Galileo fue una sonda espacial robótica estadounidense que estudió el planeta Júpiter y sus lunas , así como los asteroides Gaspra e Ida . Bautizada con el nombre del astrónomo italiano Galileo Galilei , consistía en un orbitador y una sonda de entrada. Fue puesta en órbita terrestre el 18 de octubre de 1989 por el transbordador espacial Atlantis , durante la misión STS-34 . Galileo llegó a Júpiter el 7 de diciembre de 1995, después de sobrevuelos de asistencia gravitacional de Venus y la Tierra, y se convirtió en la primera nave espacial en orbitar un planeta exterior. [4]
El Laboratorio de Propulsión a Chorro construyó la nave espacial Galileo y gestionó el programa Galileo para la NASA . La empresa alemana Messerschmitt-Bölkow-Blohm suministró el módulo de propulsión. El Centro de Investigación Ames de la NASA gestionó la sonda atmosférica, que fue construida por Hughes Aircraft Company . En el momento del lanzamiento, el orbitador y la sonda juntos tenían una masa de 2562 kg (5648 lb) y medían 6,15 m (20,2 ft) de altura.
Las naves espaciales normalmente se estabilizan ya sea girando alrededor de un eje fijo o manteniendo una orientación fija con respecto al Sol y una estrella. Galileo hizo ambas cosas. Una sección de la nave espacial giraba a 3 revoluciones por minuto, lo que mantenía estable a Galileo y sostenía seis instrumentos que recopilaban datos de muchas direcciones diferentes, incluidos los instrumentos de campos y partículas.
Galileo fue destruido intencionalmente en la atmósfera de Júpiter el 21 de septiembre de 2003. El siguiente orbitador enviado a Júpiter fue Juno , que llegó el 5 de julio de 2016.
Júpiter es el planeta más grande del Sistema Solar , con más del doble de la masa de todos los demás planetas juntos. [5] La consideración de enviar una sonda a Júpiter comenzó ya en 1959. [6] El Grupo Asesor Científico (SAG) de la NASA para Misiones al Sistema Solar Exterior consideró los requisitos para los orbitadores de Júpiter y las sondas atmosféricas. Observó que la tecnología para construir un escudo térmico para una sonda atmosférica aún no existía, y las instalaciones para probar una en las condiciones encontradas en Júpiter no estarían disponibles hasta 1980. [7] La administración de la NASA designó al Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) como el centro líder para el proyecto Jupiter Orbiter Probe (JOP). [8] El JOP sería la quinta nave espacial en visitar Júpiter, pero la primera en orbitarlo, y la sonda sería la primera en ingresar a su atmósfera. [9]
Una decisión importante que se tomó en ese momento fue utilizar una nave espacial del programa Mariner como la utilizada para la Voyager para el orbitador de Júpiter, en lugar de una Pioneer. La Pioneer se estabilizaba haciendo girar la nave espacial a 60 rpm , lo que proporcionaba una vista de 360 grados de los alrededores, y no requería un sistema de control de actitud. Por el contrario, la Mariner tenía un sistema de control de actitud con tres giroscopios y dos juegos de seis propulsores de chorro de nitrógeno . La actitud se determinaba con referencia al Sol y Canopus , que se monitoreaban con dos sensores primarios y cuatro secundarios. También había una unidad de referencia inercial y un acelerómetro . Esto le permitió tomar imágenes de alta resolución, pero la funcionalidad tuvo el costo de un mayor peso. Una Mariner pesaba 722 kilogramos (1592 libras) en comparación con solo 146 kilogramos (322 libras) de una Pioneer. [10]
John R. Casani , que había dirigido los proyectos Mariner y Voyager, se convirtió en el primer director del proyecto. [11] Solicitó sugerencias para un nombre más inspirador para el proyecto, y el más votado fue "Galileo", en honor a Galileo Galilei , la primera persona en ver Júpiter a través de un telescopio. Su descubrimiento en 1610 de lo que ahora se conoce como las lunas galileanas que orbitan Júpiter fue una prueba importante del modelo copernicano del sistema solar. También se observó que el nombre era el de una nave espacial en el programa de televisión Star Trek . El nuevo nombre se adoptó en febrero de 1978. [12]
