Ulysses ( en inglés: / j uː ˈ l ɪ s iː z / yoo- LISS -eez , en inglés : / ˈ j uː ˈ l ɪ s iː z / YOO- LISS-eez ) fue una sonda espacial robótica cuya misión principal era orbitar el Sol y estudiarlo en todas las latitudes. Fue lanzada en 1990 y realizó tres "exploraciones rápidas de latitud" del Sol en 1994/1995, 2000/2001 y 2007/2008. Además, la sonda estudió varios cometas. Ulysses fue una iniciativa conjunta de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) de los Estados Unidos , bajo el liderazgo de la ESA con la participación del Consejo Nacional de Investigación de Canadá. [2] El último día de operaciones de la misión Ulysses fue el 30 de junio de 2009. [3] [4]
Para estudiar el Sol en todas las latitudes, la sonda necesitaba cambiar su inclinación orbital y abandonar el plano del Sistema Solar . Cambiar la inclinación orbital de una nave espacial a unos 80° requiere un gran cambio en la velocidad heliocéntrica, cuya energía excedía con creces las capacidades de cualquier vehículo de lanzamiento . Para alcanzar la órbita deseada alrededor del Sol, los planificadores de la misión eligieron una maniobra de asistencia gravitatoria alrededor de Júpiter , pero este encuentro con Júpiter significó que Ulysses no podía ser propulsada por células solares. La sonda fue propulsada en su lugar por un generador termoeléctrico de radioisótopos de fuente de calor de propósito general ( GPHS-RTG ). [5]
La nave espacial fue originalmente llamada Odysseus , debido a su trayectoria larga e indirecta para estudiar los polos solares. Fue rebautizada como Ulises , la traducción latina de « Odiseo », a petición de la ESA en honor no solo al héroe mitológico de Homero sino también al personaje de Dante en el Infierno . [6] Ulises estaba originalmente programado para su lanzamiento en mayo de 1986 a bordo del transbordador espacial Challenger en la STS-61-F . Debido a la pérdida del Challenger el 28 de enero de 1986 , el lanzamiento de Ulises se retrasó hasta el 6 de octubre de 1990 a bordo del Discovery (misión STS-41 ).
La nave espacial fue diseñada por la ESA y construida por Dornier Systems , un fabricante de aviones alemán. El cuerpo era más o menos una caja, de aproximadamente 3,2 m × 3,3 m × 2,1 m (10,5 pies × 10,8 pies × 6,9 pies) de tamaño. La caja montó la antena parabólica de 1,65 m (5 pies 5 pulgadas) y la fuente de energía del generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) GPHS-RTG . La caja estaba dividida en secciones ruidosas y silenciosas. La sección ruidosa lindaba con el RTG; la sección silenciosa albergaba la electrónica del instrumento. Los componentes particularmente "ruidosos", como los preamplificadores para el dipolo de radio, estaban montados fuera de la estructura por completo, y la caja actuaba como una jaula de Faraday .
El Ulysses estaba estabilizado por rotación sobre su eje z, que coincide aproximadamente con el eje de la antena parabólica. El RTG, las antenas de látigo y el brazo de instrumentos se colocaron para estabilizar este eje, con una velocidad de rotación nominal de 5 rpm . Dentro del cuerpo había un tanque de combustible de hidracina . El monopropelente de hidracina se utilizó para las correcciones del curso de entrada a Júpiter, y más tarde se utilizó exclusivamente para reorientar el eje de rotación (y, por lo tanto, la antena) hacia la Tierra. La nave espacial estaba controlada por ocho propulsores en dos bloques. Los propulsores se pulsaban en el dominio del tiempo para realizar la rotación o la traslación. Cuatro sensores solares detectaban la orientación. Para un control de actitud preciso, la alimentación de la antena de banda S se montó ligeramente fuera del eje. Esta alimentación descentrada combinada con la rotación de la nave espacial introdujo una oscilación aparente en una señal de radio transmitida desde la Tierra cuando se recibió a bordo de la nave espacial. La amplitud y la fase de esta oscilación eran proporcionales a la orientación del eje de rotación en relación con la dirección de la Tierra. Este método para determinar la orientación relativa se llama escaneo cónico y fue utilizado por los primeros radares para el seguimiento automático de objetivos y también fue muy común en los primeros misiles guiados por infrarrojos.
