Programa Viking - Viking program

Viking
Viking Orbiter liberando o lander.jpg
Impressão artística de um orbitador Viking liberando uma cápsula de descida do módulo de pouso
Fabricante Laboratório de Propulsão a Jato / Martin Marietta
País de origem Estados Unidos
Operador NASA / JPL
Formulários Orbitador / módulo de pouso de Marte
Especificações
Massa de lançamento 3.527 quilogramas (7.776 lb)
Poder Orbitadores: 620 watts ( painel solar )
Lander: 70 watts (duas unidades RTG )
Regime Areocêntrico
Vida de design Orbitadores: 4 anos em Mars
Landers: 4-6 anos em Marte
Dimensões
Produção
Status Aposentado
Construído 2
Lançado 2
Aposentado Viking 1 orbiter
17 de agosto de 1980
Viking 1 lander
20 de julho de 1976 (pouso) a 13 de novembro de 1982

Viking 2 orbiter
25 de julho de 1978
Viking 2 lander
3 de setembro de 1976 (pouso) a 11 de abril de 1980
Lançamento inaugural Viking 1 °
20 de agosto de 1975
Último lançamento Viking 2
, 9 de setembro de 1975

O programa Viking consistia em um par de sondas espaciais americanas idênticas , Viking 1 e Viking 2 , que pousaram em Marte em 1976. Cada espaçonave era composta de duas partes principais: um orbitador projetado para fotografar a superfície de Marte a partir da órbita e um módulo de aterrissagem projetado para estudar o planeta da superfície. Os orbitadores também serviram como relés de comunicação para os módulos de aterrissagem, uma vez que pousaram no solo.

O programa Viking cresceu a partir do programa Voyager Mars anterior, ainda mais ambicioso, da NASA, que não estava relacionado com as bem-sucedidas sondas espaciais Voyager do final dos anos 1970. O Viking 1 foi lançado em 20 de agosto de 1975, e a segunda nave, Viking 2 , foi lançada em 9 de setembro de 1975, ambos montados em foguetes Titan IIIE com estágios superiores Centaur . O Viking 1 entrou na órbita de Marte em 19 de junho de 1976, com o Viking 2 em 7 de agosto.

Depois de orbitar Marte por mais de um mês e retornar as imagens usadas para a seleção do local de pouso, os orbitadores e os módulos de aterrissagem se desconectaram; as sondas então entraram na atmosfera marciana e pousaram suavemente nos locais escolhidos. A Viking 1 lander pousou na superfície de Marte em 20 de julho de 1976, mais de dois semanas antes Viking 2 ' s chegada em órbita. O Viking 2 então pousou suavemente com sucesso em 3 de setembro. Os orbitadores continuaram imaginando e realizando outras operações científicas a partir da órbita, enquanto os pousadores posicionavam instrumentos na superfície.

O custo do projeto foi de cerca de US $ 1 bilhão na época do lançamento, equivalente a cerca de 5 bilhões de dólares em 2019 dólares. A missão foi considerada bem-sucedida e tem o crédito de ajudar a formar a maior parte do corpo de conhecimento sobre Marte até o final dos anos 1990 e início dos anos 2000.

Objetivos de ciência

  • Obtenha imagens de alta resolução da superfície marciana
  • Caracterizar a estrutura e composição da atmosfera e superfície
  • Procure evidências de vida em Marte

Viking orbiters

Os objetivos principais dos dois orbitadores Viking eram transportar os módulos de aterrissagem para Marte, realizar reconhecimento para localizar e certificar locais de pouso, atuar como retransmissores de comunicação para os módulos de aterrissagem e realizar suas próprias investigações científicas. Cada orbitador, baseado na espaçonave Mariner 9 anterior , era um octógono de aproximadamente 2,5 m de diâmetro. O par de sondas orbitais totalmente abastecido tinha uma massa de 3.527 kg. Após a separação e o pouso, o módulo de pouso tinha uma massa de cerca de 600 kg e o orbitador de 900 kg. A massa total de lançamento foi de 2.328 kg, dos quais 1.445 kg foram propelente e gás de controle de atitude . As oito faces da estrutura em forma de anel tinham 0,4572 m de altura e eram alternadamente 1,397 e 0,508 m de largura. A altura total era de 3,29 m dos pontos de fixação do módulo de pouso na parte inferior até os pontos de fixação do veículo lançador na parte superior. Havia 16 compartimentos modulares, 3 em cada uma das 4 faces longas e um em cada face curta. Quatro asas de painéis solares estendidas a partir do eixo do orbitador, a distância de ponta a ponta de dois painéis solares opostos estendidos era de 9,75 m.

