Ulises ( / j uː ˈ l ɪ s iː z / yoo- LISS -eez , Reino Unido también / ˈ j uː 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 lanzado 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 empresa 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. [3] El último día de las operaciones de la misión en Ulysses fue el 30 de junio de 2009. [4] [5]
Para estudiar el Sol en todas las latitudes, la sonda necesitaba cambiar su inclinación orbital y abandonar el plano del Sistema Solar . Para cambiar la inclinación orbital de una nave espacial a aproximadamente 80° se 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 Ulises no podía funcionar con células solares. En cambio, la sonda funcionaba con un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG).
La nave espacial se llamó originalmente Odiseo , debido a su trayectoria larga e indirecta para estudiar los polos solares. Fue rebautizado como Ulises , la traducción latina de " Odiseo ", a petición de la ESA, en honor no sólo al héroe mitológico de Homero sino también al personaje de Dante en el Infierno . [6] El lanzamiento de Ulysses estaba originalmente programado para mayo de 1986 a bordo del transbordador espacial Challenger en la misión STS-61-F . Debido a la pérdida del Challenger el 28 de enero de 1986 , el lanzamiento del Ulysses 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 aproximadamente 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 montaba 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 ruidosa sección lindaba con el RTG; la sección silenciosa albergaba la electrónica del instrumento. Los componentes especialmente "ruidosos", como los preamplificadores del dipolo de radio, se montaron completamente fuera de la estructura y la caja actuó como una jaula de Faraday .
Ulises fue estabilizado por giro alrededor de su eje z, que coincide aproximadamente con el eje de la antena parabólica. El RTG, las antenas de látigo y el brazo del instrumento se colocaron para estabilizar este eje, con una velocidad de giro nominal de 5 rpm . Dentro del cuerpo había un tanque de combustible de hidracina . El monopropulsor de hidracina se utilizó para corregir el rumbo hacia Júpiter y luego se utilizó exclusivamente para reorientar el eje de giro (y, por tanto, la antena) hacia la Tierra. La nave espacial estaba controlada por ocho propulsores distribuidos en dos bloques. Los propulsores fueron pulsados en el dominio del tiempo para realizar rotación o traslación. Cuatro sensores solares detectaron orientación. Para un control preciso de la actitud, la alimentación de la antena de banda S se montó ligeramente fuera del eje. Esta alimentación compensada combinada con el giro de la nave espacial introdujo una aparente oscilación 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 giro con respecto a la dirección de la Tierra. Este método de determinar la orientación relativa se llama escaneo cónico y fue utilizado por los primeros radares para el seguimiento automatizado de objetivos y también era muy común en los primeros misiles guiados por infrarrojos.
La nave espacial utilizó banda S para comandos de enlace ascendente y telemetría de enlace descendente, a través de transceptores duales redundantes de 5 vatios. La nave espacial usó la banda X para el retorno científico (solo enlace descendente), usando TWTA duales de 20 vatios hasta la falla del último TWTA restante en enero de 2008. Ambas bandas usaron la antena parabólica con alimentaciones de enfoque principal, a diferencia de las alimentaciones Cassegrain de la mayoría de las otras. platos de naves espaciales.
Dos grabadoras, cada una de aproximadamente 45 megabits de capacidad, almacenaron datos científicos entre las sesiones de comunicaciones nominales de ocho horas durante las fases principal y extendida de la misión.
La nave espacial fue diseñada para resistir tanto el calor del Sistema Solar interior como el frío a la distancia de Júpiter. Una amplia manta y calentadores eléctricos protegieron la sonda contra las frías temperaturas del Sistema Solar exterior.
