Explorer 21 , también llamado IMP-B , IMP-2 y Plataforma de Monitoreo Interplanetario-2 , fue un satélite de la NASA lanzado como parte del programa Explorer . Explorer 21 fue lanzado el 4 de octubre de 1964, a las 03:45:00 GMT desde Cabo Cañaveral (CCAFS), [5] Florida , con un vehículo de lanzamiento Thor-Delta C. Explorer 21 fue el segundo satélite de la Plataforma de Monitoreo Interplanetario , y utilizó el mismo diseño general que su predecesor, Explorer 18 (IMP-A), lanzado el año anterior, en noviembre de 1963. El siguiente Explorer 28 (IMP-C), lanzado en mayo de 1965, también utilizó un diseño similar. [6]
Explorer 21 era una nave espacial alimentada por células solares y baterías químicas, instrumentada para estudios magnetosféricos interplanetarios y distantes de partículas energéticas, rayos cósmicos, campos magnéticos y plasmas. Cada secuencia de telemetría normal de 81,9 segundos de duración constaba de 795 bits de datos. Después de cada tercera secuencia normal había un intervalo de 81,9 segundos de transmisión de datos analógicos del magnetómetro de vapor de rubidio . Los parámetros iniciales de la nave espacial incluían una hora local de apogeo al mediodía, una velocidad de giro de 14,6 rpm y una dirección de giro de 41,4° de ascensión recta y 47,4° de declinación. [7]
Se utilizó un telescopio de estado sólido de partículas cargadas para medir el alcance y la pérdida de energía de los rayos cósmicos galácticos y solares. El experimento fue diseñado para estudiar las energías de las partículas (intervalos de energía por nucleón aproximadamente proporcionales a Z al cuadrado/A, para protones de 0,9 a 190 MeV , 6,5 a 19 MeV, 19 a 90 MeV y 90 a 190 MeV) y los espectros de carga (Z<=6). El detector estaba orientado de manera normal al eje de giro de la nave espacial. Los acumuladores del detector para cada intervalo de energía se telemetrizaron seis veces cada 5,46 minutos. Cada período de acumulación tenía una duración de unos 40 segundos (el período de giro inicial de la nave espacial era de unos 4,1 segundos). Se obtuvo la salida de dos analizadores de altura de pulso de 128 canales para una partícula incidente cada 41 segundos y se leyó junto con las acumulaciones del detector. Se obtuvieron datos útiles desde el lanzamiento hasta el 9 de abril de 1965. La cobertura de datos fue intermitente durante la vida útil de la nave espacial debido a frecuentes apagados de la misma y a fallas esporádicas de algunos detectores. [8]
Este experimento consistió en dos sistemas de detectores. El primero fue un telescopio dE/dx versus E con centelleadores de yoduro de cesio (CsI) delgados y gruesos (uno de cada uno) y un contador de centelleo plástico de anticoincidencia. El eje del telescopio era normal al eje de giro de la nave espacial. Los recuentos de partículas que penetraron en el centelleador de CsI delgado y se detuvieron en el centelleador de CsI grueso se acumularon durante un intervalo de 39,36 segundos cada 5,46 minutos. La contribución relativa a la tasa de recuento de varias especies (electrones entre 3 y 12 MeV , iones con carga = 1 o 2, masa atómica = 1, 2, 3 o 4, y energía entre 18,7 y 81,6 MeV/ nucleón ) y la información espectral de energía se determinaron mediante un análisis de altura de pulso de 512 canales realizado simultáneamente en la salida de ambos centelleadores de CsI seis veces cada 5,46 minutos. El segundo sistema detector consistió en dos telescopios de tubo Geiger-Müller (GM) orientados en paralelo y perpendicularmente al eje de giro de la nave espacial. Cada telescopio consistió en dos tubos GM colineales. Los telescopios paralelos y perpendiculares midieron la suma de los conteos debidos a protones por encima de 70 MeV y electrones por encima de 6,5 MeV y la suma de los conteos debidos a protones por encima de 65 MeV y electrones por encima de 6 MeV, respectivamente. Los conteos registrados en cualquiera de los cuatro tubos GM también se acumularon. Estos conteos omnidireccionales se debieron a protones por encima de 50 MeV más electrones por encima de 4 MeV. Las tasas de conteo paralelas, perpendiculares y omnidireccionales se obtuvieron para un intervalo de acumulación de 40 segundos durante secuencias de telemetría normales sucesivas de 81,9 segundos. Por lo tanto, cualquier tasa de conteo se midió durante 40 segundos una vez cada 5,46 minutos. [9]
La copa Faraday de cinco elementos del Explorer 21 midió electrones entre 130 y 265 eV e iones en las siguientes cinco ventanas de energía: 40 a 90, 95 a 230, 260 a 650, 700 a 2000 y 1700 a 5400 eV. Para cada intervalo de 5,46 minutos, se registraron 22 muestras de corriente instantáneas utilizables para cada ventana de energía, separadas por 0,16 segundos cada una. Se utilizaron dos placas colectoras para obtener información sobre la variación angular fuera del plano de giro del satélite. Se midieron por telemetría la suma y la diferencia de las corrientes en las dos placas y la dirección con la corriente máxima. El efecto de los electrones secundarios no se ha eliminado y podría ser muy significativo dentro de la plasmasfera de la Tierra . [10]
Cada uno de los dos magnetómetros fluxgate uniaxiales , con rangos dinámicos de más o menos 40 nT, muestreó el campo magnético 30 veces dentro de cada uno de los seis intervalos de 4,8 segundos cada 5,46 minutos. Las sensibilidades del detector fueron de más o menos 0,25 nT, y la incertidumbre de digitalización fue de más o menos 0,40 nT. Se utilizó un magnetómetro de vapor de rubidio para calibrar los magnetómetros fluxgate, pero no produjo un conjunto de datos útil de forma independiente. Los magnetómetros funcionaron normalmente durante la vida útil del satélite. [11]
Este experimento, diseñado para medir flujos de partículas atrapadas geomagnéticamente, consistió en una cámara de ionización de tipo Neher de 7,6 cm de diámetro y dos tubos Geiger–Müller (GM) Anton 223. La cámara de ionización respondió a electrones y protones con energías mayores a 1 y 17 MeV, respectivamente. Ambos tubos GM se montaron paralelos al eje de giro de la nave espacial. El tubo GM A detectó electrones mayores a 45 keV dispersados desde una lámina de oro. El cono de aceptación para estos electrones tenía un ángulo completo de 61°, y su eje de simetría formaba un ángulo de 59,5° con el eje de giro de la nave espacial. El tubo GM A respondió omnidireccionalmente a electrones y protones con energías mayores a 6 y 52 MeV, respectivamente. El tubo GM B miraba directamente al espacio a través de un orificio en la piel de la nave espacial. El cono de aceptación para el tubo GM B tenía un ángulo completo de 38°, y su eje de simetría era paralelo al eje de giro de la nave espacial. Omnidireccionalmente, el tubo GM B respondió a electrones y protones con energías mayores a 6 y 52 MeV, respectivamente. Direccionalmente, el tubo GM B respondió a electrones y protones con energías mayores a 40 y 500 keV, respectivamente. Los pulsos de la cámara de iones se acumularon durante 326,08 s y se leyeron una vez cada 327,68 segundos. Los conteos del tubo GM A se acumularon durante 39,36 segundos y se leyeron seis veces cada 327,68 segundos. Los conteos del tubo GM B se acumularon durante 39,36 segundos y se leyeron cinco veces cada 327,6 segundos. [12]
El analizador de potencial retardador era una copa Faraday de cuatro elementos. Estaba montado perpendicular al eje de giro de la nave espacial y tenía un ángulo de visión efectivo de 5 sr. El experimento funcionó durante 5,2 s en cada uno de los cuatro modos una vez cada 648 s. En dos modos, se determinaron espectros de 15 pasos para iones para potenciales retardadores en los rangos de menos 5 V a más 15 V y de menos 5 V a más 45 V. En los otros dos modos, se obtuvo información similar para electrones cambiando los signos de los potenciales. El instrumento experimentó contaminación secundaria de electrones pero arrojó datos esencialmente continuos hasta el 5 de abril de 1965. [13]
Un analizador electrostático cuadrisférico con un colector de corriente y un amplificador electrómetro se diseñó para detectar y analizar el componente de iones positivos del plasma incidente y estudiar sus características de flujo bruto. El monitoreo planificado del medio interplanetario no se llevó a cabo porque el apogeo que alcanzó el satélite fue menor de lo esperado. Los protones se analizaron en 12 canales de energía entre 0,7 y 8 KeV. El instrumento se montó en el plano ecuatorial del satélite y tenía un ángulo de visión de 15° en este plano y de 90° en el plano que contiene el eje de giro. El plano ecuatorial del satélite se dividió en tres sectores contiguos (61°, 95° y 204°) mediante el uso de un sensor de aspecto óptico. El flujo pico en un sector se registró a un potencial de placa del analizador por revolución del satélite (no se retuvo información sobre la posición dentro del sector en el que se produjo el flujo pico). Después de 12 revoluciones, se habían escaneado todos los canales de energía y se repitió el proceso para el siguiente sector. Se repitió un escaneo completo de energía y sector cada 5,46 minutos. Debido a que el instrumento no era capaz de observar el plasma magnetosférico, no se obtuvieron datos del tiempo en que el satélite estuvo en la magnetosfera . Los datos pueden ser útiles para identificar la magnetopausa y el arco de choque. [14]
La desviación significativa de la velocidad y dirección de giro respecto de los valores planificados y el logro de un apogeo de menos de la mitad del valor planificado afectaron negativamente a la utilidad de los datos. Por lo demás, los sistemas de la nave espacial funcionaron bien, con una transmisión de datos casi completa durante los primeros cuatro meses y durante el sexto mes después del lanzamiento. La transmisión de datos fue intermitente en otras ocasiones y la transmisión final se produjo el 13 de octubre de 1965. [7] El Explorer 21 se desintegró el 1 de enero de 1966. [4]
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