Propulsão

A unidade de propulsão principal foi montada acima do ônibus orbital . A propulsão era fornecida por um motor de foguete de combustível líquido bipropelente ( monometilhidrazina e tetróxido de nitrogênio ) que podia ser girado em até 9 graus . O motor era capaz de empuxo de 1.323  N (297  lbf ), proporcionando uma mudança na velocidade de 1480 m / s . O controle de atitude foi alcançado por 12 pequenos jatos de nitrogênio comprimido.

Navegação e comunicação

Um sensor solar de aquisição , um sensor solar de cruzeiro, um rastreador de estrelas Canopus e uma unidade de referência inercial consistindo de seis giroscópios permitiram a estabilização de três eixos. Dois acelerômetros também estavam a bordo. Comunicações foram realizadas através de uma 20 W S-band (2,3 GHz ) transmissor e dois 20 W TWTAs . Um downlink de banda X (8,4 GHz) também foi adicionado especificamente para ciência de rádio e para conduzir experimentos de comunicação. O uplink foi feito pela banda S (2,1 GHz). Uma antena parabólica orientável de dois eixos com um diâmetro de aproximadamente 1,5 m foi fixada em uma borda da base da órbita e uma antena fixa de baixo ganho estendida do topo do ônibus. Dois gravadores eram capazes de armazenar, cada um, 1280 megabits . Um rádio de retransmissão de 381 MHz também estava disponível.

Poder

A energia para as duas naves orbitais foi fornecida por oito painéis solares de 1,57 x 1,23 m , dois em cada asa. Os painéis solares compreenderam um total de 34.800 células solares e produziram 620 W de potência em Marte. Power também foi armazenado em dois níquel-cádmio 30- · H a baterias .

A área combinada dos quatro painéis era de 15 metros quadrados (160 pés quadrados) e forneciam energia de corrente contínua regulada e não regulada; energia não regulamentada foi fornecida ao transmissor de rádio e à sonda.

Duas baterias recarregáveis ​​de níquel-cádmio de 30 A-hora forneceram energia quando a espaçonave não estava voltada para o Sol, durante o lançamento, durante a realização de manobras de correção e também durante a ocultação de Marte.

Principais descobertas

Mosaico de imagens de Marte do orbitador Viking 1

Ao descobrir muitas formas geológicas que são normalmente formadas por grandes quantidades de água, as imagens dos orbitadores causaram uma revolução em nossas idéias sobre a água em Marte . Grandes vales de rios foram encontrados em muitas áreas. Eles mostraram que enchentes de água romperam represas, cavaram vales profundos, erodiram sulcos na rocha e viajaram milhares de quilômetros. Grandes áreas no hemisfério sul continham redes de riachos ramificadas, sugerindo que a chuva já caiu. Acredita-se que os flancos de alguns vulcões tenham sido expostos à chuva porque se assemelham às causadas nos vulcões havaianos. Muitas crateras parecem como se o impactador tivesse caído na lama. Quando foram formados, o gelo no solo pode ter derretido, transformado o solo em lama e então escorrido pela superfície. Normalmente, o material de um impacto sobe e depois desce. Não flui pela superfície, contornando obstáculos, como acontece em algumas crateras marcianas. As regiões, chamadas de " Terreno Caótico " , pareciam ter perdido rapidamente grandes volumes de água, causando a formação de grandes canais. A quantidade de água envolvida foi estimada em dez mil vezes a vazão do rio Mississippi . O vulcanismo subterrâneo pode ter derretido gelo congelado; a água então fluiu e o solo desabou para deixar o terreno caótico.

