El Explorer 12 , también llamado EPE-A o Energetic Particles Explorer-A y como S3 ), fue un satélite de la NASA construido para medir el viento solar , los rayos cósmicos y el campo magnético de la Tierra . Fue el primero de la serie de naves espaciales S-3, que también incluía a Explorer 12, 14, 15 y 26. [2] Fue lanzado el 16 de agosto de 1961, a bordo de un vehículo de lanzamiento Thor-Delta . [1] Dejó de transmitir el 6 de diciembre de 1961 debido a un corte de energía. [2]
La nave espacial pesaba 37,6 kg (83 lb). Explorer 12 era una nave espacial estabilizada por rotación, alimentada por células solares y equipada con instrumentos para medir partículas de rayos cósmicos, partículas atrapadas, protones del viento solar y campos magnéticos magnetosféricos e interplanetarios. [2]
El Explorer 12 fue diseñado para estudiar la física espacial , por lo que tenía una multitud de instrumentos, incluyendo un detector de rayos cósmicos, un atrapador de partículas y un magnetómetro . Su instrumentación incluía 10 sistemas de detección de partículas para la medición de protones y electrones y su relación con los campos magnéticos , un experimento de daño a células solares , un sensor de aspecto óptico y un transmisor. Se utilizó un telémetro multiplexado por división de tiempo PFM/PM de 16 canales . El tiempo necesario para muestrear los 16 canales (un período de trama) fue de 0,324 segundos. La mitad de los canales se utilizaron para transmitir información digital de ocho niveles, y los otros canales se utilizaron para información analógica. Durante el procesamiento terrestre de los datos telemétricos, la información analógica se digitalizó con una precisión de 1/100 de la escala completa. Un canal analógico fue subconmutado en un patrón de 16 cuadros de longitud y se utilizó para telemetría de temperaturas de la nave espacial, voltajes del sistema de energía, corrientes, etc. Un sensor de aspecto solar digital midió el período y fase de giro, digitalizado a 0,041 segundos, y el ángulo entre el eje de giro y la dirección del Sol a intervalos de aproximadamente 3°. [2] Se registraron buenos datos durante el 90% de la misión. [2]
El experimento fue diseñado para medir el flujo y el espectro de energía de partículas cargadas y rayos cósmicos y para determinar su distribución espacial y temporal sobre la órbita de la nave espacial. Los detectores incluyeron: (1) un tubo Geiger-Müller omnidireccional Anton tipo 302 blindado , que detectó protones con E>23 MeV y electrones con E>1.6 MeV, (2) un espectrómetro magnético de electrones que utiliza tres tubos Geiger-Müller direccionales Anton tipo 213 de ventana delgada sensibles a electrones con energías de 40 a 100 keV, y (3) tres cristales direccionales de sulfuro de cadmio para mediciones del flujo total de protones con energías de 1 keV a 10 MeV y electrones con energías de 200 eV a 500 keV. Todos los detectores direccionales se montaron de manera que los ejes de sus campos de visión fueran perpendiculares al eje de giro del satélite. (El período de giro inicial fue de 2,2 segundos). Los recuentos en cada detector se acumularon durante 10,24 segundos y el contenido de los acumuladores se midió por telemetría al final de cada intervalo de muestreo. Los acumuladores del codificador se compartían en el tiempo, de modo que cada respuesta del detector se muestreaba una vez cada 79 segundos. El experimento funcionó satisfactoriamente desde el lanzamiento hasta la falla de la nave espacial el 6 de diciembre de 1961. [3]
La instrumentación para el Experimento de Rayos Cósmicos consistió en (1) un contador de centelleo doble que medía protones de 55 a 500 MeV en seis intervalos de energía y protones por encima de 600 MeV, (2) un centelleador único que medía protones de 1,4 a 22 MeV en cinco umbrales de energía y electrones por encima de 150 keV, y (3) un contratelescopio GM que medía flujos de protones por encima de 30 MeV. Se realizó un conjunto completo de mediciones cada 6,8 minutos. El experimento funcionó durante toda la vida útil activa de la nave espacial. [4]
Se utilizó un analizador electrostático con un colector de corriente para investigar los fenómenos limítrofes entre el campo geomagnético y el plasma interplanetario y para monitorear los flujos de protones de baja energía a altitudes más bajas. El instrumento detectó protones en el rango de energía de 100 eV a 20 keV. El voltaje a través de las placas aumentó a su valor máximo en aproximadamente medio segundo y luego decayó en 155 s, tiempo durante el cual se muestreó la corriente de la placa colectora 470 veces. Las partículas se aceptaron en un ángulo sólido de 10 por 80 grados que barrió una región casi hemisférica del espacio mientras la carga útil giraba. La medición de la corriente de protones tuvo un rango dinámico de 10 elevado a la cuarta potencia. El experimento aparentemente funcionó mal antes de la inyección en órbita y no arrojó datos útiles. [5]