La nave espacial utilizó la banda S para los comandos de enlace ascendente y la telemetría de enlace descendente, a través de transceptores redundantes duales de 5 vatios. La nave espacial utilizó la banda X para el retorno científico (sólo enlace descendente), utilizando dos TWTA de 20 vatios hasta la falla del último TWTA restante en enero de 2008. Ambas bandas utilizaron la antena parabólica con alimentadores de foco principal, a diferencia de los alimentadores Cassegrain de la mayoría de las otras antenas parabólicas de naves espaciales.
Dos grabadoras de cinta, cada una con una capacidad de aproximadamente 45 megabits, almacenaron datos científicos entre las sesiones de comunicaciones nominales de ocho horas durante las fases principal y extendida de la misión.
La sonda fue diseñada para soportar tanto el calor del Sistema Solar interior como el frío de la distancia de Júpiter. Una amplia capa de protección y calentadores eléctricos protegieron a la sonda de las bajas temperaturas del Sistema Solar exterior.
En varios de los instrumentos científicos se utilizan varios sistemas informáticos (CPU/microprocesadores/unidades de procesamiento de datos), incluidos varios microprocesadores RCA CDP1802 resistentes a la radiación . El uso documentado del 1802 incluye 1802 redundantes dobles en el COSPIN y al menos un 1802 en cada uno de los instrumentos GRB, HI-SCALE, SWICS, SWOOPS y URAP, con otros posibles microprocesadores incorporados en otros lugares. [7]
La masa total en el lanzamiento fue de 371 kg (818 lb), de los cuales 33,5 kg eran propulsor de hidracina utilizado para el control de actitud y la corrección de la órbita.
Los doce instrumentos diferentes procedían de la ESA y la NASA. El primer diseño se basó en dos sondas, una de la NASA y otra de la ESA, pero la sonda de la NASA fue desfinanciada y al final los instrumentos de la sonda cancelada se montaron en el Ulysses . [8]
Hasta el lanzamiento de Ulises , el Sol sólo se había observado desde latitudes solares bajas. La órbita de la Tierra define el plano eclíptico , que difiere del plano ecuatorial del Sol en tan sólo 7,25°. Incluso las naves espaciales que orbitan directamente alrededor del Sol lo hacen en planos cercanos a la eclíptica, ya que un lanzamiento directo a una órbita solar de alta inclinación requeriría un vehículo de lanzamiento prohibitivamente grande.
Varias naves espaciales ( Mariner 10 , Pioneer 11 y Voyager 1 y 2 ) habían realizado maniobras de asistencia gravitatoria en la década de 1970. Esas maniobras tenían como objetivo alcanzar otros planetas que también orbitaban cerca de la eclíptica, por lo que en su mayoría eran cambios en el plano. Sin embargo, las asistencias gravitatorias no se limitan a las maniobras en el plano; un sobrevuelo adecuado de Júpiter podría producir un cambio de plano significativo. Por ello, se propuso una misión fuera de la eclíptica (OOE). Véase el artículo Pioneer H.
En un principio, la NASA y la ESA iban a construir dos naves espaciales para la Misión Polar Solar Internacional. Una volaría sobre Júpiter y luego bajo el Sol. La otra volaría bajo Júpiter y luego sobre el Sol. Esto proporcionaría cobertura simultánea. Debido a los recortes, la nave espacial estadounidense se canceló en 1981. Se diseñó una nave espacial y el proyecto se rebautizó como Ulises, debido a la trayectoria de vuelo indirecta y no probada. La NASA proporcionaría el generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) y los servicios de lanzamiento, la ESA construiría la nave espacial asignada a Astrium GmbH, Friedrichshafen , Alemania (anteriormente Dornier Systems). Los instrumentos se dividirían en equipos de universidades e institutos de investigación de Europa y Estados Unidos. Este proceso proporcionó los 12 instrumentos a bordo.