En varios de los instrumentos científicos se utilizan múltiples sistemas informáticos (CPU/microprocesadores/Unidades de procesamiento de datos), incluidos varios microprocesadores RCA CDP1802 endurecidos por radiación . El uso documentado de 1802 incluye 1802 de doble redundancia en 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 control de actitud y corrección de 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 Ulises . [8]
Hasta Ulises , el Sol sólo había sido observado desde latitudes solares bajas. La órbita de la Tierra define el plano de la eclíptica , que se diferencia del plano ecuatorial del Sol en sólo 7,25°. Incluso las naves espaciales que orbitan directamente alrededor del Sol lo hacen en planos cercanos a la eclíptica porque 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 Voyagers 1 y 2 ) habían realizado maniobras de asistencia gravitacional en la década de 1970. Esas maniobras debían alcanzar otros planetas que también orbitaban cerca de la eclíptica, por lo que en su mayoría eran cambios de plano. Sin embargo, las asistencias por gravedad no se limitan a maniobras en el avión; un sobrevuelo adecuado de Júpiter podría producir un cambio de plano significativo. De este modo se propuso una misión fuera de la eclíptica (OOE). Ver artículo Pioneer H.
En un principio, la NASA y la ESA iban a construir dos naves espaciales como misión solar polar internacional. Uno sería enviado sobre Júpiter y luego bajo el Sol. El otro volaría bajo Júpiter y luego sobre el Sol. Esto proporcionaría cobertura simultánea. Debido a los recortes, la nave espacial estadounidense fue cancelada en 1981. Se diseñó una nave espacial y el proyecto se reformuló como Ulysses, 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 (antes 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 desde febrero de 1983 hasta 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 la flota de transbordadores durante dos años y medio, ordenó la cancelación de la etapa superior Centaur-G y retrasó la fecha de lanzamiento hasta octubre de 1990. [15]
Ulysses fue desplegado en la órbita terrestre baja desde el transbordador espacial Discovery . Desde allí, fue impulsado en una trayectoria hacia Júpiter mediante una combinación de motores de cohetes sólidos. [16] Esta etapa superior constaba de un Boeing IUS (Inertial Upper Stage) de dos etapas , más un McDonnell Douglas PAM-S ( Payload Assist Module -Special). El SIU fue estabilizado inercialmente y guiado activamente durante su funcionamiento. El PAM-S no estaba guiado y tanto él como Ulysses fueron girados hasta 80 rpm para mayor estabilidad al comienzo de su combustión. Al quemarse el PAM-S, el motor y la pila de la nave espacial se descentraron (pesos desplegados en el extremo de los cables) a menos de 8 rpm antes de la separación de la nave espacial. Al abandonar la Tierra, la nave espacial se convirtió en la más rápida jamás acelerada artificialmente 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 de transferencia elíptica no Hohmann . En ese momento, Ulises tenía una baja inclinación orbital con respecto a la eclíptica.
Llegó a Júpiter el 8 de febrero de 1992 para realizar una maniobra de giro que aumentó su inclinación con respecto a la eclíptica en 80,2°. La gravedad del planeta gigante desvió la trayectoria de vuelo de la nave espacial hacia el sur y alejándola del plano de la eclíptica. Esto lo puso en una órbita final alrededor del Sol que lo 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 permaneció aproximadamente a 5 AU, la distancia de Júpiter al Sol, y el perihelio fue algo mayor que 1 AU, 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 AU de longitud. [17] [18]
En 2004 se produjo un nuevo encuentro con la cola de un cometa [19] , cuando Ulysses voló a través de los relaves iónicos de C/1999 T1 (McNaught-Hartley). Una eyección de masa coronal llevó el material del cometa hasta Ulises . [18] [20]
Ulises se acercó al afelio en 2003/2004 e hizo más observaciones distantes de Júpiter. [21]
En 2007, Ulises pasó por la cola del cometa C/2006 P1 (McNaught). Los resultados fueron sorprendentemente diferentes de su paso a través de la cola de Hyakutake, con la velocidad medida del viento solar cayendo 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 permitirá operar sobre los polos del Sol por tercera vez en 2007 y 2008. Después de que quedó claro que la potencia generada por el RTG de la nave espacial sería Insuficiente para operar instrumentos científicos y evitar que el combustible de control de actitud , la hidracina , se congele, se inició el intercambio de energía de los instrumentos. Hasta entonces, los instrumentos más importantes se mantenían constantemente en línea, mientras que otros permanecían desactivados. Cuando la sonda se acercó al Sol, sus calentadores, que consumían mucha energía, se apagaron y se encendieron 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 final será el 1 de julio de 2008. [27]
La nave espacial operó con éxito durante más de cuatro veces su vida útil . 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 anteriormente en 2003. [28]
El enlace descendente a la Tierra se reanudó en la banda S , pero el ancho del haz de la antena de alta ganancia en la banda S no era tan estrecho como en la banda X, por lo que la señal del enlace descendente recibida era mucho más débil, reduciendo así la velocidad de datos alcanzable . A medida que la nave espacial viajaba en su trayectoria de salida hacia la órbita de Júpiter, la señal de enlace 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 del Espacio Profundo .