Este experimento fue diseñado para medir la magnitud y dirección del campo magnético de la Tierra entre 3 y 13 radios terrestres. Consistía en tres magnetómetros de compuerta de flujo ortogonales montados en el extremo de un brazo de 86,4 cm (34,0 pulgadas). El eje de un magnetómetro estaba a 2° del eje de giro de la nave espacial. Cada uno de los tres sensores tenía un rango de -1000 a +1000 nT con una incertidumbre de digitalización de 12 nT. Los tres componentes del campo magnético se midieron en un período de tiempo de 50 ms una vez cada 327 ms. Un sistema de calibración en vuelo aplicó un campo magnético conocido a cada sensor por turno una vez cada 115 segundos. Este experimento se realizó con normalidad desde el lanzamiento hasta el 6 de diciembre de 1961. [6]
Este experimento fue diseñado para medir los flujos direccionales y los espectros de protones y electrones atrapados y aurorales de baja energía. Se empleó un centelleador de fósforo en polvo de 5 mg de espesor cubierto con un revestimiento de aluminio de 1000 A. Se insertaron absorbentes adicionales en la abertura del detector mediante una rueda escalonada de 16 posiciones. La abertura estaba apuntada a 45° con respecto al eje de giro. Debido a la delgadez y al tipo de fósforo , el detector en el modo de pulso respondería solo a iones de baja energía y, por lo tanto, esencialmente mediría el flujo de protones que penetraban en los absorbentes y se detenían en el fósforo. Tanto la tasa de conteo de pulsos como la corriente del fototubo se midieron por telemetría una vez por período de fotograma. Se midieron por telemetría dieciséis lecturas en cada posición de la rueda y, por lo tanto, se obtuvo un conjunto completo de datos cada 256 fotogramas (una revolución de la rueda = 80 segundos). Se midieron protones en siete rangos de energía. El límite de alta energía fue de aproximadamente 10 MeV para todos los rangos, y los límites de baja energía fueron 100, 135, 186, 251, 512, 971 y 1668 keV. Los flujos de energía de los electrones en tres rangos se midieron por separado utilizando geometría de dispersión, absorbentes y la corriente del fototubo. Los límites de baja energía fueron 15, 26 y 31 keV, y el límite de alta energía fue de aproximadamente 100 keV para los tres rangos. A excepción de la saturación de algunos de los canales de protones en el corazón del cinturón exterior, el experimento funcionó correctamente durante toda la vida útil de la nave espacial. [7]
Cuatro bancos de células solares p-on-n fueron cementados a la piel del satélite para medir los efectos del deterioro causado por la exposición directa a la radiación en los cinturones de radiación de Van Allen . Un banco de células permaneció desprotegido, mientras que los otros tenían capas de vidrio protector de 3, 20 y 60 milésimas de espesor. La franja de células sin protección se degradó muy rápidamente durante las dos primeras órbitas. En cada órbita, la degradación severa comenzó aproximadamente 2,5 horas antes del perigeo, cuando la altitud del satélite era de aproximadamente 33.000 km (21.000 mi). Después de las dos primeras órbitas, la salida restante de las células fue solo el 50% de la salida inicial. Los períodos de degradación severa coincidieron con períodos de intensidades direccionales máximas de protones con energías entre 150 kev y 4,5 mev. Se sabe que los protones de este nivel no penetrarían los escudos de vidrio de 20 milésimas de pulgada. Cuando el satélite dejó de transmitir, la salida de las células sin protección se había degradado aún más hasta el 29% del valor inicial. Las células solares con protección de vidrio de 3 milésimas de pulgada se degradaron aproximadamente un 6% durante la vida útil del satélite. No se indicó degradación de las células solares de los bancos con protección de 20 y 60 milésimas de pulgada cuando se compararon sus salidas el 19 de septiembre y el 3 de diciembre de 1961, cuando el ángulo de incidencia del Sol era el mismo. [8]
Este satélite fue lanzado desde el Atlantic Missile Range por un vehículo de lanzamiento Delta el 16 de agosto de 1961. Su objetivo era la investigación del viento solar , los campos magnéticos interplanetarios , porciones distantes del campo magnético de la Tierra y partículas energéticas en el espacio interplanetario y en el cinturón de radiación de Van Allen . [9]
La nave espacial alcanzó la órbita y toda la instrumentación funcionó con normalidad. Su transmisor dejó de funcionar el 6 de diciembre de 1961, después de enviar 2568 horas de datos en tiempo real. Durante su vida útil de 112 días, completó 102 órbitas y adquirió datos aproximadamente el 80% del tiempo. Este satélite proporcionó importantes datos geofísicos sobre radiación y tormentas magnéticas.
La nave espacial funcionó bien hasta el 6 de diciembre de 1961, cuando dejó de transmitir datos aparentemente como resultado de fallas en el sistema de energía. Se registraron buenos datos durante aproximadamente el 90% de la vida útil activa de la nave espacial. La velocidad de giro inicial fue de 28,0 rpm y la dirección del eje de giro fue ascensión recta 48°, declinación -28°. La dirección fue casi constante con el tiempo y la velocidad de giro aumentó lentamente con el tiempo hasta 34,3 rpm. La dirección del apogeo varió desde aproximadamente las 12:00 horas hasta las 06:00 horas, hora local. [2]
Un satélite de respaldo del Explorer-12 se exhibe en la estación de exhibición de ciencia espacial en el Centro Steven F. Udvar-Hazy en Chantilly, Virginia . [9]
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