Los cambios retrasaron el lanzamiento de febrero de 1983 a mayo de 1986, cuando iba a ser desplegado por el transbordador espacial Challenger (impulsado por la etapa superior propuesta , Centaur G Prime ). Sin embargo, el desastre del Challenger obligó a una suspensión de dos años y medio de la flota de transbordadores, obligó a cancelar la etapa superior Centaur-G y retrasó la fecha de lanzamiento a octubre de 1990. [15]
El Ulysses fue desplegado en órbita terrestre baja desde el transbordador espacial Discovery . Desde allí, fue propulsado en una trayectoria a Júpiter por una combinación de motores de cohetes sólidos. [16] Esta etapa superior consistía en un IUS (Inertial Upper Stage) de dos etapas de Boeing , más un PAM-S ( Payload Assist Module -Special) de McDonnell Douglas . El IUS fue estabilizado inercialmente y guiado activamente durante su combustión. El PAM-S no estaba guiado y él y el Ulysses fueron girados hasta 80 rpm para estabilidad al comienzo de su combustión. Al quemarse el PAM-S, el motor y la pila de la nave espacial fueron des-giradizos (pesos desplegados al final de los cables) a menos de 8 rpm antes de la separación de la nave espacial. Al salir de la Tierra, la nave espacial se convirtió en la nave espacial acelerada artificialmente más rápida de la historia, y mantuvo ese título hasta que se lanzó la sonda New Horizons .
En su camino hacia Júpiter, la nave espacial se encontraba en una órbita elíptica no de transferencia de Hohmann . En ese momento, Ulysses tenía una inclinación orbital baja respecto de la eclíptica.
Llegó a Júpiter el 8 de febrero de 1992 para realizar una maniobra de aproximación que aumentó su inclinación respecto de la eclíptica en 80,2°. La gravedad del planeta gigante desvió la trayectoria de vuelo de la nave espacial hacia el sur y lejos del plano de la eclíptica. Esto la colocó en una órbita final alrededor del Sol que la llevaría más allá de los polos norte y sur del Sol. El tamaño y la forma de la órbita se ajustaron en un grado mucho menor, de modo que el afelio se mantuvo aproximadamente a 5 UA, la distancia de Júpiter al Sol, y el perihelio fue algo mayor que 1 UA, la distancia de la Tierra al Sol. El período orbital es de aproximadamente seis años.
Entre 1994 y 1995 exploró las regiones polares sur y norte del Sol, respectivamente.
El 1 de mayo de 1996, la nave espacial cruzó inesperadamente la cola de iones del cometa Hyakutake (C/1996 B2), revelando que la cola tenía al menos 3,8 UA de longitud. [17] [18]
En 2004, [19] se produjo un nuevo encuentro con la cola de un cometa cuando Ulysses atravesó los restos iónicos de C/1999 T1 (McNaught-Hartley) . Una eyección de masa coronal llevó el material cometario a Ulysses . [18] [20]
Ulises se acercó al afelio en 2003/2004 y realizó más observaciones distantes de Júpiter. [21]
En 2007, Ulises pasó por la cola del cometa C/2006 P1 (McNaught). Los resultados fueron sorprendentemente diferentes a los de su paso por la cola de Hyakutake, ya que la velocidad del viento solar medida descendió de aproximadamente 700 kilómetros por segundo (1.566.000 mph) a menos de 400 kilómetros por segundo (895.000 mph). [22]
El Comité del Programa Científico de la ESA aprobó la cuarta prórroga de la misión Ulysses hasta marzo de 2004 [23] , lo que le permitió operar sobre los polos solares por tercera vez en 2007 y 2008. Después de que quedó claro que la potencia de salida del RTG de la nave espacial sería insuficiente para operar los instrumentos científicos y evitar que el combustible de control de actitud , la hidracina , se congelara, se inició el uso compartido de la energía de los instrumentos. Hasta entonces, los instrumentos más importantes se habían mantenido en línea constantemente, mientras que otros se desactivaban. Cuando la sonda se acercaba al Sol, se apagaban sus calentadores, que consumían mucha energía, y se encendían todos los instrumentos. [24]
El 22 de febrero de 2008, 17 años y 4 meses después del lanzamiento de la nave espacial, la ESA y la NASA anunciaron que las operaciones de la misión Ulysses probablemente cesarían en unos pocos meses. [25] [26] El 12 de abril de 2008, la NASA anunció que la fecha de finalización sería el 1 de julio de 2008. [27]
La nave espacial funcionó con éxito durante más de cuatro veces su vida útil prevista . Un componente de la última cadena de trabajo restante del subsistema de enlace descendente de banda X falló el 15 de enero de 2008. La otra cadena del subsistema de banda X había fallado previamente en 2003. [28]
El enlace descendente a la Tierra se reanudó en la banda S , pero el ancho de haz de la antena de alta ganancia en la banda S no era tan estrecho como en la banda X, de modo que la señal descendente recibida era mucho más débil, lo que reducía la velocidad de datos alcanzable . A medida que la nave espacial viajaba en su trayectoria de salida a la órbita de Júpiter, la señal descendente eventualmente habría caído por debajo de la capacidad de recepción incluso de las antenas más grandes (70 metros - 229,7 pies - de diámetro) de la Red de Espacio Profundo .