Incluso antes de que la señal de enlace descendente se perdiera debido a la distancia, se consideraba 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 lograron generar suficiente energía para que los calentadores superaran la pérdida de calor radiativo en 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. El fallo del subsistema de comunicaciones de banda X aceleró esto, porque la parte más fría de las tuberías de combustible se encaminaba sobre los amplificadores de tubo de ondas viajeras de banda X , porque generaban suficiente calor durante el funcionamiento para mantener calientes las tuberías de propulsor.
La fecha de finalización de la misión previamente anunciada del 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 únicamente cuando Ulysses estaba en contacto con una estación terrestre debido al deterioro del margen del enlace descendente de la banda S que ya no podía soportar la reproducción simultánea de datos en tiempo real y de grabadoras. [29] Cuando la nave espacial estuvo fuera de contacto con una estación terrestre, el transmisor de banda S se apagó y la energía se desvió a los calentadores internos para aumentar el calentamiento de la hidracina. El 30 de junio de 2009, los controladores terrestres enviaron órdenes para cambiar a las antenas de baja ganancia. Esto detuvo las comunicaciones con la nave espacial, en combinación con comandos previos de apagar su transmisor por completo. [4] [30]
Durante las fases de crucero, Ulises aportó 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). El IPN detecta estallidos de rayos gamma (GRB); Dado que los rayos gamma no pueden enfocarse con espejos, fue muy difícil localizar los GRB con suficiente precisión para estudiarlos más a fondo. En cambio, varias naves espaciales pueden localizar la explosión mediante multilateración . Cada nave espacial tiene un detector de rayos gamma, cuyas lecturas se registran en pequeñas fracciones de segundo. Comparando los tiempos de llegada de las lluvias gamma con las separaciones de las naves espaciales se puede determinar una ubicación para su seguimiento con otros telescopios. Como los rayos gamma viajan a la velocidad de la luz, se necesitan separaciones amplias. Por lo general, una determinación surgió al comparar: una de varias naves espaciales que orbitan alrededor de la Tierra, una sonda del Sistema Solar interno (hacia Marte , Venus o un asteroide ) y Ulises . Cuando Ulises cruzó la eclíptica dos veces por órbita, muchas determinaciones de GRB perdieron precisión.
Descubrimientos adicionales: [31] [32]
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 sobrevuelo 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 Sol. Sistema . [33]
El Instituto Herzberg de Astrofísica (HIA) del Consejo Nacional de Investigación de Canadá proporcionó instrumentación y equipos de prueba para la Investigación de rayos COsmicos y partículas solares (COSPIN) en la nave espacial
Ulysses
.
El instrumento COSPIN consta de cinco sensores que miden nucleones y electrones energéticos en una amplia gama de energías.
Esta fue la primera participación de Canadá en una misión interplanetaria al espacio profundo.
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