El Laboratorio de Propulsión a Chorro construyó la nave espacial Galileo y gestionó la misión Galileo para la NASA. Messerschmitt-Bölkow-Blohm de Alemania Occidental suministró el módulo de propulsión. El Centro de Investigación Ames de la NASA gestionó la sonda atmosférica, que fue construida por Hughes Aircraft Company . [2] En el lanzamiento, el orbitador y la sonda juntos tenían una masa de 2562 kg (5648 lb) y medían 6,15 m (20,2 pies) de altura. [2] Las naves espaciales normalmente se estabilizan girando alrededor de un eje fijo o manteniendo una orientación fija con referencia al Sol y una estrella; Galileo hizo ambas cosas. Una sección de la nave espacial giraba a 3 revoluciones por minuto , manteniendo estable a Galileo y sosteniendo seis instrumentos que recopilaban datos de muchas direcciones diferentes, incluidos los instrumentos de campos y partículas. [13] De vuelta en tierra, el equipo de operaciones de la misión utilizó un software que contenía 650.000 líneas de código en el proceso de diseño de la secuencia de órbita; 1.615.000 líneas en la interpretación de la telemetría; y 550.000 líneas de código de navegación. [2] Todos los componentes y piezas de repuesto de la nave espacial fueron sometidos a un mínimo de 2.000 horas de pruebas. Se esperaba que la nave espacial durara al menos cinco años, tiempo suficiente para llegar a Júpiter y cumplir su misión. [14]
El 19 de diciembre de 1985, partió del JPL en Pasadena, California , en la primera etapa de su viaje, un viaje por carretera al Centro Espacial Kennedy en Florida . [14] [15] Debido al desastre del transbordador espacial Challenger , no se pudo cumplir la fecha de lanzamiento de mayo. [16] La misión se reprogramó para el 12 de octubre de 1989. La nave espacial Galileo sería lanzada por la misión STS-34 en el transbordador espacial Atlantis . [17] A medida que se acercaba la fecha de lanzamiento de Galileo , los grupos antinucleares , preocupados por lo que percibían como un riesgo inaceptable para la seguridad pública del plutonio en los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) y los módulos de fuente de calor de propósito general (GPHS) de Galileo , solicitaron una orden judicial que prohibiera el lanzamiento de Galileo . [18] Los RTG eran necesarios para las sondas del espacio profundo porque tenían que volar distancias desde el Sol que hacían impráctico el uso de la energía solar. [19]
El lanzamiento se retrasó dos veces más: por un controlador de motor principal defectuoso que obligó a posponerlo al 17 de octubre, y luego por las inclemencias del tiempo, que hicieron necesario posponerlo al día siguiente, [20] pero esto no fue una preocupación ya que la ventana de lanzamiento se extendió hasta el 21 de noviembre. [21] Atlantis finalmente despegó a las 16:53:40 UTC el 18 de octubre y entró en una órbita de 343 kilómetros (213 millas). [20] Galileo se desplegó con éxito a las 00:15 UTC el 19 de octubre . [16] Después del encendido del IUS, la nave espacial Galileo adoptó su configuración para vuelo en solitario y se separó del IUS a las 01:06:53 UTC el 19 de octubre. [22] El lanzamiento fue perfecto y Galileo pronto se dirigió hacia Venus a más de 14.000 km/h (9.000 mph). [23] El Atlantis regresó a la Tierra sano y salvo el 23 de octubre. [20]
El subsistema CDH era activamente redundante, con dos buses de sistema de datos paralelos funcionando en todo momento. [24] Cada bus de sistema de datos (también conocido como cadena) estaba compuesto por los mismos elementos funcionales, que consistían en multiplexores (MUX), módulos de alto nivel (HLM), módulos de bajo nivel (LLM), convertidores de potencia (PC), memoria masiva (BUM), memoria masiva del subsistema de gestión de datos (DBUM), cadenas de temporización (TC), bucles de enganche de fase (PLL), codificadores Golay (GC), decodificadores de comandos de hardware (HCD) y controladores críticos (CRC). [25]
El subsistema CDH era responsable de mantener las siguientes funciones:
La nave espacial estaba controlada por seis microprocesadores RCA 1802 COSMAC : cuatro en el lado hilado y dos en el lado deshilado. Cada CPU tenía una velocidad de reloj de aproximadamente 1,6 MHz y estaba fabricada en zafiro ( silicio sobre zafiro ), que es un material endurecido por la radiación y la electricidad estática ideal para el funcionamiento de la nave espacial. Este microprocesador de 8 bits fue el primer chip procesador CMOS de bajo consumo , similar al 6502 que se estaba incorporando a la computadora de escritorio Apple II en ese momento. [27]
El sistema de control de actitud y articulación (AACSE) de Galileo estaba controlado por dos computadoras aerotransportadas de tecnología avanzada (ATAC) de Itek , construidas con 2901 resistentes a la radiación . El AACSE podía reprogramarse en vuelo enviando el nuevo programa a través del subsistema de comando y datos. [28] El software del sistema de control de actitud estaba escrito en el lenguaje de programación HAL/S , [29] que también se utilizó en el programa del transbordador espacial . [30]
La capacidad de memoria proporcionada por cada BUM era de 16K de RAM , mientras que los DBUM proporcionaban cada uno 8K de RAM. Había dos BUM y dos DBUM en el subsistema CDH y todos ellos residían en el lado hilado de la nave espacial. Los BUM y DBUM proporcionaban almacenamiento para secuencias y contenían varios buffers para datos de telemetría y comunicación entre buses. Cada HLM y LLM se construyó alrededor de un único microprocesador 1802 y 32K de RAM (para HLM) o 16K de RAM (para LLM). Dos HLM y dos LLM residían en el lado hilado mientras que dos LLM estaban en el lado deshilado. Por lo tanto, la capacidad total de memoria disponible para el subsistema CDH era de 176K de RAM: 144K asignados al lado hilado y 32K al lado deshilado. [31] Cada HLM era responsable de las siguientes funciones:
Cada LLM era responsable de las siguientes funciones:
El subsistema de propulsión estaba formado por un motor principal de 400 N (90 lbf) y doce propulsores de 10 N (2,2 lbf), junto con tanques de combustible, de almacenamiento y de presurización y las tuberías asociadas. Los propulsores de 10 N estaban montados en grupos de seis en dos brazos de 2 metros (6,6 ft). El combustible para el sistema era 925 kg (2039 lb) de monometilhidrazina y tetróxido de nitrógeno . Dos tanques separados contenían otros 7 kg (15 lb) de helio como presurizante. El subsistema de propulsión fue desarrollado y construido por Messerschmitt-Bölkow-Blohm y proporcionado por Alemania Occidental, el principal socio internacional del Proyecto Galileo . [27]
En ese momento, los paneles solares no eran prácticos a la distancia de Júpiter del Sol; la nave espacial habría necesitado un mínimo de 65 metros cuadrados (700 pies cuadrados) de paneles. Las baterías químicas también serían prohibitivamente grandes debido a las limitaciones tecnológicas. La solución fueron dos generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) que alimentaron la nave espacial a través de la desintegración radiactiva del plutonio-238 . El calor emitido por esta desintegración se convirtió en electricidad a través del efecto Seebeck de estado sólido . Esto proporcionó una fuente de electricidad confiable y duradera que no se vio afectada por el ambiente frío y los campos de alta radiación en el sistema joviano. [27] [32]
Cada GPHS-RTG , montado en un brazo de 5 metros de largo (16 pies), transportaba 7,8 kilogramos (17 libras) de 238 Pu . Cada RTG contenía 18 módulos de fuente de calor separados, y cada módulo encerraba cuatro pastillas de óxido de plutonio (IV) , un material cerámico resistente a la fractura. [32] El plutonio se enriqueció a aproximadamente el 83,5 por ciento de plutonio-238. [33] Los módulos fueron diseñados para sobrevivir a una variedad de accidentes potenciales: explosión o incendio del vehículo de lanzamiento, reingreso a la atmósfera seguido de impacto en tierra o agua y situaciones posteriores al impacto. Una cubierta exterior de grafito proporcionó protección contra los entornos estructurales, térmicos y erosivos de un posible reingreso a la atmósfera de la Tierra. Los componentes adicionales de grafito proporcionaron protección contra el impacto, mientras que el revestimiento de iridio de los RTG proporcionó contención posterior al impacto. [32] Los RTG produjeron alrededor de 570 vatios en el lanzamiento. La potencia de salida disminuyó inicialmente a un ritmo de 0,6 vatios por mes y era de 493 vatios cuando Galileo llegó a Júpiter. [3]
