mantenía su actitud en órbita con un amortiguador de precesión . ^{[ 1 ] : 422–423} La nave espacial estaba estabilizada por rotación a 8 revoluciones por minuto (rpm) ^{[ 25 ]} Un sensor solar, así como un magnetómetro triaxial a bordo , proporcionaban información sobre el aspecto (orientación) del satélite, su velocidad de rotación y la velocidad de precesión . ^{[ 28 ] [ 1 ] : 423} La vida útil de diseño era de un año. ^{[ 1 ] : 423}      

El programa OV3 comprendió finalmente 6 misiones, cinco de ellas exitosas. La última (OV3-6) voló el 4 de diciembre de 1967. ^{[ 16 ]} El programa OV3 se canceló tras la OV3-6 en favor del programa OV1, más económico. ^{[ 1 ] : 423}

• OV3-1 tenía una órbita casi polar y proporcionó datos útiles sobre la energía y la distribución de los electrones en las regiones aurorales . ^{[ 27 ]}
• Los datos devueltos por el OV3-4 ayudaron a probar y refinar los modelos teóricos de la dosis de radiación que recibiría un astronauta a altitudes orbitales. ^{[ 7 ]}
• Los datos del receptor VLF OV3-3 determinaron la ubicación de la plasmapausa (el límite exterior de la magnetosfera interna de la Tierra). ^{[ 29 ]}
• OV3-2 observó variaciones de partículas cargadas ambientales antes, durante y después del eclipse solar sudamericano del 12 de noviembre de 1966. [ ^{30 ] OV3-2} también llevó a cabo investigaciones ionosféricas y de auroras en órbita junto con el avión KC-135 del AFCRL que volaba debajo, realizando mediciones simultáneas. ^{[ 31 ]} El Consejo Nacional de Investigación de Canadá también llevó a cabo observaciones ionosféricas coordinadas y simultáneas. ^{[ 32 ]}
• OV3-6 midió variaciones latitudinales mucho mayores de lo que preveían los modelos atmosféricos actuales. También se descubrió un abultamiento en la densidad neutra en el hemisferio de verano. Los datos obtenidos se utilizaron para construir modelos atmosféricos más precisos y para correlacionar las reacciones fisicoquímicas con las perturbaciones originadas por el sol. ^{[ 33 ]}

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La serie OV4 fue diseñada para utilizar el espacio a bordo de los vuelos de prueba del Laboratorio Orbital Tripulado (MOL). En septiembre de 1964, Raytheon recibió un contrato de 220 000 dólares para construir un par de satélites únicos, diseñados por el Laboratorio de Aviónica de la USAF . Estos dos satélites investigarían la propagación de radio de largo alcance en la atmósfera cargada de la ionosfera, análoga a la transmisión de sonidos en la galería de los susurros bajo una cúpula física. ^{[ 1 ] : 423} De esta manera, el par OV4-1 evaluaría la capa F de la ionosfera como método para facilitar las transmisiones de HF y VHF entre satélites que no están en línea de visión entre sí. ^{[ 20 ]}

El par de satélites OV4-1 constaba de una nave espacial transmisora ​​y una receptora. El transmisor del OV4-1T emitía en tres frecuencias en el rango de 20 a 50 MHz . El OV4-1R incluía equipo de recepción y equipo de transmisión de telemetría . Lanzados a órbitas ligeramente diferentes de 300 km (190 millas) , los satélites probarían comunicaciones de tipo "galería de susurros" a diferentes distancias; el OV4-1T incluía un pequeño motor cohete para maximizar la separación orbital (180°) con respecto al OV4-1R. ^{[ 1 ] : 423}  

Ambos satélites eran cilíndricos, de 0,43 m (1 pie 5 pulgadas) de diámetro, con los extremos superiores abovedados. La longitud total era de 0,9 m (2 pies 11 pulgadas) . Las baterías de óxido de plata/zinc proporcionaban una autonomía de 50 días. ^{[ 1 ] : 423}      

Se construyeron dos conjuntos de satélites OV4 de "galería de los susurros". Los satélites OV4-2T y OV4-2R nunca fueron lanzados al espacio. ^{[ 1 ] : 423}

OV4-1T y OV4-1R estaban programados para ser lanzados en el vuelo de calificación del escudo térmico MOL , con un cohete Titan IIIC . El MOL simulado (un tanque de oxidante de la primera etapa del Titan) estaba equipado con una variedad de experimentos y fue denominado OV4-3. ^{[ 1 ] : 423–424} OV1-6 también estaba montado en el Titan III. El cohete despegó del Complejo de Lanzamiento 40 de Cabo Cañaveral el 3 de noviembre de 1966 a las 13:50:42 UTC. ^{[ 16 ]}

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El programa OV5 fue una continuación de la serie de satélites de investigación ambiental (ERS) desarrollada por Space Technology Laboratories , una subdivisión de TRW Inc. Se trataba de satélites muy pequeños lanzados en modo pick-a-back con cargas útiles primarias desde 1962, lo que encajaba perfectamente dentro del concepto de vehículo orbital. La principal innovación con respecto a la serie ERS anterior fue un receptor de comandos, que permitía enviar instrucciones desde tierra, y un sistema de telemetría digital por modulación por impulsos codificados (PCM ), ^{[ 1 ] : 425} en comparación con los transmisores analógicos utilizados en misiones ERS anteriores. ^{[ 34 ]} Al igual que los ERS anteriores, los OV5 estaban estabilizados por rotación y el calor se controlaba pasivamente. Todos los satélites de la serie OV5 fueron construidos por TRW, con la excepción del OV5-6, construido por AFCRL, y el OV5-9, construido por Northrop Corporation . ^{[ 1 ] : 425}

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