La Mariner 1 , construida para realizar el primer sobrevuelo planetario estadounidense de Venus , fue la primera nave espacial del programa interplanetario Mariner de la NASA . Desarrollada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL , por sus siglas en inglés) y originalmente planeada para ser una sonda construida especialmente para ese fin y lanzada en el verano de 1962, el diseño de la Mariner 1 se modificó cuando el Centaur no estuvo disponible en esa fecha temprana. La Mariner 1 (y su nave espacial hermana, la Mariner 2 ) fueron adaptadas de la nave espacial lunar más ligera Ranger . La Mariner 1 llevaba un conjunto de experimentos para determinar la temperatura de Venus, así como para medir los campos magnéticos y las partículas cargadas cerca del planeta y en el espacio interplanetario .
El Mariner 1 fue lanzado por un cohete Atlas-Agena desde la plataforma 12 de Cabo Cañaveral el 22 de julio de 1962. Poco después del despegue , errores en la comunicación entre el cohete y sus sistemas de guía terrestres hicieron que el cohete se desviara de su curso y tuvo que ser destruido por el personal de seguridad de la plataforma . Los errores se atribuyeron a un error en una especificación de las ecuaciones de guía escritas a mano que luego se codificaron en el programa informático.
Con la llegada de la Guerra Fría , las dos superpotencias de entonces , Estados Unidos y la Unión Soviética , iniciaron ambiciosos programas espaciales con la intención de demostrar dominio militar, tecnológico y político. [1] Los soviéticos lanzaron el Sputnik 1 , el primer satélite en órbita terrestre, el 4 de octubre de 1957. Los estadounidenses siguieron su ejemplo con el Explorer 1 el 1 de febrero de 1958, momento en el que los soviéticos ya habían lanzado el primer animal en órbita, Laika en el Sputnik 2. Una vez alcanzada la órbita de la Tierra, el enfoque se centró en ser los primeros en llegar a la Luna. El programa de satélites Pioneer consistió en tres intentos lunares fallidos en 1958. A principios de 1959, el Luna 1 soviético fue la primera sonda en volar por la Luna, seguida por el Luna 2 , el primer objeto artificial en impactar la Luna. [2]
Una vez lograda la Luna, las superpotencias dirigieron sus ojos a los planetas. Como el planeta más cercano a la Tierra, Venus presentaba un atractivo objetivo de vuelo espacial interplanetario. [3] : 172 Cada 19 meses, Venus y la Tierra alcanzan posiciones relativas en sus órbitas alrededor del Sol tales que se requiere un mínimo de combustible para viajar de un planeta al otro a través de una Órbita de Transferencia de Hohmann . Estas oportunidades marcan el mejor momento para lanzar naves espaciales exploratorias, ya que requieren la menor cantidad de combustible para realizar el viaje. [4]
La primera oportunidad de este tipo de la carrera espacial se produjo a finales de 1957, antes de que ninguna de las dos superpotencias tuviera la tecnología para aprovecharla. La segunda oportunidad, alrededor de junio de 1959, se encontraba justo al borde de la viabilidad tecnológica, y el contratista de la Fuerza Aérea de los EE. UU. , Space Technology Laboratory (STL), tenía la intención de aprovecharla. Un plan redactado en enero de 1959 involucraba dos naves espaciales evolucionadas a partir de las primeras sondas Pioneer, una que se lanzaría mediante el cohete Thor-Able y la otra mediante el aún no probado Atlas-Able . [5] STL no pudo completar las sondas antes de junio, [6] y se perdió la ventana de lanzamiento . La sonda Thor-Able fue reutilizada como el explorador del espacio profundo Pioneer 5 , que se lanzó el 11 de marzo de 1960 y fue diseñado para mantener comunicaciones con la Tierra hasta una distancia de 20 000 000 millas (32 000 000 km) mientras viajaba hacia la órbita de Venus. [7] (El concepto de la sonda Atlas Able fue reutilizado como las fallidas sondas lunares Pioneer Atlas .) [8] No se enviaron misiones estadounidenses durante la oportunidad de principios de 1961. La Unión Soviética lanzó Venera 1 el 12 de febrero de 1961, y el 19 y 20 de mayo se convirtió en la primera sonda en volar sobre Venus; sin embargo, había dejado de transmitir el 26 de febrero . [9]
