Galileo fue una sonda espacial robótica estadounidenseque estudió el planeta Júpiter y sus lunas , así como los asteroides Gaspra e Ida . Lleva el nombre del astrónomo italiano Galileo Galilei y constaba de un orbitador y una sonda de entrada. Fue puesto 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 con 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 . El 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 . En el lanzamiento, el orbitador y la sonda juntos tenían una masa de 2.562 kg (5.648 lb) y medían 6,15 m (20,2 pies) de altura.
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 recogían datos desde 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 masa que 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 del Sistema Solar Exterior consideró los requisitos para los orbitadores y sondas atmosféricas de Júpiter. Señaló que la tecnología para construir un escudo térmico para una sonda atmosférica aún no existía, y que las instalaciones para probar una en las condiciones encontradas en Júpiter no estarían disponibles hasta 1980. [7] La dirección de la NASA designó el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) como centro líder del proyecto Jupiter Orbiter Probe (JOP). [8] La JOP sería la quinta nave espacial en visitar Júpiter, pero la primera en orbitarlo, y la sonda sería la primera en entrar en 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. Pioneer se estabilizó haciendo girar la nave espacial a 60 rpm , lo que daba una vista de 360 grados de los alrededores y no requería un sistema de control de actitud. Por el contrario, Mariner tenía un sistema de control de actitud con tres giroscopios y dos juegos de seis propulsores de chorro de nitrógeno . La actitud se determinó con referencia al Sol y Canopus , que fueron monitoreados 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. Un Mariner pesaba 722 kilogramos (1592 libras), en comparación con sólo 146 kilogramos (322 libras) de un 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 la mayoría de los votos fueron para "Galileo" después de 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 alrededor de Júpiter fue una prueba importante del modelo copernicano del sistema solar. También se señaló que el nombre era el de una nave espacial del programa de televisión Star Trek . El nuevo nombre fue adoptado en febrero de 1978. [12]
El Jet Propulsion Laboratory construyó la nave espacial Galileo y gestionó la misión Galileo para la NASA. El 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 2.562 kg (5.648 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 recogían 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 software que contenía 650.000 líneas de código en el proceso de diseño de la secuencia orbital; 1.615.000 líneas en la interpretación de telemetría; y 550.000 líneas de código en navegación. [2] Todos los componentes y piezas de repuesto de la nave espacial recibieron 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 realizar 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 hasta el Centro Espacial Kennedy en Florida . [14] [15] Debido al desastre del transbordador espacial Challenger , no se pudo cumplir con la fecha de lanzamiento de mayo. [16] La misión fue reprogramada 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 del público debido al plutonio en los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) y la fuente de calor de uso general (GPHS) de Galileo. ) módulos, solicitó una orden judicial que prohibiera el lanzamiento de Galileo . [18] Los RTG eran necesarios para las sondas del espacio profundo porque tenían que volar a distancias del Sol que hacían poco práctico el uso de la energía solar. [19]
El lanzamiento se retrasó dos veces más: por un controlador del motor principal defectuoso que obligó a posponerlo hasta el 17 de octubre, y luego por las inclemencias del tiempo, que requirieron un aplazamiento hasta el día siguiente, [20] pero esto no fue una preocupación ya que la ventana de lanzamiento se extendió. hasta el 21 de noviembre. [21] La Atlántida finalmente despegó a las 16:53:40 UTC del 18 de octubre y entró en una órbita de 343 kilómetros (213 millas). [20] Galileo se desplegó con éxito a las 00:15 UTC del 19 de octubre. [16] Después del incendio del IUS, la nave espacial Galileo adoptó su configuración para vuelo en solitario y se separó del IUS a las 01:06:53 UTC del 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] La Atlántida regresó a la Tierra sana y salva 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 del 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 sincronización (TC), bucles bloqueados 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 CPU con microprocesador COSMAC RCA 1802 : cuatro en el lado girado y dos en el lado despunteado. Cada CPU tenía una frecuencia de aproximadamente 1,6 MHz y estaba fabricada en zafiro ( silicio sobre zafiro ), que es un material endurecido contra la radiación y la estática, ideal para la operación de naves espaciales. Este microprocesador de 8 bits fue el primer chip procesador CMOS de bajo consumo , similar al 6502 que se estaba integrando en la computadora de escritorio Apple II en ese momento. [27]