Landers Viking

Pintura de fundo por Don Davis, o conceito artístico da superfície de Marte por trás de um artigo de teste da sonda Viking retratado no JPL. A "caixa de areia".

Cada módulo de pouso compreendia uma base de alumínio de seis lados com lados alternados de 1,09 e 0,56 m (3 pés 7 pol. E 1 pés 10 pol.), Apoiados em três pernas estendidas presas aos lados mais curtos. As almofadas dos pés formavam os vértices de um triângulo equilátero com 2,21 m (7 pés 3 pol.) De lados quando vistos de cima, com os lados longos da base formando uma linha reta com as duas almofadas dos pés adjacentes. A instrumentação foi fixada dentro e no topo da base, elevada acima da superfície pelas pernas estendidas.

Cada módulo de pouso foi colocado em um escudo térmico aeroshell projetado para desacelerar o módulo de pouso durante a fase de entrada. Para evitar a contaminação de Marte por organismos terrestres, cada módulo de aterrissagem, após montagem e fechamento dentro do aeroshell, foi colocado em um "bio-escudo" pressurizado e então esterilizado a uma temperatura de 111 ° C (232 ° F) por 40 horas. Por razões térmicas, a tampa do escudo biológico foi descartada depois que o estágio superior do Centauro impulsionou a combinação orbitador / módulo de aterrissagem Viking para fora da órbita da Terra.

Entrada, Descida e Pouso (EDL)

Cada sonda chegou a Marte anexada ao orbitador. A montagem orbitou Marte muitas vezes antes de o módulo de pouso ser liberado e separado do orbitador para descer à superfície. A descida compreendeu quatro fases distintas, começando com uma queima de órbita . A sonda então experimentou a entrada atmosférica com pico de aquecimento ocorrendo alguns segundos após o início do aquecimento por atrito com a atmosfera marciana. A uma altitude de cerca de 6 quilômetros (3,7 milhas) e viajando a uma velocidade de 900 quilômetros por hora (600 mph), o pára-quedas foi lançado, o aeroshell foi liberado e as pernas do módulo de pouso se abriram. A uma altitude de cerca de 1,5 km (5.000 pés), o módulo de pouso ativou seus três retro-motores e foi lançado do paraquedas. O módulo de pouso então imediatamente usou retrorockets para diminuir e controlar sua descida, com um pouso suave na superfície de Marte.

Primeira imagem "nítida" transmitida da superfície de Marte - mostra rochas perto da sonda Viking 1 (20 de julho de 1976).

Na aterrissagem (após o uso de propelente de foguete), as sondas tinham uma massa de cerca de 600 kg.

Propulsão

A propulsão para desorbit foi fornecida pelo monopropelente hidrazina (N 2 H 4 ), através de um foguete com 12 bicos dispostos em quatro grupos de três que forneceram 32 newtons (7,2 lb f ) de empuxo, traduzindo-se em uma mudança na velocidade de 180 m / s (590 pés / s). Esses bicos também atuaram como propulsores de controle para a translação e rotação do módulo de pouso.

A descida terminal (após o uso de um paraquedas ) e o pouso utilizaram três (um afixado em cada lado longo da base, separados por 120 graus) motores monopropelentes de hidrazina. Os motores tinham 18 bocais para dispersar o escapamento e minimizar os efeitos no solo, e eram reguláveis de 276 a 2.667 newtons (62 a 600 lb f ). A hidrazina foi purificada para evitar a contaminação da superfície marciana com micróbios terrestres . O módulo de pouso carregava 85 kg (187 lb) de propelente no lançamento, contido em dois tanques esféricos de titânio montados em lados opostos do módulo de pouso sob os pára-brisas RTG, dando uma massa total de lançamento de 657 kg (1.448 lb). O controlo foi conseguido através da utilização de uma central inercial de referência , quatro giroscópios , um radioaltímetro , um terminal de descida e aterragem de radar , e os propulsores de controlo.

