VOYAGER

 

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DESCRIPCIÓN DE LA MISIÓN:

      La misión Voyager ha sido uno de los mayores éxitos de la NASA. Esta misión fue diseñada para sacar ventaja de una extraña disposición geométrica de los planetas exteriores a finales de los 70's. Esa posición de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, que ocurre una vez cada 175 años, daba a una sonda espacial que siguiera una particular trayectoria la posibilidad de pasar cerca de un planeta, observarlo, y aprovechando su "ayuda gravitacional" seguir el viaje hasta el siguiente. Así, el uso de los propulsores propios de la nave se limitaba a realizar pequeñas correcciones en la trayectoria.

      En un principio, la NASA otorgó a la misión menos fondos de los esperados, así que las Voyager fueron construidas para realizar sólo un intensivo estudio de Júpiter y Saturno. Sin embargo, para la Voyager 2 se eligió una trayectoria que permitía la posibilidad de continuar la misión hasta Urano y Neptuno con una pequeña modificación en vuelo. En el diseño de las Voyager jugaron un papel importante los datos proporcionados por las sondas Pioneer 10 y Pioneer 11, las primeras en volar hasta Júpiter y Saturno, respectivamente.

      Ambas Voyager fueron lanzadas en cohetes Titan-Centaur desde el Centro Espacial Kennedy en Cabo Cañaveral. La Voyager 2 fue lanzada primero, el 20 de Agosto de 1977, y el Voyager 1 fue lanzado en una trayectoria más rápida hacia Júpiter el 5 de Septiembre de 1977. La misión original llevó al Voyager 1 hasta Júpiter en 1979 y Saturno en 1980, mientras el Voyager 2 sobrevolaba Júpiter en 1979 y Saturno en 1981. El éxito de estos encuentros, que aportaron datos que revolucionaron el conocimiento del Sistema Solar y que daban para años de investigaciones, llevó a la NASA a otorgar más fondos y poder continuar la misión hasta Urano, aprovechando la especial trayectoria que se le dio al Voyager 2. Poco después, la NASA también autorizó el prolongar la misión hasta Neptuno, y a partir de entonces pasó a llamarse 'Voyager Neptune Mission'.

      Voyager 2 llegó a Urano en Enero de 1986, mandando a la Tierra detalladas fotografías del planeta y medidas de sus satélites, anillos y campos magnéticos. Más tarde, el 25 de Agosto de 1989, Voyager 2 mandaba a la Tierra las primeras fotografías de Neptuno (que era visto por primera vez desde su descubrimiento en 1845) y descubrió 6 nuevos satélites y un sistema de anillos alrededor del planeta. Después, la sonda siguió su trayectoria y salió del plano de la eclíptica por el Sur, adentrándose en el espacio interestelar. Mientras tanto, el Voyager 1 siguió su trayectoria tras el encuentro con Saturno y abandonó el plano de la eclíptica por el Norte. En estos momentos, es el objeto artificial más alejado de la Tierra.

      Con ambas sondas saliendo del Sistema Solar, el proyecto pasó a llamarse 'Voyager Interstellar Mission'. Ambas sondas continuarán estudiando los campos y partículas que detecten, buscando la heliopausa (zona límite entre el área de influencia del Sol y el espacio exterior). Una vez sobrepasada dicha frontera, las Voyager serán capaces de medir ondas que no se hayan visto afectadas por el campo magnético solar, lo cual puede revelar nuevos descubrimientos sobre el espacio exterior. Se espera que las Voyager puedan seguir enviando datos durante las próximas dos décadas, hasta que sus fuentes de energía nuclear no puedan aportar suficiente energía para mantener encendidos los equipos de comunicaciones.

Trayectorias de las Voyager

      Para darse una idea de la importancia de la misión Voyager, basta decir que ambas naves han enviado a la Tierra un total de cinco trillones de bits de datos científicos, han descubierto 21 nuevos satélites en los cuatro planetas estudiados, descubrieron que los anillos de Saturno están formado por millones de pequeñas partículas de hielo, vieron volcanes sobre Io, descubrieron los anillos de Neptuno, caracterizaron los campos magnéticos de Urano, .... y la lista sigue. Los datos aportados por las sondas Voyager dieron para reescribir todos los libros de planetología existentes en el momento de su lanzamiento.
 

DESCRIPCIÓN DE LA NAVE:

      Las Voyager son naves gemelas, de idéntica estructura. Ambas pesan 815 Kg. y miden 3.35 metros. Tienen un cuerpo central en forma de prisma de 10 caras, en el interior del cual se encuentran los componentes electrónicos (cada sonda Voyager tiene unos 65000 elementos electrónicos individuales). En la parte superior de este cuerpo central se encuentra la antena de alta ganancia, un reflector Cassegrain de 3.7 metros de diámetro. Y de los lados salen un total de 4 plataformas.

      En una de ellas están los RTG, generadores termonucleares de electricidad. Cada Voyager lleva 3 RTGs montados en serie, capaces de producir 475 W. de potencia eléctrica. El material nuclear utilizado es plutonio-238 bajo la forma del óxido Pu02. Las partículas alfa producidas por el proceso de degeneración nuclear bombardean el núcleo del RTG generando gran cantidad de calor que es convertida en electricidad.