Para la oportunidad de lanzamiento del verano de 1962, la NASA contrató al Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) en julio de 1960 [3] : 172 para desarrollar el "Mariner A", una nave espacial de 1250 lb (570 kg) que se lanzaría utilizando el Atlas-Centaur aún no desarrollado . Para agosto de 1961, había quedado claro que el Centaur no estaría listo a tiempo. El JPL propuso a la NASA que la misión podría llevarse a cabo con una nave espacial más ligera utilizando el Atlas-Agena menos potente pero operativo . Se sugirió un híbrido del Mariner A y el explorador lunar Block 1 Ranger del JPL , ya en desarrollo. La NASA aceptó la propuesta y el JPL comenzó un programa de choque de 11 meses para desarrollar el "Mariner R" (llamado así porque era un derivado del Ranger). El Mariner 1 fue el primer Mariner R en ser lanzado. [10]
Se construyeron tres naves espaciales Mariner R: dos para el lanzamiento y una para realizar pruebas, que también se usaría como repuesto. [3] : 174 Además de sus capacidades científicas, Mariner también tuvo que transmitir datos a la Tierra desde una distancia de más de 26.000.000 de millas (42.000.000 km), y sobrevivir a una radiación solar dos veces más intensa que la encontrada en la órbita terrestre. [3] : 176
Las tres naves espaciales Mariner R, incluida la Mariner 1, pesaban 1,4 kg menos que el peso de diseño de 203 kg, de los cuales 184 kg se destinaron a sistemas no experimentales: sistemas de maniobra, combustible y equipos de comunicaciones para recibir órdenes y transmitir datos. Una vez desplegada por completo en el espacio, con sus dos "alas" de paneles solares extendidas, la Mariner R medía 3,7 m de altura y 5,0 m de ancho. El cuerpo principal de la nave era hexagonal y tenía seis cajas separadas de equipos electrónicos y electromecánicos:
En la parte trasera de la nave espacial se montó un motor cohete monopropelente ( hidrazina anhidra ) de 225 N [11] para corregir el rumbo. Un sistema estabilizador alimentado con gas nitrógeno de diez toberas de chorro controladas por los giroscopios de a bordo, los sensores solares y los sensores terrestres, mantuvo al Mariner correctamente orientado para recibir y transmitir datos a la Tierra. [3] : 175
La antena parabólica primaria de alta ganancia también estaba montada en la parte inferior del Mariner y se mantenía apuntando hacia la Tierra. Una antena omnidireccional en la parte superior de la nave espacial transmitiría en ocasiones que la nave espacial estaba girando o dando tumbos fuera de su orientación adecuada, para mantener el contacto con la Tierra; como una antena no enfocada, su señal sería mucho más débil que la primaria. El Mariner también montó pequeñas antenas en cada una de las alas para recibir comandos de las estaciones terrestres. [3] : 175–176
El control de temperatura era pasivo, con componentes aislantes y altamente reflectantes, y activo, con rejillas para proteger la carcasa que contenía la computadora de a bordo. En el momento en que se construyeron los primeros Mariners, no existía una cámara de prueba para simular el entorno solar cercano a Venus, por lo que la eficacia de estas técnicas de enfriamiento no pudo probarse hasta la misión en vivo. [3] : 176
En el momento de la creación del proyecto Mariner, pocas de las características de Venus se conocían con certeza. Su atmósfera opaca impedía el estudio telescópico del suelo. Se desconocía si había agua debajo de las nubes, aunque se había detectado una pequeña cantidad de vapor de agua sobre ellas. La velocidad de rotación del planeta era incierta, aunque los científicos del JPL habían llegado a la conclusión, mediante observaciones por radar, de que Venus giraba muy lentamente en comparación con la Tierra, lo que hacía avanzar la hipótesis, de larga data [12] (pero finalmente refutada) [13] , de que el planeta estaba bloqueado por mareas con respecto al Sol (como lo está la Luna con respecto a la Tierra). [14] No se había detectado oxígeno en la atmósfera de Venus, lo que sugería que no había vida tal como existía en la Tierra. Se había determinado que la atmósfera de Venus contenía al menos 500 veces más dióxido de carbono que la de la Tierra. Estos niveles comparativamente altos sugerían que el planeta podría estar sujeto a un efecto invernadero descontrolado con temperaturas superficiales de hasta 600 K (327 °C; 620 °F), pero esto aún no se había determinado de manera concluyente. [10] : 7–8
La nave espacial Mariner podría verificar esta hipótesis midiendo de cerca la temperatura de Venus; [15] al mismo tiempo, la nave espacial podría determinar si había una disparidad significativa entre las temperaturas diurnas y nocturnas. [10] : 331 Un magnetómetro a bordo y un conjunto de detectores de partículas cargadas podrían determinar si Venus poseía un campo magnético apreciable y un análogo a los cinturones de Van Allen de la Tierra . [15]
Como la sonda Mariner pasaría la mayor parte de su viaje a Venus en el espacio interplanetario, la misión también ofrecía una oportunidad para la medición a largo plazo del viento solar de partículas cargadas y para mapear las variaciones en la magnetosfera del Sol. También podría explorarse la concentración de polvo cósmico más allá de las proximidades de la Tierra. [3] : 176
Los experimentos para la medición de Venus y el espacio interplanetario incluyeron:
Ninguna de las naves espaciales Mariner R incluía una cámara para tomar fotografías visuales. Como el espacio de carga era escaso, los científicos del proyecto consideraban que una cámara era un lujo innecesario, incapaz de proporcionar resultados científicos útiles. Carl Sagan , uno de los científicos de la Mariner R, luchó sin éxito por su inclusión, señalando que no solo podría haber roturas en la capa de nubes de Venus, sino que "las cámaras también podrían responder a preguntas que éramos demasiado tontos para siquiera plantear". [16]
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La ventana de lanzamiento de la Mariner, limitada tanto por la relación orbital de la Tierra y Venus como por las limitaciones del Atlas Agena, se determinó que cayera en el período de 51 días entre el 22 de julio y el 10 de septiembre. [3] : 174 El plan de vuelo de la Mariner era tal que las dos naves espaciales operativas se lanzarían hacia Venus en un período de 30 días dentro de esta ventana, tomando caminos ligeramente diferentes de modo que ambas llegaran al planeta objetivo con nueve días de diferencia, entre el 8 y el 16 de diciembre. [17] Solo el Complejo de Lanzamiento 12 de Cabo Cañaveral estaba disponible para el lanzamiento de cohetes Atlas-Agena, y tomó 24 días preparar un Atlas-Agena para el lanzamiento. Esto significaba que solo había un margen de error de 27 días para un cronograma de dos lanzamientos. [3] : 174
Cada Mariner sería lanzado a una órbita de estacionamiento , tras lo cual el Agena reiniciable se dispararía una segunda vez, enviando al Mariner en su camino a Venus (los errores en la trayectoria se corregirían mediante un encendido a mitad de camino de los motores a bordo del Mariner). [10] : 66–67 Seguimiento por radar en tiempo real de la nave espacial Mariner mientras estaba en órbita de estacionamiento y tras su partida El Atlantic Missile Range proporcionaría seguimiento por radar en tiempo real con estaciones en Ascension y Pretoria , mientras que el Observatorio Palomar proporcionaría seguimiento óptico. El apoyo al espacio profundo fue proporcionado por tres estaciones de seguimiento y comunicaciones en Goldstone, California , Woomera, Australia y Johannesburgo, Sudáfrica , cada una separada en el globo por alrededor de 120° para una cobertura continua. [10] : 231–233
El lanzamiento del Mariner 1 estaba previsto para la madrugada del 21 de julio de 1962. Varias demoras causadas por problemas en el sistema de mando de seguridad del campo de tiro retrasaron el inicio de la cuenta atrás hasta las 23:33 EST de la noche anterior. A las 2:20, apenas 79 minutos antes del lanzamiento, un fusible fundido en los circuitos de seguridad del campo de tiro provocó la cancelación del lanzamiento. La cuenta atrás se reinició esa noche y prosiguió, con varias pausas, planificadas y no planificadas, desde las 23:08 hasta la madrugada del día siguiente.
A las 9:21:23 am del 22 de julio de 1962, el Atlas-Agena del Mariner 1 despegó del LC-12. El lanzamiento se desarrolló según lo planeado hasta la separación del cohete propulsor. Durante la fase de sustentación, el sistema de guía comenzó a emitir señales de dirección incorrectas, lo que provocó que el Atlas patinara de izquierda a derecha. Su trayectoria de vuelo comenzó a apuntar hacia abajo y a la izquierda de donde se suponía que debía estar, creando el peligro de que pudiera impactar en las concurridas rutas marítimas del Atlántico. A las 9:26:16 am, solo seis segundos antes de que la segunda etapa del Agena se separara del Atlas, momento en el que la destrucción del cohete ya no era posible, un oficial de seguridad de campo ordenó al cohete que se autodestruyera, lo que hizo: el sistema de terminación de vuelo del Atlas también estaba diseñado para destruir el Agena si se activaba, pero el Agena no tenía un sistema de terminación de vuelo propio y no podía destruirse después de la SECO del Atlas. Se recibieron señales de telemetría de la sonda durante otro minuto y medio. El director del programa Mariner, Jack James, creía que la destrucción del cohete era innecesaria y que no habría aterrizado en ningún otro lugar que no fuera el medio del océano. [10] : 87
Debido a que la desviación de su curso fue gradual en lugar de abrupta, los ingenieros del JPL sospecharon que el fallo se encontraba en las ecuaciones de vuelo cargadas en la computadora que guió a Atlas-Agena desde el suelo durante su ascenso. [17] Después de cinco días de análisis posterior al vuelo, los ingenieros del JPL determinaron qué había causado el mal funcionamiento del Mariner 1: un error en la lógica de la computadora de guía combinado con una falla de hardware. [18]
El ordenador de guía Burroughs utilizaba los datos que le transmitía la baliza de velocidad del Atlas y utilizaba esta información para emitir órdenes de dirección. Se suponía que el programa de guía debía contener un guión que indicaba al ordenador que ignorara los datos procedentes de la baliza de velocidad del Atlas si fallaba en vuelo para evitar que se enviaran órdenes incorrectas, pero se había omitido accidentalmente del programa, que un técnico de Cabo Cañaveral introdujo en el ordenador tal como estaba sin darse cuenta de que el programa que le habían enviado tenía un error. [18] [19]
Durante su ascenso, el cohete propulsor del Mariner 1 perdió brevemente el enlace de guía con el suelo. Como esto era algo bastante habitual, el Atlas-Agena fue diseñado para continuar en un curso preprogramado hasta que se reanudara el enlace de guía con el suelo. [20] Sin embargo, cuando se restableció el enlace, la lógica de guía defectuosa hizo que el programa informara erróneamente que la "velocidad fluctuaba de manera errática e impredecible", lo que el programa intentó corregir, lo que provocó un comportamiento errático real, lo que llevó al oficial de seguridad de rango a destruir el cohete. [18]
La lógica incorrecta ya se había utilizado con éxito en lanzamientos del Ranger, pero la baliza de velocidad no había funcionado mal en esos lanzamientos, por lo que el problema no se manifestó en ese caso. El sistema de guía Mod III-G utilizado en el vehículo Atlas-Agena fue una fuente persistente de problemas y funcionó mal en muchos lanzamientos desde que Atlas-Agena comenzó a volar en 1960. Era una adaptación del sistema de guía Mod III utilizado en los misiles Atlas B, C y D, que tenían la electrónica original de tubo de vacío convertida a transistores, pero la modificación se había hecho apresuradamente y no era confiable. Después de repetidos fallos de guía del Atlas-Agena, el Mod III-G fue rediseñado durante 1963 para acomodar adecuadamente la electrónica de transistores. [18]
Los efectos catastróficos de un pequeño error "resumieron todo el problema de la confiabilidad del software" y contribuyeron al desarrollo de la disciplina de la ingeniería de software . [18]
Los relatos populares posteriores del accidente a menudo se referían al carácter erróneo como un "guión" (que describía el componente faltante del símbolo) en lugar de una "barra R"; esta caracterización incorrecta fue alimentada por la descripción de Arthur C. Clarke del mal funcionamiento como "el guión más caro de la historia". [19]
La pérdida de la primera nave espacial interplanetaria de Estados Unidos representó un revés de 18,5 millones de dólares (186 millones de dólares en dólares actuales) para la NASA. [21] El incidente subrayó la importancia de una depuración exhaustiva del software antes del lanzamiento, así como la necesidad de diseñar programas de manera que los errores menores no pudieran causar fallas catastróficas. Los procedimientos implementados como resultado fueron útiles para la NASA, y finalmente salvaron los alunizajes del Proyecto Apolo ; aunque hubo errores de programa en el software del Módulo de Excursión Lunar durante el descenso, no causaron el fracaso de la misión. [22]
Como el error lógico se descubrió rápidamente, [23] no fue necesario ningún retraso indebido. El Mariner 2 idéntico ya estaba a mano y un segundo lanzamiento desde la misma plataforma fue posible antes de finales de agosto. [24] El 27 de agosto de 1962, la nave espacial hermana del Mariner 1 fue lanzada con éxito, convirtiéndose el 14 de diciembre de 1962 en la primera nave espacial en enviar datos desde las inmediaciones de Venus. [3] : 171, 177