Poder

A energia era fornecida por duas unidades geradoras termoelétricas de radioisótopos (RTG) contendo plutônio-238 afixado em lados opostos da base do módulo de pouso e cobertas por telas de vento. Cada Viking RTG tinha 28 cm (11 pol.) De altura, 58 cm (23 pol.) De diâmetro, uma massa de 13,6 kg (30 lb) e fornecia 30 watts de potência contínua a 4,4 volts. Quatro das células húmidas selado níquel-cádmio 8 Ah (28,800 coulombs ), 28 volts baterias recarregáveis estavam também a bordo para cargas de potência de pico de pega.

Carga útil

Imagem de Marte tomadas pelo Viking 2 lander

As comunicações foram realizadas por meio de um transmissor de banda S de 20 watts usando dois tubos de ondas viajantes . Uma antena parabólica de alto ganho orientável de dois eixos foi montada em uma haste próxima a uma borda da base do módulo de pouso. Uma antena de banda S omnidirecional de baixo ganho também se estendeu da base. Ambas as antenas permitiam a comunicação direta com a Terra, permitindo que o Viking 1 continuasse a trabalhar muito depois de ambos os orbitadores falharem. Uma antena UHF (381 MHz) forneceu um relé unidirecional para o orbitador usando um rádio de retransmissão de 30 watts. O armazenamento de dados era feito em um gravador de fita de 40 Mbits e o computador do módulo de pouso tinha uma memória de 6.000 palavras para instruções de comando.

A sonda transportou instrumentos para atingir os objetivos científicos primários da missão da sonda: estudar a biologia , composição química ( orgânica e inorgânica ), meteorologia , sismologia , propriedades magnéticas , aparência e propriedades físicas da superfície e atmosfera marciana. Duas câmeras de varredura cilíndricas de 360 ​​graus foram montadas perto de um lado comprido da base. Do centro deste lado estendeu o braço amostrador, com uma cabeça coletora, sensor de temperatura e ímã na extremidade. Um boom meteorológico , mantendo a temperatura, a direção do vento e os sensores de velocidade do vento estendidos para fora e para cima a partir do topo de uma das pernas do módulo de pouso. Um sismômetro , alvos de teste de ímã e câmera e espelho de aumento são montados em frente às câmeras, perto da antena de alto ganho. Um interior do compartimento de ambiente controlado mantido a biologia experiência e o cromatógrafo de fase gasosa espectrometria de massa. O espectrômetro de fluorescência de raios-X também foi montado dentro da estrutura. Um sensor de pressão foi conectado sob o corpo do módulo de pouso. A carga científica tinha uma massa total de aproximadamente 91 kg (201 lb).

Experimentos biológicos

As sondas Viking realizaram experimentos biológicos projetados para detectar vida no solo marciano (se ela existisse) com experimentos planejados por três equipes distintas, sob a direção do cientista-chefe Gerald Soffen da NASA. Um experimento deu positivo para a detecção do metabolismo (vida atual), mas com base nos resultados dos outros dois experimentos que não revelaram nenhuma molécula orgânica no solo, a maioria dos cientistas se convenceu de que os resultados positivos provavelmente foram causados ​​por substâncias não biológicas reações químicas de condições altamente oxidantes do solo.

Dunas de poeira e uma grande pedra levada pela sonda Viking 1 .
Trincheiras escavadas pelo amostrador de solo da sonda Viking 1 .

Embora tenha havido um pronunciamento da NASA durante a missão dizendo que os resultados da sonda Viking não demonstraram bioassinaturas conclusivas nos solos dos dois locais de pouso, os resultados dos testes e suas limitações ainda estão sob avaliação. A validade dos resultados positivos de 'Liberação Rotulada' (LR) dependia inteiramente da ausência de um agente oxidante no solo marciano, mas um foi descoberto mais tarde pela sonda Phoenix na forma de sais de perclorato . Foi proposto que compostos orgânicos poderiam estar presentes no solo analisado por Viking 1 e Viking 2 , mas permaneceram despercebidos devido à presença de perclorato, conforme detectado por Phoenix em 2008. Os pesquisadores descobriram que o perclorato destrói orgânicos quando aquecido e irá produzir clorometano e diclorometano , os compostos de cloro idênticos descobertos por ambas as sondas Viking quando realizaram os mesmos testes em Marte.