El Sistema de Control de Actitud y Articulación Galileo (AACSE) estaba controlado por dos Computadoras Aerotransportadas de Tecnología Avanzada (ATAC) Itek , construidas con 2901 endurecidos por radiación . El AACSE podría reprogramarse en vuelo enviando el nuevo programa a través del Subsistema de Comando y Datos. [28] El software del sistema de control de actitud fue 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 16 K de RAM , mientras que los DBUM proporcionaban cada uno 8 K de RAM. Había dos BUM y dos DBUM en el subsistema CDH y todos residían en el lado girado de la nave espacial. Los BUM y DBUM proporcionaban almacenamiento para secuencias y contenían varios buffers para datos de telemetría y comunicación interbus. Cada HLM y LLM se construyó alrededor de un único microprocesador 1802 y 32 K de RAM (para HLM) o 16 K 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 fue de 176 K de RAM: 144 K asignados al lado spun y 32 K al lado despun. [31] Cada HLM era responsable de las siguientes funciones:
Cada LLM era responsable de las siguientes funciones:
El subsistema de propulsión constaba de un motor principal de 400 N (90 lbf) y doce propulsores de 10 N (2,2 lbf), junto con tanques de propulsor, almacenamiento y presurización y tuberías asociadas. Los propulsores de 10 N se montaron en grupos de seis sobre dos brazos de 2 metros (6,6 pies). 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 presurizado. 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 al 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 limitaciones tecnológicas. La solución fueron dos generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) que impulsaron la nave espacial a través de la desintegración radiactiva del plutonio-238 . El calor emitido por esta desintegración se convirtió en electricidad mediante el 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 sobre una pluma 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 contenía cuatro bolitas de óxido de plutonio (IV) , un material cerámico resistente a la fractura. [32] El plutonio se enriqueció hasta aproximadamente un 83,5 por ciento de plutonio-238. [33] Los módulos fueron diseñados para sobrevivir a una variedad de posibles accidentes: explosión o incendio del vehículo de lanzamiento, reingreso a la atmósfera seguido de un impacto en tierra o agua y situaciones posteriores al impacto. Una cubierta exterior de grafito proporcionó protección contra los entornos estructurales, térmicos y de erosión de un posible reingreso a la atmósfera de la Tierra. Los componentes adicionales de grafito proporcionaron protección contra impactos, 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 producida inicialmente disminuyó 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 desplegó mientras estaba en el espacio, por lo que se utilizó la antena de baja ganancia, aunque a velocidades de transferencia de datos más lentas. [34]
En la sección giratoria de la nave se montaron instrumentos científicos para medir campos y partículas, junto con la antena principal , la fuente de alimentación, el módulo de propulsión y la mayoría de los ordenadores y la electrónica de control de Galileo . Los dieciséis instrumentos, que pesaban 118 kg (260 lb) en total, incluían sensores magnetómetros 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 Heavy Ion Counter, un experimento de ingeniería para evaluar los entornos de partículas cargadas potencialmente peligrosas por los que voló la nave espacial, y un detector ultravioleta extremo asociado con el espectrómetro UV en la plataforma de escaneo. [2]
Los instrumentos de la sección despun incluyeron el sistema de cámaras; el espectrómetro de mapeo en el infrarrojo cercano para generar imágenes multiespectrales para análisis químicos atmosféricos y de la superficie lunar; el espectrómetro ultravioleta para estudiar 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 entre 20 y 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 de 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 de dispositivo de carga acoplada (CCD) de 800 por 800 píxeles . La parte óptica de la cámara era un repuesto de vuelo modificado de la cámara de ángulo estrecho Voyager ; un telescopio Cassegrain . [35] El CCD tenía protección contra la radiación con una capa de tantalio de 10 mm (0,4 pulgadas) de espesor que rodeaba el CCD, excepto donde la luz ingresa al sistema. 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 del SSI osciló entre 400 y 1100 nm. El SSI pesaba 29,7 kg (65 lb) y consumía, en promedio, 15 vatios de potencia. [36] [37]
El instrumento NIMS era sensible a la luz infrarroja de longitud de onda de 0,7 a 5,2 micrómetros , superponiéndose al rango de longitud de onda del SSI. NIMS utilizó un telescopio reflector de apertura de 229 mm (9 pulgadas). El espectrómetro utilizó una rejilla para dispersar la luz recogida por el telescopio. El espectro de luz disperso se centró en detectores de indio , antimonuro y silicio . NIMS pesaba 18 kg (40 lb) y consumía 12 vatios de potencia en promedio. [38] [39]
El telescopio Cassegrain de la UVS tenía una apertura de 250 mm (9,8 pulgadas). Tanto el instrumento UVS como el EUV utilizaron una rejilla reglada para dispersar la luz para el análisis espectral. Luego, la luz pasó a través de una rendija de salida hacia tubos fotomultiplicadores que produjeron pulsos de electrones, que se contaron y los resultados se enviaron a la Tierra. El UVS se montó en la plataforma de escaneo de Galileo . El EUV se montó en la sección hilada. Mientras Galileo giraba, EUV observó una estrecha cinta de espacio perpendicular al eje de giro. Los dos instrumentos combinados pesaban alrededor de 9,7 kg (21 lb) y consumían 5,9 vatios de potencia. [40] [41]
El PPR tenía siete bandas de radiometría. Uno de ellos no utilizó filtros y observó toda la radiación entrante, tanto solar como térmica. Otra banda sólo dejaba pasar la radiación solar. La diferencia entre los canales solar más térmico y solo solar dio la radiación térmica total emitida. El PPR también midió en cinco canales de banda ancha que abarcaban el rango espectral de 17 a 110 micrómetros. El radiómetro proporcionó datos sobre las temperaturas de la atmósfera y los satélites de Júpiter. El diseño del instrumento se basó en el de un instrumento volado en la nave espacial Pioneer Venus . Un telescopio reflector de 100 mm (4 pulgadas) de apertura recogió la luz y la dirigió a una serie de filtros y, desde allí, los detectores del PPR realizaron mediciones. El PPR pesaba 5,0 kg (11,0 lb) y consumía alrededor de 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 podría medirse en el rango de 1 a 70 kilómetros por segundo (0,6 a 43,5 mi/s). El instrumento podría 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 consumía un promedio de 5,4 vatios de potencia. [44] [45]
El detector de partículas energéticas (EPD) fue diseñado para medir el número y la energía de iones y electrones cuyas energías excedían los 20 keV (3,2 fJ). El EPD también podría medir la dirección de viaje de dichas partículas y, en el caso de los iones, podría determinar su composición (si el ion es oxígeno o azufre , por ejemplo). El EPD utilizó detectores de estado sólido de silicio y un sistema 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 obtuvieron su energía y cómo fueron transportadas a través de la magnetosfera de Júpiter. El EPD pesaba 10,5 kg (23 lb) y consumía 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 detectó iones pesados utilizando pilas de obleas de silicio monocristalino. El HIC podría 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 tiempo de observación. El HIC pesaba 8,0 kg (17,6 lb) y consumía un promedio de 2,8 vatios de potencia. [48] [49]
El magnetómetro (MAG) utilizó dos conjuntos de tres sensores. Los tres sensores permitieron medir los tres componentes ortogonales de la sección del campo magnético . Un conjunto estaba ubicado al final 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 boom se utilizó para retirar el MAG de las inmediaciones de Galileo para minimizar los efectos magnéticos de la nave espacial. Sin embargo, no todos estos efectos podrían eliminarse distanciando 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 potencial de error en la medición provino de la flexión y torsión del largo brazo del magnetómetro. Para tener en cuenta estos movimientos, se montó rígidamente una bobina de calibración 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 fuerza de aproximadamente 50.000 nT . En Júpiter, el conjunto de sensores externos (11 m) podía medir intensidades de campos magnéticos 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 consumía 3,9 vatios de potencia. [50] [51]
El PLS utilizó siete campos de visión para recolectar partículas cargadas para análisis de energía y masa. Estos campos de visión cubrían la mayoría de los ángulos de 0 a 180 grados, desplegándose en abanico desde el eje de giro. La rotación de la nave espacial llevó 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 consumía 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 la bobina de búsqueda se montaron en la alimentación de la 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 consumía 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 . [56] [57] 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 a alta velocidad hacia la atmósfera joviana, ingresando a 48 kilómetros por segundo (110.000 mph). [58] Las temperaturas alcanzaron alrededor de 16.000 °C (29.000 °F). [59] La NASA construyó un laboratorio especial, el Giant Planet Facility, para simular la carga de calor, que era similar al calentamiento convectivo y radiativo experimentado por una ojiva de un misil balístico intercontinental al reingresar a la atmósfera. [60] [61]
La electrónica de la sonda estaba alimentada por 13 baterías de litio y dióxido de azufre 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] Proporcionaron 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 de combustible para escapar bien de la gravedad 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 directa de la posible vida en Europa, la luna de Júpiter. [68]
La sonda Galileo tenía la identificación COSPAR 1989-084E, mientras que el orbitador tenía la identificación 1989-084B. [69] Los nombres de la nave espacial incluyen Galileo Probe o Jupiter Entry Probe, abreviado JEP. [70] Los ID COSPAR relacionados de la misión Galileo fueron: [71]
DSI a través de la Universidad de Stuttgart
