Mariner 2 - Mariner 2
 Representação do Mariner 2 no espaço
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| Tipo de missão | Sobrevôo planetário |
|---|---|
| Operador | NASA / JPL |
| Designação de Harvard | 1962 Alpha Rho 1 |
| COSPAR ID | 1962-041A |
| SATCAT nº | 374 |
| Duração da missão | 4 meses, 7 dias |
| Propriedades da espaçonave | |
| Tipo de nave espacial |
Mariner baseado no Ranger Block I |
| Fabricante | Laboratório de propulsão a jato |
| Massa de lançamento | 202,8 quilogramas (447 lb) |
| Poder | 220 watts (no encontro de Vênus) |
| Início da missão | |
| Data de lançamento | 27 de agosto de 1962, 06:53:14 UTC |
| Foguete | Atlas LV-3 Agena-B |
| Local de lançamento | Cabo Canaveral LC-12 |
| Fim da missão | |
| Último contato | 3 de janeiro de 1963 7:00 UT |
| Parâmetros orbitais | |
| Sistema de referência | Heliocêntrico |
| Altitude do periélio | 105.464.560 quilômetros (56.946.310 milhas náuticas) |
| Época | 27 de dezembro de 1962 |
| Sobrevôo de Vênus | |
| Abordagem mais próxima | 14 de dezembro de 1962 |
| Distância | 34.773 quilômetros (18.776 milhas náuticas) |
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Mariner 2 ( Mariner-Venus 1962 ), uma sonda espacial americana para Vênus , foi a primeira sonda espacial robótica a conduzir um encontro planetário bem-sucedido. A primeira espaçonave de sucesso no programa Mariner da NASA , era uma versão simplificada da espaçonave Bloco I do programa Ranger e uma cópia exata do Mariner 1 . As missões das espaçonaves Mariner 1 e 2 são às vezes conhecidas como missões Mariner R. Os planos originais previam o lançamento das sondas no Atlas-Centaur , mas sérios problemas de desenvolvimento com o veículo forçaram a mudança para o segundo estágio Agena B, muito menor . Como tal, o design dos veículos Mariner R foi bastante simplificado. Muito menos instrumentação foi transportada do que nas sondas Soviéticas Venera desse período - por exemplo, dispensando uma câmera de TV - já que o Atlas-Agena B tinha apenas metade da capacidade de elevação do propulsor soviético 8K78 . A espaçonave Mariner 2 foi lançada do Cabo Canaveral em 27 de agosto de 1962 e passou tão perto quanto 34.773 quilômetros (21.607 milhas) para Vênus em 14 de dezembro de 1962.
A sonda Mariner consistia em um barramento hexagonal de 100 cm (39,4 pol.) De diâmetro, ao qual painéis solares , barras de instrumentos e antenas eram acoplados. Os instrumentos científicos a bordo da espaçonave Mariner eram: dois radiômetros (um para as porções de microondas e infravermelho do espectro ), um sensor de micrometeorito , um sensor de plasma solar , um sensor de partículas carregadas e um magnetômetro . Esses instrumentos foram projetados para medir a distribuição da temperatura na superfície de Vênus e para fazer medições básicas da atmosfera de Vênus .
A missão principal era receber comunicações da espaçonave nas proximidades de Vênus e realizar medições radiométricas de temperatura do planeta. Um segundo objetivo era medir o campo magnético interplanetário e o ambiente de partículas carregadas.
A caminho de Vênus, o Mariner 2 mediu o vento solar , um fluxo constante de partículas carregadas fluindo para fora do Sol , confirmando as medições de Luna 1 em 1959. Ele também mediu a poeira interplanetária , que se revelou mais escassa do que o previsto. Além disso, a Mariner 2 detectou partículas carregadas de alta energia vindas do Sol, incluindo várias explosões solares breves , bem como raios cósmicos de fora do Sistema Solar . Ao voar por Vênus em 14 de dezembro de 1962, a Mariner 2 escaneou o planeta com seu par de radiômetros, revelando que Vênus tem nuvens frias e uma superfície extremamente quente.