A questão da vida microbiana em Marte permanece sem solução. No entanto, em 12 de abril de 2012, uma equipe internacional de cientistas relatou estudos, baseados em especulação matemática por meio da análise da complexidade dos experimentos de Liberação Rotulada da Missão Viking de 1976, que podem sugerir a detecção de "vida microbiana existente em Marte". Além disso, novas descobertas do reexame dos resultados do Espectrômetro de Massa do Cromatógrafo Gasoso (GCMS) foram publicadas em 2018.

Câmera / sistema de imagem

O líder da equipe de imagem era Thomas A. Mutch , geólogo da Brown University em Providence, Rhode Island . A câmera usa um espelho móvel para iluminar 12 fotodiodos. Cada um dos 12 diodos de silício é projetado para ser sensível a diferentes frequências de luz. Vários diodos são colocados para focar com precisão em distâncias entre seis e 43 pés de distância da sonda.

As câmeras escanearam a uma taxa de cinco linhas de varredura verticais por segundo, cada uma composta por 512 pixels. As imagens panorâmicas de 300 graus eram compostas por 9150 linhas. A varredura das câmeras foi lenta o suficiente para que, em uma foto da equipe tirada durante o desenvolvimento do sistema de imagem, vários membros aparecessem várias vezes na cena enquanto se moviam enquanto a câmera fazia a varredura.

Sistemas de controle

As sondas Viking usaram um Computador de Orientação, Controle e Sequenciamento (GCSC) que consiste em dois computadores Honeywell HDC 402 de 24 bits com 18K de memória de fio cromado , enquanto os orbitadores Viking usaram um Subsistema de Computador de Comando (CCS) usando dois 18 personalizados. processadores seriais de bits.

Custo financeiro do programa Viking

As duas órbitas custam US $ 217 milhões (na época), o que é cerca de 1 bilhão de dólares em dólares do ano de 2019. A parte mais cara do programa foi a unidade de detecção de vida da sonda, que custou cerca de 60 milhões na época ou 300 milhões de dólares em 2019 dólares anuais. O desenvolvimento do projeto do módulo de pouso Viking custou US $ 357 milhões. Isso foi décadas antes da abordagem "mais rápida, melhor e mais barata" da NASA, e a Viking precisava ser pioneira em tecnologias sem precedentes sob pressão nacional provocada pela Guerra Fria e as consequências da Corrida Espacial , tudo sob a perspectiva de possivelmente descobrir vida extraterrestre pela primeira vez Tempo. Os experimentos tiveram que aderir a uma diretiva especial de 1971 que determinava que nenhuma falha isolada interromperia o retorno de mais de um experimento - uma tarefa difícil e cara para um dispositivo com mais de 40.000 peças.

O sistema de câmeras Viking custou US $ 27,3 milhões para desenvolver, ou cerca de 100 milhões em dólares anuais de 2019. Quando o projeto do sistema de imagem foi concluído, foi difícil encontrar alguém que pudesse fabricar seu projeto avançado. Os gerentes do programa foram posteriormente elogiados por evitar a pressão para adotar um sistema de imagem mais simples e menos avançado, especialmente quando as visualizações surgiram. O programa, no entanto, economizou algum dinheiro cortando um terceiro módulo de pouso e reduzindo o número de experimentos no módulo de pouso .

No geral, a NASA diz que US $ 1 bilhão em dólares dos anos 1970 foi gasto no programa, que quando ajustado pela inflação para 2019 dólares é de cerca de 5 bilhões de dólares.