Incluso antes de que se perdiera la señal de enlace descendente debido a la distancia, se consideró que era probable que el combustible de control de actitud de hidracina a bordo de la nave espacial se congelara , ya que los generadores térmicos de radioisótopos (RTG) no generaban suficiente energía para que los calentadores superaran la pérdida de calor radiativo hacia el espacio. Una vez que la hidracina se congelara, la nave espacial ya no podría maniobrar para mantener su antena de alta ganancia apuntando hacia la Tierra, y la señal de enlace descendente se perdería en cuestión de días. La falla del subsistema de comunicaciones de banda X aceleró esto, porque la parte más fría de la tubería de combustible se enrutaba sobre los amplificadores de tubo de onda viajera de banda X , porque generaban suficiente calor durante el funcionamiento para mantener caliente la tubería de propulsor.
La fecha de finalización de la misión, anunciada previamente para el 1 de julio de 2008, llegó y pasó, pero las operaciones de la misión continuaron, aunque con una capacidad reducida. La disponibilidad de la recopilación de datos científicos se limitó a cuando Ulysses estaba en contacto con una estación terrestre debido a que el margen de enlace descendente de banda S, que se estaba deteriorando, ya no podía soportar datos simultáneos en tiempo real y la reproducción de la grabadora. [29] Cuando la nave espacial perdió contacto con una estación terrestre, se apagó el transmisor de banda S y se desvió la energía a los calentadores internos para aumentar el calentamiento de la hidracina. El 30 de junio de 2009, los controladores de tierra enviaron comandos para cambiar a las antenas de baja ganancia. Esto detuvo las comunicaciones con la nave espacial, en combinación con comandos anteriores para apagar su transmisor por completo. [3] [30]
Durante las fases de crucero, Ulysses proporcionó datos únicos. Como la única nave espacial fuera de la eclíptica con un instrumento de rayos gamma , Ulysses fue una parte importante de la Red Interplanetaria (IPN). La IPN detecta estallidos de rayos gamma (GRB); como los rayos gamma no se pueden enfocar con espejos, fue muy difícil localizar GRB con suficiente precisión para estudiarlos más a fondo. En cambio, varias naves espaciales pueden localizar el estallido mediante multilateración . Cada nave espacial tiene un detector de rayos gamma, con lecturas anotadas en diminutas fracciones de segundo. Al comparar los tiempos de llegada de las lluvias de rayos gamma con las separaciones de la nave espacial, se puede determinar una ubicación, para el seguimiento con otros telescopios. Debido a que los rayos gamma viajan a la velocidad de la luz, se necesitan amplias separaciones. Por lo general, una determinación se produjo al comparar: una de varias naves espaciales que orbitan la Tierra, una sonda del sistema solar interior (a Marte , Venus o un asteroide ) y Ulysses . Cuando Ulises cruzó la eclíptica dos veces por órbita, muchas determinaciones de GRB perdieron precisión.
Descubrimientos adicionales: [31] [1]
Lo más probable es que Ulises continúe en órbita heliocéntrica alrededor del Sol indefinidamente. Sin embargo, existe la posibilidad de que en uno de sus reencuentros con Júpiter un paso cercano a una de las lunas jovianas sea suficiente para alterar su rumbo y así la sonda entre en una trayectoria hiperbólica alrededor del Sol y abandone el Sistema Solar . [32]
El Instituto Herzberg de Astrofísica (HIA) del Consejo Nacional de Investigación de Canadá proporcionó instrumentación y equipo de prueba para el instrumento COSPIN (Investigación de rayos cósmicos y partículas solares) en la nave espacial
Ulysses
. El instrumento COSPIN consta de cinco sensores que miden nucleones y electrones energéticos en un amplio rango de energías. Esta fue la primera participación de Canadá en una misión interplanetaria en el espacio profundo.
"El infierno del impulso de Ulises de explorar un mundo deshabitado detrás del Sol.
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