Nave espacial e subsistemas
A espaçonave Mariner 2 foi projetada e construída pelo Jet Propulsion Laboratory do California Institute of Technology . Consistia em uma base hexagonal, 1,04 metros (41 pol.) De largura e 0,36 metros (14 pol.) De altura, que continha seis chassis de magnésio que alojavam os componentes eletrônicos para os experimentos científicos, comunicações, codificação de dados, computação, tempo e controle de atitude, e o controle de potência, bateria e carregador de bateria , bem como as garrafas de gás de controle de atitude e o motor de foguete. No topo da base estava um mastro alto em forma de pirâmide no qual os experimentos científicos foram montados, o que trouxe a altura total da espaçonave para 3,66 metros (12,0 pés). Presas a ambos os lados da base estavam asas retangulares do painel solar com uma extensão total de 5,05 metros (16,6 pés) e largura de 0,76 metros (2,5 pés). Presa por um braço a um lado da base e se estendendo abaixo da espaçonave estava uma grande antena parabólica direcional. O sistema de energia do Mariner 2 consistia em duas asas de células solares, uma de 183 por 76 centímetros (72 por 30 pol.) E a outra 152 por 76 centímetros (60 por 30 pol.) (Com uma extensão de dacron de 31 centímetros (12 pol.) (A vela solar ) para equilibrar a pressão solar nos painéis), que alimentavam a nave diretamente ou recarregavam uma bateria de célula de zinco-prata selada de 1000 watts-hora . Esta bateria foi usada antes dos painéis serem implantados, quando os painéis não eram iluminados pelo sol e quando as cargas eram pesadas. Um dispositivo de comutação de energia e regulador de reforço controlava o fluxo de energia. As comunicações consistiam em um transmissor de 3 watts capaz de operação de telemetria contínua, a grande antena parabólica direcional de alto ganho, uma antena omnidirecional cilíndrica na parte superior do mastro do instrumento e duas antenas de comando, uma na extremidade de cada painel solar, que recebeu instruções para manobras no meio do curso e outras funções.
A propulsão para as manobras no meio do curso foi fornecida por um retro-foguete monopropelente ( hidrazina anidra ) de 225 newtons (51 lbf). A hidrazina foi inflamada usando pelotas de tetróxido de nitrogênio e óxido de alumínio , e a direção de impulso foi controlada por quatro aletas de jato situadas abaixo da câmara de impulso. O controle de atitude com erro de apontamento de 1 grau foi mantido por um sistema de jatos de nitrogênio. O Sol e a Terra foram usados como referências para estabilização de atitude. A temporização e o controle gerais foram realizados por um computador central digital e sequenciador. O controle térmico foi obtido através do uso de superfícies passivas de reflexão e absorção, escudos térmicos e venezianas móveis.
Instrumentos científicos
Apenas 18 quilogramas (40 libras) da espaçonave poderiam ser alocados para experimentos científicos.
Resumo dos instrumentos:
- Radiômetro de micro-ondas
- Radiômetro infravermelho
- Magnetômetro fluxgate de três eixos
- Detector de raios cósmicos
- Detector de poeira cósmica
- Espectrômetro de plasma solar
- Detector de partículas
Os seguintes instrumentos científicos foram montados no mastro e na base do instrumento:
- Um radiômetro de micro - ondas de dois canais do tipo vídeo de cristal operando no modo Dicke padrão de corte entre a antena principal, apontada para o alvo, e uma buzina de referência apontada para o espaço frio. Foi usado para determinar a temperatura absoluta da superfície de Vênus e detalhes relativos à sua atmosfera por meio de suas características de radiação de microondas, incluindo a luz do dia e os hemisférios escuros, e na região do terminador. As medidas foram realizadas simultaneamente em duas bandas de frequência de 13,5 mm e 19 mm. O peso total do radiômetro era de 10 quilogramas (22 lb). Seu consumo médio de energia era de 4 watts e seu consumo de energia de pico de 9 watts.
- Um radiômetro infravermelho de dois canais para medir as temperaturas efetivas de pequenas áreas de Vênus. A radiação recebida pode ter origem na superfície planetária, nas nuvens da atmosfera, na própria atmosfera ou em uma combinação delas. A radiação foi recebida em duas faixas espectrais: 8 a 9 μm (com foco em 8,4 μm) e 10 a 10,8 μm (com foco em 10,4 μm). Este último corresponde à banda do dióxido de carbono . O peso total do radiômetro infravermelho, que foi alojado em uma fundição de magnésio, era de 1,3 quilogramas (2,9 lb) e exigia 2,4 watts de potência. Ele foi projetado para medir temperaturas de radiação entre aproximadamente 200 e 500 K (−73 e 227 ° C; −100 e 440 ° F).
- Um magnetômetro fluxgate de três eixos para medir os campos magnéticos planetários e interplanetários. Três sondas foram incorporadas em seus sensores, para que pudesse obter três componentes ortogonais mutuamente do vetor de campo. As leituras desses componentes foram separadas por 1,9 segundos. Ele possuía três saídas analógicas que possuíam, cada uma, duas escalas de sensibilidade: ± 64 γ e ± 320 γ (1 γ = 1 nanotesla ). Essas escalas foram trocadas automaticamente pelo instrumento. O campo que o magnetômetro observou foi a superposição de um campo de espaçonave quase constante e o campo interplanetário. Assim, ele efetivamente mediu apenas as mudanças no campo interplanetário.
- Uma câmara de ionização com tubos Geiger-Müller correspondentes (também conhecidos como detector de raios cósmicos) para medir a radiação cósmica de alta energia.
- Um detector de partículas (implementado através do uso de um tubo Anton tipo 213 Geiger-Müller) para medir a radiação mais baixa (especialmente perto de Vênus), também conhecido como detector de Iowa, pois foi fornecido pela Universidade de Iowa . Era um tubo em miniatura com uma 1,2 mg / cm 2 janela mica de cerca de 0,3 centímetros (0,12 polegadas) de diâmetro e pesando cerca de 60 gramas (2,1 onças). Detectou raios-x moles de forma eficiente e ultravioleta ineficientemente, e foi usado anteriormente no Injun 1 , Explorer 12 e Explorer 14 . Ele foi capaz de detectar prótons acima de 500 keV em energia e elétrons acima de 35 keV. A duração do quadro de telemetria básico foi de 887,04 segundos. Durante cada quadro, a taxa de contagem do detector foi amostrada duas vezes em intervalos separados por 37 segundos. A primeira amostragem foi o número de contagens durante um intervalo de 9,60 segundos (conhecido como 'portão longo'); o segundo foi o número de contagens durante um intervalo de 0,827 segundos (conhecido como 'portão curto'). O acumulador de porta longa estourou na contagem 256 e o acumulador de porta curta estourou na contagem 65.536. A taxa máxima de contagem do tubo foi de 50.000 por segundo.
- Um detector de poeira cósmica para medir o fluxo de partículas de poeira cósmica no espaço.
- Um espectrômetro de plasma solar para medir o espectro de partículas carregadas positivamente de baixa energia do Sol, ou seja, o vento solar .
O magnetômetro foi conectado ao topo do mastro abaixo da antena omnidirecional . Os detectores de partículas foram montados na metade do mastro, junto com o detector de raios cósmicos. O detector de poeira cósmica e o espectrômetro de plasma solar foram presos às bordas superiores da base da espaçonave. O radiômetro de microondas, o radiômetro infravermelho e as pontas de referência do radiômetro foram rigidamente montados em uma antena parabólica de radiômetro de 48 centímetros (19 pol.) De diâmetro montada perto da parte inferior do mastro. Todos os instrumentos foram operados durante os modos cruzeiro e encontro, exceto os radiômetros, que foram usados apenas nas imediações de Vênus.
Além desses instrumentos científicos, o Mariner 2 tinha um sistema de condicionamento de dados (DCS) e uma unidade de comutação de energia científica (SPS). O DCS era um sistema eletrônico de estado sólido projetado para reunir informações dos instrumentos científicos a bordo da espaçonave. Ele tinha quatro funções básicas: conversão analógico para digital, conversão digital para digital, tempo de amostragem e calibração de instrumento e aquisição planetária. A unidade SPS foi projetada para executar as três funções a seguir: controle da aplicação de energia CA a porções apropriadas do subsistema científico, aplicação de energia aos radiômetros e remoção de energia dos experimentos de cruzeiro durante os períodos de calibração do radiômetro e controle do velocidade e direção das varreduras do radiômetro. O DCS enviou sinais à unidade SPS para executar as duas últimas funções.
Objetivos da missão
Os objetivos científicos eram:
- Experiência de radiômetro.
- Experiência de infravermelho.
- Experiência com magnetômetro.
- Experiência com partículas carregadas.
- Experiência de plasma.
- Experiência de micrometeorito.
Além dos experimentos com os instrumentos científicos, os objetivos das sondas Mariner 1 e 2 incluíam também objetivos de engenharia:
- Avaliação do sistema de controle de atitude.
- Avaliação do sistema de controle ambiental.
- Avaliação de todo o sistema de potência.
- Avaliação do sistema de comunicação.
Perfil da missão
Lançar
O Mariner 2 foi lançado do Complexo de Lançamento 12 da Estação da Força Aérea do Cabo Canaveral às 06:53:14 UTC de 27 de agosto de 1962 por um foguete Atlas-Agena de dois estágios.
O foguete Atlas-Agena de dois estágios que transportava o Mariner 1 desviou-se do curso durante seu lançamento em 22 de julho de 1962 devido a um sinal defeituoso do Atlas e um bug nas equações do programa do computador de orientação terrestre, e assim o nave espacial foi destruída pelo Range Safety Officer .
Dois dias após o lançamento, a sonda de backup e o reforço (veículo Atlas 179D) foram implementados no LC-12. O Atlas provou ser problemático para se preparar para o lançamento, e vários problemas sérios com o piloto automático ocorreram, incluindo uma substituição completa do servoamplificador depois que ele sofreu danos aos componentes devido a transistores em curto. Às 1:53 AM EST do dia 27 de agosto, o Mariner 2 foi lançado.
O vôo prosseguiu normalmente até o ponto de corte do motor auxiliar, momento em que o motor V-2 vernier perdeu o controle de pitch e guinada. O vernier começou a oscilar e bater contra seus batentes, resultando em um giro rápido do veículo de lançamento que quase ameaçou a integridade da pilha. Em T + 189 segundos, a rolagem parou e o lançamento continuou sem incidentes. O movimento de rolamento do Atlas resultou na perda da orientação do solo no booster e impedindo que comandos de backup fossem enviados para neutralizar o rolamento. O incidente foi rastreado até uma conexão elétrica solta no transdutor de feedback vernier, que foi empurrado de volta para o lugar pela força centrífuga do rolo, que também por feliz coincidência deixou o Atlas a apenas alguns graus de onde ele começou e dentro da faixa do sensor horizontal do Agena. Como consequência deste episódio, GD / A implementou uma fabricação aprimorada de chicotes elétricos e procedimentos de verificação.
Cinco minutos após a decolagem, o Atlas e o Agena-Mariner se separaram, seguidos pela primeira queima do Agena e pela segunda queima do Agena. A separação Agena-Mariner injetou a espaçonave Mariner 2 em uma hipérbole de escape geocêntrica 26 minutos e 3 segundos após a decolagem. A estação de rastreamento NDIF da NASA em Joanesburgo, África do Sul, adquiriu a espaçonave cerca de 31 minutos após o lançamento. A extensão do painel solar foi concluída aproximadamente 44 minutos após o lançamento. A eclusa do Sol adquiriu o Sol cerca de 18 minutos depois. A antena de alto ganho foi estendida para seu ângulo de aquisição de 72 °. A produção dos painéis solares ficou ligeiramente acima do valor previsto.
Como todos os subsistemas estavam funcionando normalmente, com a bateria totalmente carregada e os painéis solares fornecendo energia adequada, a decisão foi tomada em 29 de agosto para ativar os experimentos de ciência dos cruzeiros. Em 3 de setembro, a sequência de aquisição da Terra foi iniciada e o bloqueio da Terra foi estabelecido 29 minutos depois.
Manobra de meio curso
Devido ao Atlas-Agena colocar o Mariner ligeiramente fora do curso, a espaçonave exigiu uma correção no meio do curso, consistindo em uma sequência roll-turn, seguida por uma sequência pitch-turn e finalmente uma sequência motor-burn. Os comandos de preparação foram enviados para a espaçonave às 21:30 UTC do dia 4 de setembro. O início da sequência de manobra do meio do curso foi enviado às 22:49:42 UTC e a sequência roll-turn começou uma hora depois. Toda a manobra durou aproximadamente 34 minutos.
Devido à manobra de meio curso, os sensores perderam seu vínculo com o Sol e a Terra. Às 00:27:00 UTC a reaquisição do Sun começou e às 00:34 UTC o Sun foi readquirido. A reaquisição da Terra começou às 02:07:29 UTC e a Terra foi readquirida às 02:34 UTC.
Perda de controle de atitude
Em 8 de setembro às 12h50 UTC, a espaçonave teve um problema com o controle de atitude . Ele ligou automaticamente os giroscópios e os experimentos científicos de cruzeiro foram desligados automaticamente. A causa exata é desconhecida, pois os sensores de atitude voltaram ao normal antes que as medições de telemetria pudessem ser amostradas, mas pode ter sido um mau funcionamento do sensor da Terra ou uma colisão com um pequeno objeto não identificado que temporariamente fez com que a espaçonave perdesse o bloqueio solar. Uma experiência semelhante aconteceu em 29 de setembro às 14h34 UTC. Novamente, todos os sensores voltaram ao normal antes que pudesse ser determinado qual eixo havia perdido o travamento. Nesta data, a indicação de brilho do sensor da Terra tinha basicamente ido para zero. Desta vez, no entanto, os dados de telemetria indicaram que a medição do brilho da Terra havia aumentado para o valor nominal para aquele ponto na trajetória.
Saída de painel solar
Em 31 de outubro, a produção de um painel solar (com vela solar anexada) se deteriorou abruptamente. Foi diagnosticado um curto-circuito parcial no painel. Por precaução, os instrumentos da ciência de cruzeiro foram desligados. Uma semana depois, o painel retomou a função normal e os instrumentos de ciência de cruzeiro foram ligados novamente. O painel falhou permanentemente em 15 de novembro, mas a Mariner 2 estava perto o suficiente do Sol para que um painel pudesse fornecer energia adequada; assim, os experimentos da ciência dos cruzeiros foram deixados ativos.
Encontro com Vênus
A Mariner 2 foi a primeira espaçonave a encontrar com sucesso outro planeta, passando a tão perto quanto 34.773 quilômetros (21.607 milhas) de Vênus após 110 dias de vôo em 14 de dezembro de 1962.
Pós-encontro
Após o encontro, o modo cruzeiro foi retomado. O periélio da nave espacial ocorreu em 27 de dezembro a uma distância de 105.464.560 quilômetros (65.532.640 milhas). A última transmissão do Mariner 2 foi recebida em 3 de janeiro de 1963 às 07:00 UTC, perfazendo o tempo total do lançamento ao término da missão do Mariner 2 em 129 dias. A Mariner 2 permanece em órbita heliocêntrica .
Resultados
Os dados produzidos durante o vôo consistiram em duas categorias - viz. , dados de rastreamento e dados de telemetria. Um dado particularmente notável coletado durante o sobrevoo pioneiro foi a alta temperatura da atmosfera, medida em 500 ° C (773 K ; 932 ° F ). Várias propriedades do vento solar também foram medidas pela primeira vez.
Observações científicas
O radiômetro de microondas fez três varreduras de Vênus em 35 minutos em 14 de dezembro de 1962, começando às 18:59 UTC. A primeira varredura foi feita no lado escuro, a segunda perto do terminador e a terceira localizada no lado claro. As varreduras com a banda de 19 mm revelaram temperaturas de pico de 490 ± 11 K (216,9 ± 11,0 ° C; 422,3 ± 19,8 ° F) no lado escuro, 595 ± 12 K perto do terminador e 511 ± 14 K no lado claro . Concluiu-se que não há diferença significativa na temperatura em Vênus. No entanto, os resultados sugerem um escurecimento dos membros , um efeito que apresenta temperaturas mais amenas perto da borda do disco planetário e temperaturas mais altas perto do centro. Isso era evidência para a teoria de que a superfície venusiana era extremamente quente e a atmosfera opticamente espessa.
O radiômetro infravermelho mostrou que as temperaturas de radiação de 8,4 μm e 10,4 μm estavam de acordo com as temperaturas de radiação obtidas a partir de medições baseadas na Terra. Não houve diferença sistemática entre as temperaturas medidas no lado claro e no lado escuro do planeta, o que também estava de acordo com as medições baseadas na Terra. O efeito de escurecimento do membro que o radiômetro de microondas detectou também esteve presente nas medidas de ambos os canais do radiômetro infravermelho. O efeito estava apenas ligeiramente presente no canal de 10,4 μm, mas foi mais pronunciado no canal de 8,4 μm. O canal de 8,4 μm também mostrou um leve efeito de fase. O efeito de fase indicou que, se existisse um efeito estufa, o calor seria transportado de maneira eficiente do lado claro para o lado escuro do planeta. Os 8,4 μm e 10,4 μm mostraram temperaturas de radiação iguais, indicando que o efeito de escurecimento do membro parece vir de uma estrutura de nuvem em vez da atmosfera. Assim, se as temperaturas medidas fossem na verdade temperaturas de nuvens em vez de temperaturas de superfície, essas nuvens teriam que ser bastante espessas.
O magnetômetro detectou um campo magnético interplanetário persistente variando entre 2 γ e 10 γ ( nanotesla ), o que concorda com as observações anteriores da Pioneer 5 de 1960. Isso também significa que o espaço interplanetário raramente está vazio ou sem campo. O magnetômetro pode detectar mudanças de cerca de 4 γ em qualquer um dos eixos, mas nenhuma tendência acima de 10 γ foi detectada perto de Vênus, nem foram vistas flutuações como aquelas que aparecem na terminação magnetosférica da Terra . Isso significa que a Mariner 2 não encontrou nenhum campo magnético detectável perto de Vênus, embora isso não significasse necessariamente que Vênus não tivesse nenhum. No entanto, se Vênus tivesse um campo magnético, ele teria que ser pelo menos menor que 1/10 do campo magnético da Terra. Em 1980, o Pioneer Venus Orbiter realmente mostrou que Vênus tem um pequeno campo magnético fraco.
O tubo Anton tipo 213 Geiger-Müller teve o desempenho esperado. A taxa média foi de 0,6 contagens por segundo. Os aumentos em sua taxa de contagem foram maiores e mais frequentes do que para os dois tubos maiores, uma vez que era mais sensível a partículas de menor energia. Detectou 7 pequenas explosões solares de radiação durante setembro e outubro e 2 durante novembro e dezembro. A ausência de uma magnetosfera detectável também foi confirmada pelo tubo; não detectou nenhum cinturão de radiação em Vênus semelhante ao da Terra. A taxa de contagem teria aumentado em 10 4 , mas nenhuma alteração foi medida.
Também foi mostrado que no espaço interplanetário, o vento solar flui continuamente, confirmando uma previsão de Eugene Parker , e a densidade da poeira cósmica é muito menor do que a região próxima à Terra. Estimativas melhoradas da massa de Vênus e do valor da Unidade Astronômica foram feitas. Além disso, a pesquisa, que foi posteriormente confirmada por radar baseado na Terra e outras explorações, sugeriu que Vênus gira muito lentamente e em uma direção oposta à da Terra.
Veja também
- Lista de missões para Vênus
- Microwave Radiometer (Juno) , outro radiômetro de microondas usado na década de 2010 em Júpiter