El Explorer 1 fue el primer satélite lanzado por Estados Unidos en 1958 y formó parte de la participación estadounidense en el Año Geofísico Internacional (AGI). La misión siguió a los dos primeros satélites, ambos lanzados por la Unión Soviética durante el año anterior, Sputnik 1 y Sputnik 2. Esto dio inicio a una carrera espacial durante la Guerra Fría entre las dos naciones.
El Explorer 1 fue lanzado el 1 de febrero de 1958 a las 03:47:56 GMT (o el 31 de enero de 1958 a las 22:47:56 hora del Este) a bordo del primer cohete Juno I desde el LC-26A en el Centro de Pruebas de Misiles de Cabo Cañaveral del Atlantic Missile Range (AMR), en Florida . Fue la primera nave espacial en detectar el cinturón de radiación de Van Allen , [2] enviando datos hasta que sus baterías se agotaron después de casi cuatro meses. Permaneció en órbita hasta 1970.
Al Explorer 1 se le dio el número de catálogo de satélite 00004 y la designación de Harvard 1958 Alpha 1, [3] el precursor del moderno Designador Internacional .
El programa de satélites terrestres de Estados Unidos comenzó en 1954 como una propuesta conjunta del Ejército y la Armada de Estados Unidos, llamada Proyecto Orbiter, para poner un satélite científico en órbita durante el Año Geofísico Internacional . La propuesta, que utilizaba un misil militar Redstone, fue rechazada en 1955 por la administración de Eisenhower a favor del Proyecto Vanguard de la Armada , que utilizaba un cohete propulsor anunciado como de naturaleza más civil. [4] [5] Tras el lanzamiento del satélite soviético Sputnik 1 el 4 de octubre de 1957, el programa inicial del Proyecto Orbiter fue revivido como el programa Explorer para alcanzar a la Unión Soviética. [6]
El Explorer 1 fue diseñado y construido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL), mientras que un cohete Jupiter-C fue modificado por la Agencia de Misiles Balísticos del Ejército (ABMA) para acomodar una carga útil satelital; el cohete resultante se conoció como Juno I. El diseño Jupiter-C utilizado para el lanzamiento ya había sido probado en vuelo en pruebas de reentrada de cono de nariz para el misil balístico de alcance intermedio Jupiter (IRBM) y fue modificado para convertirse en Juno I. Trabajando en estrecha colaboración, ABMA y JPL completaron el trabajo de modificar el Jupiter-C y construir el Explorer 1 en 84 días. Sin embargo, antes de que se completara el trabajo, la Unión Soviética lanzó un segundo satélite, Sputnik 2 , el 3 de noviembre de 1957. La Armada de los Estados Unidos intentó poner en órbita el primer satélite estadounidense, pero fracasó con el lanzamiento del Vanguard TV-3 el 6 de diciembre de 1957. [7]
El Explorer 1 fue diseñado y construido por el JPL del Instituto Tecnológico de California bajo la dirección del Dr. William Hayward Pickering . Fue el segundo satélite en llevar una carga útil para una misión (el Sputnik 2 fue el primero).
La masa total del satélite era de 13,97 kg (30,8 lb), de los cuales 8,3 kg (18 lb) eran instrumentos. En comparación, la masa del primer satélite soviético Sputnik 1 era de 83,6 kg (184 lb). La sección de instrumentos en el extremo delantero del satélite y la carcasa del cohete de cuarta etapa, vacía y a menor escala, orbitaban como una sola unidad, girando alrededor de su eje longitudinal a 750 revoluciones por minuto.
Los datos de los instrumentos científicos se transmitían a tierra mediante dos antenas. Un transmisor de 60 milivatios alimentaba una antena dipolo formada por dos antenas de ranura de fibra de vidrio en el cuerpo del satélite que funcionaban en 108,03 MHz , y cuatro látigos flexibles que formaban una antena giratoria eran alimentados por un transmisor de 10 milivatios que funcionaba en 108,00 MHz. [8] [9]
Debido al limitado espacio disponible y a los requisitos de bajo peso, la instrumentación de la carga útil se diseñó y construyó teniendo en mente la simplicidad y la alta confiabilidad, utilizando transistores de germanio y silicio en su electrónica. [10] Se utilizaron un total de 20 transistores en el Explorer 1, más otros adicionales en el amplificador de micrometeoritos del Ejército. La energía eléctrica era proporcionada por baterías químicas de mercurio que constituían aproximadamente el 40% del peso de la carga útil.
La capa exterior de la sección de instrumentos era de acero inoxidable pulido con chorro de arena y con rayas blancas. Se habían probado otros esquemas de color, lo que dio como resultado artículos, modelos y fotografías de respaldo que mostraban diferentes configuraciones, incluidas rayas blancas y verdes alternadas y rayas azules alternadas con cobre. El esquema de color final se determinó mediante estudios de intervalos de sombra-luz solar basados en el tiempo de disparo, la trayectoria, la órbita y la inclinación.
La carga útil del Explorer 1 consistía en el instrumento de rayos cósmicos de Iowa sin grabadora de datos en cinta que no fue modificada a tiempo para ser enviada a la nave espacial. Por lo tanto, los datos en tiempo real recibidos en tierra eran muy escasos y desconcertantes, ya que mostraban tasas de conteo normales y no mostraban ningún conteo en absoluto. La posterior misión Explorer 3 , que incluía una grabadora de datos en cinta en la carga útil, proporcionó los datos adicionales para confirmar los datos anteriores del Explorer 1.
La instrumentación científica del Explorer 1 fue diseñada y construida bajo la dirección del Dr. James Van Allen de la Universidad de Iowa y contiene: [8]
Después de un retraso relacionado con la corriente en chorro el 28 de enero de 1958, a las 03:47:56 GMT del 1 de febrero de 1958 [14] se lanzó el cohete Juno I, poniendo al Explorer 1 en órbita con un perigeo de 358 km (222 mi) y un apogeo de 2.550 km (1.580 mi) con un período de 114,80 minutos y una inclinación de 33,24°. [1] [15] La estación de seguimiento Goldstone no pudo informar después de 90 minutos como estaba previsto si el lanzamiento había tenido éxito porque la órbita era más grande de lo esperado. [14] Alrededor de las 06:30 GMT, después de confirmar que el Explorer 1 estaba efectivamente en órbita, se celebró una conferencia de prensa en el Gran Salón de la Academia Nacional de Ciencias en Washington, DC para anunciarlo al mundo. [16]
La vida útil prevista original del satélite antes de la desintegración orbital era de tres años. [14] Las baterías de mercurio alimentaron el transmisor de alta potencia durante 31 días y el transmisor de baja potencia durante 105 días. El Explorer 1 dejó de transmitir datos el 23 de mayo de 1958, [17] cuando se agotaron sus baterías, pero permaneció en órbita durante más de 12 años. [18] Regresó a la atmósfera sobre el océano Pacífico el 31 de marzo de 1970 después de más de 58.400 órbitas.
El Explorer 1 cambió su eje de rotación después del lanzamiento. El cuerpo alargado de la nave espacial había sido diseñado para girar sobre su eje largo (el de menor inercia), pero se negó a hacerlo y, en su lugar, comenzó a precesar debido a la disipación de energía de los elementos estructurales flexibles. Más tarde se entendió que, en términos generales, el cuerpo termina en el estado de giro que minimiza la energía rotacional cinética para un momento angular fijo (siendo este el eje de máxima inercia). Esto motivó el primer desarrollo posterior de la teoría euleriana de la dinámica de cuerpos rígidos después de casi 200 años, para abordar este tipo de disipación de energía que preserva el momento. [19] [20]
A veces, la instrumentación informaba del recuento de rayos cósmicos esperado (aproximadamente 30 recuentos por segundo), pero otras veces mostraba un peculiar cero recuento por segundo. La Universidad de Iowa (bajo la dirección de James Van Allen) observó que todos los informes de cero recuentos por segundo se realizaban desde una altitud de más de 2000 km (1200 mi) sobre América del Sur , mientras que los pases a 500 km (310 mi) mostraban el nivel esperado de rayos cósmicos. Más tarde, después del Explorer 3, se concluyó que el contador Geiger original había sido abrumado ("saturado") por una fuerte radiación procedente de un cinturón de partículas cargadas atrapadas en el espacio por el campo magnético de la Tierra. Este cinturón de partículas cargadas se conoce ahora como el cinturón de radiación de Van Allen . El descubrimiento fue considerado uno de los descubrimientos más destacados del Año Geofísico Internacional.
El detector acústico de micrometeoritos detectó 145 impactos de polvo cósmico en 78.750 segundos, lo que equivale a una tasa media de impactos de 8,0 −3 impactos por segundo por metro cuadrado, o 29 impactos por hora por metro cuadrado, durante el período de doce días. [21]
El Explorer 1 fue el primero de los satélites del programa Explorer, que duró mucho tiempo. En 1958, el vehículo de lanzamiento Juno I lanzó cuatro satélites posteriores de la serie Explorer; de ellos, el Explorer 3 y el 4 tuvieron éxito, mientras que el Explorer 2 y el 5 no lograron alcanzar la órbita. El último vuelo del cohete Juno I, el satélite Beacon-1 , también fracasó. [22] El vehículo de lanzamiento Juno I fue reemplazado por el vehículo de lanzamiento Juno II en 1959.
A finales de octubre de 2011 se lanzó con éxito una segunda misión de seguimiento de la primera, la Explorer-1 Prime Unit 2 , a bordo de un vehículo de lanzamiento Delta II . La Prime se construyó utilizando técnicas modernas de construcción de satélites. El satélite en órbita era un satélite de reserva, ya que la Explorer-1 Prime inicial , lanzada el 4 de marzo de 2011, no alcanzó la órbita debido a una falla del vehículo de lanzamiento. [23]
Una copia de vuelo construida idénticamente del Explorer 1 se exhibe en el Museo Nacional del Aire y el Espacio del Instituto Smithsoniano , Galería Milestones of Flight en Washington, DC. El LC-26A fue desactivado en 1963 y fue designado para su uso como museo en 1964, el Museo del Espacio y los Misiles de la Fuerza Aérea . [24] Aquí también se exhibe un Explorer 1 a escala real, pero este es una maqueta. [25]
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