La nave espacial tenía una gran antena de alta ganancia que no se pudo desplegar mientras estaba en el espacio, por lo que se utilizó en su lugar la antena de baja ganancia, aunque a velocidades de transferencia de datos más lentas. [34]
Los instrumentos científicos para medir campos y partículas estaban montados en la sección giratoria de la nave espacial, junto con la antena principal , la fuente de alimentación, el módulo de propulsión y la mayoría de las computadoras y la electrónica de control de Galileo . Los dieciséis instrumentos, que pesaban 118 kg (260 lb) en total, incluían sensores magnetométricos montados en un brazo de 11 m (36 pies) para minimizar la interferencia de la nave espacial; un instrumento de plasma para detectar partículas cargadas de baja energía y un detector de ondas de plasma para estudiar las ondas generadas por las partículas; un detector de partículas de alta energía; y un detector de polvo cósmico y joviano . También llevaba el contador de iones pesados, un experimento de ingeniería para evaluar los entornos de partículas cargadas potencialmente peligrosos por los que volaba la nave espacial, y un detector de ultravioleta extremo asociado con el espectrómetro UV en la plataforma de escaneo. [2]
Los instrumentos de la sección despun incluían el sistema de cámara; el espectrómetro de mapeo de infrarrojo cercano para hacer imágenes multiespectrales para el análisis químico atmosférico y de la superficie lunar; el espectrómetro ultravioleta para estudiar los gases; y el fotopolarímetro-radiómetro para medir la energía radiante y reflejada. El sistema de cámara fue diseñado para obtener imágenes de los satélites de Júpiter con resoluciones de 20 a 1.000 veces mejores que las mejores de la Voyager , porque Galileo voló más cerca del planeta y sus lunas interiores, y porque el sensor CCD más moderno en la cámara de Galileo era más sensible y tenía una banda de detección de color más amplia que los vidicones de la Voyager . [2]
La SSI era una cámara CCD ( dispositivo de carga acoplada ) de 800 x 800 píxeles . La parte óptica de la cámara era una pieza de repuesto modificada de la cámara de ángulo estrecho de la Voyager ; un telescopio Cassegrain . [35] El CCD tenía una capa de tantalio de 10 mm (0,4 pulgadas) de espesor que lo rodeaba, excepto por donde la luz entraba al sistema, como protección contra la radiación. Se utilizó una rueda de filtros de ocho posiciones para obtener imágenes en longitudes de onda específicas. Luego, las imágenes se combinaron electrónicamente en la Tierra para producir imágenes en color. La respuesta espectral de la SSI oscilaba entre aproximadamente 400 y 1100 nm. La SSI pesaba 29,7 kg (65 lb) y consumía, en promedio, 15 vatios de energía. [36] [37]
El instrumento NIMS era sensible a la luz infrarroja con una longitud de onda de entre 0,7 y 5,2 micrómetros , lo que se superponía al rango de longitud de onda del SSI. El NIMS utilizaba un telescopio reflector de 229 mm (9 pulgadas) de apertura. El espectrómetro utilizaba una rejilla para dispersar la luz recogida por el telescopio. El espectro de luz dispersa se enfocaba en detectores de indio , antimoniuro y silicio . El NIMS pesaba 18 kg (40 lb) y utilizaba 12 vatios de potencia en promedio. [38] [39]
El telescopio Cassegrain del UVS tenía una apertura de 250 mm (9,8 pulgadas). Tanto el UVS como el EUV usaban una rejilla reglada para dispersar la luz para el análisis espectral. Luego, la luz pasaba a través de una ranura de salida hacia tubos fotomultiplicadores que producían pulsos de electrones, que se contaban y los resultados se enviaban a la Tierra. El UVS estaba montado en la plataforma de escaneo de Galileo . El EUV estaba montado en la sección de centrifugado. A medida que Galileo giraba, el EUV observaba una estrecha cinta de espacio perpendicular al eje de giro. Los dos instrumentos combinados pesaban alrededor de 9,7 kg (21 libras) y usaban 5,9 vatios de potencia. [40] [41]
El PPR tenía siete bandas de radiometría. Una de ellas no utilizaba filtros y observaba toda la radiación entrante, tanto solar como térmica. Otra banda solo permitía el paso de la radiación solar. La diferencia entre los canales solar más térmico y los de solo radiación solar proporcionaba la radiación térmica total emitida. El PPR también medía en cinco canales de banda ancha que abarcaban el rango espectral de 17 a 110 micrómetros. El radiómetro proporcionaba datos sobre las temperaturas de la atmósfera y los satélites de Júpiter. El diseño del instrumento se basaba en el de un instrumento que volaba en la nave espacial Pioneer Venus . Un telescopio reflector de 100 mm (4 pulgadas) de apertura recogía la luz y la dirigía a una serie de filtros y, desde allí, los detectores del PPR realizaban las mediciones. El PPR pesaba 5,0 kg (11,0 libras) y consumía unos 5 vatios de energía. [42] [43]
El subsistema detector de polvo (DDS) se utilizó para medir la masa, la carga eléctrica y la velocidad de las partículas entrantes. Las masas de partículas de polvo que el DDS pudo detectar van desde 10-16 a 10−7 gramos. La velocidad de estas pequeñas partículas se podía medir en un rango de 1 a 70 kilómetros por segundo (0,6 a 43,5 mi/s). El instrumento podía medir tasas de impacto desde 1 partícula cada 115 días (10 megasegundos) hasta 100 partículas por segundo. Estos datos se utilizaron para ayudar a determinar el origen y la dinámica del polvo dentro de la magnetosfera . El DDS pesaba 4,2 kg (9,3 lb) y utilizaba un promedio de 5,4 vatios de potencia. [44] [45]
El detector de partículas energéticas (EPD) fue diseñado para medir la cantidad y energía de iones y electrones cuyas energías excedían aproximadamente los 20 keV (3,2 fJ). El EPD también podía medir la dirección de viaje de dichas partículas y, en el caso de los iones, podía determinar su composición (si el ion es oxígeno o azufre , por ejemplo). El EPD utilizó detectores de estado sólido de silicio y un sistema de detector de tiempo de vuelo para medir los cambios en la población de partículas energéticas en Júpiter en función de la posición y el tiempo. Estas mediciones ayudaron a determinar cómo las partículas obtenían su energía y cómo se transportaban a través de la magnetosfera de Júpiter. El EPD pesaba 10,5 kg (23 lb) y utilizaba 10,1 vatios de potencia en promedio. [46] [47]
El HIC era, en efecto, una versión reempaquetada y actualizada de algunas partes del repuesto de vuelo del sistema de rayos cósmicos Voyager . El HIC detectaba iones pesados utilizando pilas de obleas de silicio monocristalino. El HIC podía medir iones pesados con energías tan bajas como 6 MeV (1 pJ) y tan altas como 200 MeV (32 pJ) por nucleón. Este rango incluía todas las sustancias atómicas entre el carbono y el níquel . El HIC y el EUV compartían un enlace de comunicaciones y, por lo tanto, tenían que compartir el tiempo de observación. El HIC pesaba 8,0 kg (17,6 lb) y utilizaba un promedio de 2,8 vatios de potencia. [48] [49]
El magnetómetro (MAG) utilizaba dos conjuntos de tres sensores. Los tres sensores permitían medir los tres componentes ortogonales de la sección del campo magnético . Un conjunto estaba situado en el extremo del brazo del magnetómetro y, en esa posición, estaba a unos 11 m (36 pies) del eje de giro de la nave espacial. El segundo conjunto, diseñado para detectar campos más fuertes, estaba a 6,7 m (22 pies) del eje de giro. El brazo se utilizó para alejar el MAG de la proximidad inmediata de Galileo para minimizar los efectos magnéticos de la nave espacial. Sin embargo, no todos estos efectos podían eliminarse alejando el instrumento. La rotación de la nave espacial se utilizó para separar los campos magnéticos naturales de los campos inducidos por la ingeniería. Otra fuente de error potencial en la medición provenía de la flexión y torsión del largo brazo del magnetómetro. Para tener en cuenta estos movimientos, se montó una bobina de calibración rígidamente en la nave espacial para generar un campo magnético de referencia durante las calibraciones. El campo magnético en la superficie de la Tierra tiene una intensidad de unos 50.000 nT . En Júpiter, el conjunto de sensores externo (11 m) podía medir intensidades de campo magnético en el rango de ±32 a ±512 nT, mientras que el conjunto interno (6,7 m) estaba activo en el rango de ±512 a ±16.384 nT. El experimento MAG pesaba 7,0 kg (15,4 lb) y utilizaba 3,9 vatios de potencia. [50] [51]
El PLS utilizó siete campos de visión para recolectar partículas cargadas para el análisis de energía y masa. Estos campos de visión cubrían la mayoría de los ángulos de 0 a 180 grados, abriéndose en abanico desde el eje de giro. La rotación de la nave espacial llevó a cada campo de visión a través de un círculo completo. El PLS midió partículas en el rango de energía de 0,9 a 52.000 eV (0,14 a 8.300 aJ ). El PLS pesaba 13,2 kg (29 lb) y utilizaba un promedio de 10,7 vatios de potencia. [52] [53]
Se utilizó una antena dipolo eléctrica para estudiar los campos eléctricos de los plasmas , mientras que dos antenas magnéticas de bobina de búsqueda estudiaron los campos magnéticos. La antena dipolo eléctrica se montó en la punta del brazo del magnetómetro. Las antenas magnéticas de bobina de búsqueda se montaron en la alimentación de antena de alta ganancia. Las mediciones casi simultáneas del espectro del campo eléctrico y magnético permitieron distinguir las ondas electrostáticas de las ondas electromagnéticas . El PWS pesaba 7,1 kg (16 lb) y utilizaba un promedio de 9,8 vatios. [54] [55]
La sonda atmosférica fue construida por el Grupo de Comunicaciones y Espacio de Hughes Aircraft Company en su planta de El Segundo, California . [57] [58] Pesaba 339 kilogramos (747 libras) y medía 86 centímetros (34 pulgadas) de alto. [2] Dentro del escudo térmico de la sonda , los instrumentos científicos estaban protegidos del calor y la presión extremos durante su viaje de alta velocidad hacia la atmósfera joviana, ingresando a 48 kilómetros por segundo (110.000 mph). [59] Las temperaturas alcanzaron alrededor de 16.000 °C (29.000 °F). [56] La NASA construyó un laboratorio especial, la Giant Planet Facility, para simular la carga de calor, que era similar al calentamiento convectivo y radiativo experimentado por una ojiva de ICBM que reingresa a la atmósfera. [60] [61]
La electrónica de la sonda estaba alimentada por 13 baterías de dióxido de azufre y litio fabricadas por el Centro de Fuentes de Energía de Honeywell en Horsham, Pensilvania . Cada celda tenía el tamaño de una batería D , por lo que se podían utilizar las herramientas de fabricación existentes. [62] [63] Proporcionaban una potencia de salida nominal de aproximadamente 7,2 amperios hora de capacidad a un voltaje mínimo de 28,05 voltios. [64]
La sonda incluía siete instrumentos para tomar datos sobre su inmersión en Júpiter: [65] [66]
Además, el escudo térmico de la sonda contenía instrumentación para medir la ablación durante el descenso. [67]
Al carecer del combustible para escapar del pozo gravitacional de Júpiter, al final de la vida de Galileo , la sonda se estrelló deliberadamente contra Júpiter el 21 de septiembre de 2003, para evitar la contaminación posterior de la posible vida de la luna Europa de Júpiter. [68]
La sonda Galileo tenía el identificador COSPAR 1989-084E, mientras que el orbitador tenía el identificador 1989-084B. [69] Los nombres de la nave espacial incluyen Sonda Galileo o Sonda de Entrada a Júpiter, abreviada como JEP. [70] Los identificadores COSPAR relacionados con la misión Galileo fueron: [71]
DSI vía Universidad de Stuttgart