      El resto de plataformas estan ocupadas por los instrumentos científicos. Dos de ellas son orientables, de modo que los instrumentos puedan apuntar correctamente hacia la zona a explorar. Las Voyager pueden apuntar sus instrumentos en las plataformas móviles con una precisión de una décima de grado. Cada sonda Voyager está equipada con los siguientes instrumentos científicos:

      La posición de estos instrumentos en la topología de la nave puede verse aquí. El magnetómetro está montado sobre una plataforma de 13 metros de largo que estaba recogida en el momento del lanzamiento y que se desplegó nada más abandonar la Tierra. Las antenas para los experimentos PRA y PWS están en la misma plataforma, montadas en forma de 'V'. El resto de instrumentos se encuentran en la cuarta plataforma, la más movible de las cuatro y que permite un apuntamiento mejor.

      Ambas Voyager fueron protegidas para soportar grandes dosis de radiación durante el paso por el sistema Júpiter. Se 'escudaron' todos los instrumentos sensibles en el exterior del cuerpo central y a éste se le recubrió de un material altamente protector.

      Las Voyager están dotadas de estabilización por tres ejes usando 'thrusters' de hidracina y sensores estelares y del Sol. Para que las fotografías no salieran difusas, se diseñó un sistema que mantuviera a la nave lo más estable posible durante el tiempo de exposición. Además, cada Voyager lleva otros pequeños thrusters para corrección de trayectoria.
 

COMUNICACIONES:

      Las comunicaciones son establecidas a través de una antena de alta ganancia (HGA) y una antena de baja ganancia (LGA) casi isotrópica utilizada sólo en caso de desapuntamiento de la primera, que es muy directiva. La LGA está montada sobre el subreflector de la HGA, que es de tipo Cassegrain. El reflector principal de la HGA tiene 3.7 metros de diámetro y soporta las bandas X y S. El enlace en banda X, a 8.4 GHz., fue usado para el downlink de datos científicos a una velocidad máxima de 7.2 kbps, y el enlace en banda S, a 2.3 GHz., se usó para el downlink de datos de monitorización y control a una velocidad de 40 bps., y no se ha vuelto a usar desde el encuentro con Neptuno. Las Voyager fueron las primeras sondas en utilizar banda X y en usar dos bandas diferentes para los dos tipos de datos.

      Además de las antenas, el subsistema de comunicaciones de las Voyager incluye:

  1. Equipos Amplificadores: se montaron varios Tubos de Ondas Progresivas (TWT) en cada sonda como medida de seguridad. La potencia del transmisor es de 23 W.
  2. Up-converters y Down-converters: todo el proceso interno de manejo de señales se realiza a frecuencia intermedia. Por eso se necesitan conversores que pasen de esa frecuencia intermedia a las bandas X ó S, según el enlace utilizado, y viceversa. Se usan multiplicadores cuya precisión debe ser perfecta.
  3. Phase Locked Loop: para generar las señales portadoras del downlink, una en banda X y otra en banda S, se extrae la portadora de los enlaces de subida gracias a un PLL.

      Las Voyager disponen de un sistema de almacenamiento de datos para su posterior transmisión a la Tierra consistente en una cinta digital con una capacidad de 500 Mbits. Se montaron en la nave varias cabezas lectoras de la cinta como medida de protección ante fallos, ya que durante los encuentros planetarios la cinta debía grabar, rebobinar, reproducir y volver a rebobinar varias veces al día.

      La misión fue seguida desde la Tierra utilizando las antenas de 26 y 34 metros de la DSN durante las fases de vuelo interplanetario, en las cuales no se necesitaba enviar muchos datos, y las antenas de 64 metros para soportar el mayor tráfico de datos durante los encuentros con Júpiter y Saturno. Para permitir un adecuado caudal de datos durante los encuentros con Urano y Neptuno, las antenas de 64 metros fueron ampliadas hasta los 70 metros de diámetros con los cuales cuentan en la actualidad. Así se amplió la sensibilidad de las estaciones receptoras de la DSN, lo cual permite seguir la 'Voyager Interstellar Mission'.

      Las características del enlace de comunicaciones han variado mucho, dada la gran distancia a la que se encuentran actualmente las sondas: los datos procedentes del Voyager 2 viajando a la velocidad de la luz tardan 8 horas en llegar a la Tierra. Aun hay cinco experimentos operando en cada Voyager y envían datos científicos en tiempo real a 160 bps usando las antenas de 34 metros de la Deep-Space Network. El objetivo es mantener este enlace durante 16 horas al día, pero esto no es siempre posible dado que otras misiones más actuales tienen prioridad en el uso de las antenas de la DSN. Una vez por semana se otorga a las Voyager unos 48 segundos para enviar datos a 115.2 kbps. Además, los datos del PWS (experimento de investigación del plasma galáctico) son grabados en la cinta digital y enviados a la Tierra una vez cada seis meses usando las antenas de 70 metros de la DSN.
 

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