Fim da missão

Todas as naves eventualmente falharam, uma por uma, como segue:

Artesanato Data de chegada Data de desligamento Vida operacional Causa da falha
Viking 2 orbiter 7 de agosto de 1976 25 de julho de 1978 1 ano, 11 meses, 18 dias Desligue após vazamento de combustível no sistema de propulsão.
Viking 2 lander 3 de setembro de 1976 11 de abril de 1980 3 anos, 7 meses, 8 dias Desligue após falha da bateria.
Viking 1 orbiter 19 de junho de 1976 17 de agosto de 1980 4 anos, 1 mês, 19 dias Desligue após o esgotamento do combustível do controle de atitude .
Viking 1 lander 20 de julho de 1976 13 de novembro de 1982 6 anos, 3 meses, 22 dias Desligue após um erro humano durante a atualização do software que fez com que a antena do módulo de pouso caísse, interrompendo a energia e a comunicação.

O programa Viking terminou em 21 de maio de 1983. Para evitar um impacto iminente com Marte, a órbita do orbitador Viking 1 foi elevada em 7 de agosto de 1980, antes de ser encerrada 10 dias depois. Impacto e potencial contaminação na superfície do planeta são possíveis a partir de 2019.

A sonda Viking 1 foi encontrada a cerca de 6 quilômetros de seu local de pouso planejado pela Mars Reconnaissance Orbiter em dezembro de 2006.

Artefato de mensagem

(Veja também Lista de memoriais extraterrestres e Categoria: Artefatos de mensagem )

Cada módulo de pouso Viking carregava um minúsculo ponto de microfilme contendo os nomes de vários milhares de pessoas que trabalharam na missão. Várias sondas espaciais anteriores carregavam artefatos de mensagem, como a placa Pioneer e o Voyager Golden Record . Sondas posteriores também carregaram memoriais ou listas de nomes, como o Perseverance rover, que reconhece quase 11 milhões de pessoas que se inscreveram para incluir seus nomes na missão.

Locais de pouso Viking

Acheron Fossae Acidalia Planitia Alba Mons Amazonis Planitia Aonia Planitia Arabia Terra Arcadia Planitia Argentea Planum Argyre Planitia Chryse Planitia Claritas Fossae Cydonia Mensae Daedalia Planum Elysium Mons Elysium Planitia Gale crater Hadriaca Patera Hellas Montes Hellas Planitia Hesperia Planum Holden crater Icaria Planum Isidis Planitia Jezero crater Lomonosov crater Lucus Planum Lycus Sulci Lyot crater Lunae Planum Malea Planum Maraldi crater Mareotis Fossae Mareotis Tempe Margaritifer Terra Mie crater Milankovič crater Nepenthes Mensae Nereidum Montes Nilosyrtis Mensae Noachis Terra Olympica Fossae Olympus Mons Planum Australe Promethei Terra Protonilus Mensae Sirenum Sisyphi Planum Solis Planum Syria Planum Tantalus Fossae Tempe Terra Terra Cimmeria Terra Sabaea Terra Sirenum Tharsis Montes Tractus Catena Tyrrhen Terra Ulysses Patera Uranius Patera Utopia Planitia Valles Marineris Vastitas Borealis Xanthe TerraMapa de Marte
A imagem acima contém links clicáveis
( verdiscutir )
Mapa de imagem interativo da topografia global de Marte , sobreposto com localizações de locais Mars Lander e Rover . Passe o mouse sobre a imagem para ver os nomes de mais de 60 características geográficas proeminentes e clique para criar um link para elas. A coloração do mapa base indica elevações relativas , com base nos dados do Mars Orbiter Laser Altimeter no Mars Global Surveyor da NASA . Brancos e marrons indicam as maiores elevações (+12 a +8 km ); seguido por rosas e vermelhos (+8 a +3 km ); amarelo é0 km ; verdes e azuis são elevações mais baixas (até-8 km ). Os eixos são latitude e longitude ; As regiões polares são anotadas.
(   ROVER ativo  Inativo  LANDER ativo  Inativo  Futuro )
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Deep Space 2
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InSight Landing
Marte 2
Marte 3
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Marte 2020
Vale Verde
Schiaparelli EDM
Estação Memorial Carl Sagan
Columbia Memorial Station
Tianwen-1
Estação Memorial Thomas Mutch
Estação Memorial Gerald Soffen

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos