Explorador 1

Explorer 1 fue el primer satélite lanzado por Estados Unidos en 1958 y formó parte de la participación estadounidense en el Año Geofísico Internacional (IGY). La misión siguió a los dos primeros satélites el año anterior; el Sputnik 1 y el Sputnik 2 de la Unión Soviética, dando comienzo a la carrera espacial de la Guerra Fría entre las dos naciones.

Explorer 1 se lanzó el 1 de febrero de 1958 a las 03:47:56 GMT (o el 31 de enero de 1958 a las 22:47:56 hora del este) sobre el primer propulsor Juno del LC-26A en el Centro de Pruebas de Misiles de Cabo Cañaveral de la Campo de Misiles del Atlántico (AMR), en Florida. Fue la primera nave espacial en detectar el cinturón de radiación de Van Allen y devolvió datos hasta que sus baterías se agotaron después de casi cuatro meses. Permaneció en órbita hasta 1970.

Explorer 1 recibió el número de catálogo de satélite 00004 y la designación de Harvard 1958 Alpha 1, el precursor del designador internacional moderno.

Antecedentes

El programa de satélites terrestres de EE. UU. comenzó en 1954 como una propuesta conjunta del Ejército y la Armada de EE. UU., llamada Proyecto Orbiter, para poner en órbita un satélite científico durante el Año Geofísico Internacional. La propuesta, que usaba un misil militar Redstone, fue rechazada en 1955 por la administración de Eisenhower a favor del Proyecto Vanguard de la Marina, usando un propulsor anunciado como de naturaleza más civil. Tras el lanzamiento del satélite soviético Sputnik 1 el 4 de octubre de 1957, el programa Project Orbiter inicial se revivió como el programa Explorer para ponerse al día con la Unión Soviética.

Explorer 1 fue diseñado y construido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL), mientras que un cohete Júpiter-C fue modificado por la Agencia de Misiles Balísticos del Ejército (ABMA) para acomodar una carga satelital; el cohete resultante conocido como Juno I. El diseño de Júpiter-C utilizado para el lanzamiento ya había sido probado en vuelo en pruebas de reentrada de cono de morro para el misil balístico de alcance intermedio (IRBM) de Júpiter, y fue modificado a Juno I. Trabajando en estrecha colaboración Juntos, ABMA y JPL completaron el trabajo de modificar el Júpiter-C y construir el Explorer 1 en 84 días. Sin embargo, antes de que se completara el trabajo, la Unión Soviética lanzó un segundo satélite, el Sputnik 2, el 3 de noviembre de 1957. El intento de la Marina de los EE. UU. de poner en órbita el primer satélite de los EE. UU. fracasó con el lanzamiento del Vanguard TV-3 el 3 de noviembre de 1957. 6 de diciembre de 1957.

Nave espacial

El satélite Explorer 1 está acoplado a su impulsor en LC-26.

Explorer 1 fue diseñado y construido por el JPL del Instituto de Tecnología de California bajo la dirección del Dr. William H. Pickering. Fue el segundo satélite en transportar una carga útil de misión (Sputnik 2 fue el primero).

La masa total del satélite era de 13,97 kg (30,8 lb), de los cuales 8,3 kg (18 lb) eran instrumentación. En comparación, la masa del primer satélite soviético Sputnik 1 era de 83,6 kg (184 lb). La sección de instrumentos en el extremo frontal del satélite y la carcasa del cohete de cuarta etapa reducida y vacía orbitaban como una sola unidad, girando alrededor de su eje largo a 750 revoluciones por minuto.

Los datos de los instrumentos científicos se transmitieron al suelo mediante dos antenas. Un transmisor de 60 milivatios alimentaba una antena dipolo que constaba de dos antenas de ranura de fibra de vidrio en el cuerpo del satélite que operaba en 108,03 MHz, y cuatro látigos flexibles que formaban una antena de torniquete eran alimentados por un transmisor de 10 milivatios que operaba en 108,00 MHz.

Debido al espacio limitado disponible y los requisitos de bajo peso, la instrumentación de la carga útil se diseñó y construyó teniendo en cuenta la simplicidad y la alta confiabilidad, utilizando transistores de germanio y silicio en su electrónica. Se utilizaron un total de 20 transistores en el Explorer 1, además de otros adicionales en el amplificador de micrometeoritos del Ejército. La energía eléctrica fue proporcionada por baterías químicas de mercurio que constituían aproximadamente el 40% del peso de la carga útil.

La piel externa de la sección de instrumentos era de acero inoxidable arenado con franjas blancas. Se probaron varios otros esquemas de color, lo que dio como resultado artículos de respaldo, modelos y fotografías que mostraban diferentes configuraciones, incluidas rayas blancas y verdes alternas y rayas azules alternando con cobre. La coloración final se determinó mediante estudios de los intervalos entre la sombra y la luz del sol en función del tiempo de disparo, la trayectoria, la órbita y la inclinación.

Explorador 1 esquema

Carga útil científica

La carga útil del Explorer 1 consistía en el instrumento de rayos cósmicos de Iowa sin una grabadora de datos de cinta que no se modificó a tiempo para llegar a la nave espacial. Por lo tanto, los datos en tiempo real recibidos en el terreno eran muy escasos y desconcertantes, y mostraban tasas de conteo normales y ningún conteo en absoluto. La última misión del Explorer 3, que incluía una grabadora de datos en cinta en la carga útil, proporcionó datos adicionales para confirmar los datos anteriores del Explorer 1.

La instrumentación científica del Explorer 1 fue diseñada y construida bajo la dirección del Dr. James Van Allen de la Universidad de Iowa y contiene:

• Anton 314 tubo omnidireccional Geiger-Müller, diseñado por el Dr. George Ludwig del Laboratorio de Rayos Cósmicos de Iowa, para detectar rayos cósmicos. Podía detectar protones con E prenda30 MeV y electrones con E prenda3 MeV. La mayor parte del tiempo el instrumento fue saturado.

• Cinco sensores de temperatura (uno interno, tres externo y otro en el cono de la nariz);

• Detector acústico (transductor de cristal y amplificador de estado sólido) para detectar impactos de micrometeorita (polvo cósmico). Respondió a los impactos de micrometeorita en la piel de la nave espacial de tal manera que cada impacto sería una función de masa y velocidad. Su área efectiva fue de 0.075 m² y la sensibilidad promedio del umbral era 2,5×10⁻³g cm/s;

• Detector de red de alambre, también para detectar impactos de micrometeorita. Consistió en 12 tarjetas conectadas paralelas montadas en un anillo de soporte de fibra de vidrio. Cada tarjeta fue herida con dos capas de alambre de aleación de níquel esmaltado con un diámetro de 17 μm (21 μm con el aislamiento de esmalte incluido) de tal manera que un área total de 1 × 1 cm (0.39 × 0.39 en) estaba completamente cubierta. Si una micrometeorita de aproximadamente 10 μm impactada, fracturaría el alambre, destruiría la conexión eléctrica, y así registraría el evento.

Vuelo

Consola de control de lanzamiento Explorer 1 en exhibición en el museo Huntsville Space. La flecha roja apunta al interruptor de tecla de lanzamiento girado manualmente.

Después de un retraso relacionado con la corriente en chorro el 28 de enero de 1958, a las 03:47:56 GMT del 1 de febrero de 1958 se lanzó el cohete Juno I, poniendo en órbita el Explorer 1 con un perigeo de 358 km (222 mi) y un apogeo de 2.550 km (1.580 mi) con un período de 114,80 minutos y una inclinación de 33,24°. Goldstone Tracking Station no pudo informar después de 90 minutos según lo planeado si el lanzamiento había tenido éxito porque la órbita era más grande de lo esperado. Aproximadamente a las 06:30 GMT, luego de confirmar que el Explorer 1 estaba efectivamente en órbita, se llevó a cabo una conferencia de prensa en el Gran Salón de la Academia Nacional de Ciencias en Washington, D.C. para anunciarlo al mundo.

Trazado a mano Explorador 1 unidad de misión.

La vida útil esperada original del satélite antes del decaimiento orbital era de tres años. Las baterías de mercurio alimentaron el transmisor de alta potencia durante 31 días y el transmisor de baja potencia durante 105 días. Explorer 1 detuvo la transmisión de datos el 23 de mayo de 1958, cuando se agotaron sus baterías, pero permaneció en órbita durante más de 12 años. Volvió a entrar en la atmósfera sobre el Océano Pacífico el 31 de marzo de 1970 después de más de 58.400 órbitas.

Resultados

William Hayward Pickering, James Van Allen y Wernher von Braun muestran un modelo a gran escala del Explorador 1 en una conferencia de noticias concurrida en Washington, D.C. después de confirmar que el satélite estaba en órbita.

Explorer 1 cambió el eje de rotación después del lanzamiento. El cuerpo alargado de la nave espacial había sido diseñado para girar sobre su eje largo (menor inercia), pero se negó a hacerlo y, en cambio, comenzó una precesión debido a la disipación de energía de los elementos estructurales flexibles. Más tarde se entendió que, en términos generales, el cuerpo termina en el estado de giro que minimiza la energía cinética de rotación para un momento angular fijo (siendo este el eje de máxima inercia). Esto motivó el primer desarrollo adicional de la teoría euleriana de la dinámica del cuerpo rígido después de casi 200 años, para abordar este tipo de disipación de energía que conserva el impulso.

A veces, la instrumentación informaba del conteo de rayos cósmicos esperado (aproximadamente 30 conteos por segundo), pero otras veces mostraba un conteo peculiar de cero por segundo. La Universidad de Iowa (bajo la dirección de James Van Allen) observó que todos los informes de recuentos cero por segundo eran desde una altitud de más de 2000 km (1200 mi) sobre América del Sur, mientras que las pasadas a 500 km (310 mi) mostrarían el valor esperado. nivel de rayos cósmicos. Más tarde, después del Explorer 3, se concluyó que el contador Geiger original había sido abrumado ('saturado') por una fuerte radiación proveniente de un cinturón de partículas cargadas atrapadas en el espacio por el campo magnético de la Tierra. Este cinturón de partículas cargadas ahora se conoce como el cinturón de radiación de Van Allen. El descubrimiento fue considerado como uno de los descubrimientos destacados del Año Geofísico Internacional.

El detector acústico de micrometeoritos detectó 145 impactos de polvo cósmico en 78.750 segundos. Esto calcula una tasa de impacto promedio de 8,0⁻³ impactos por segundo por metro cuadrado, o 29 impactos por hora por metro cuadrado, durante el período de doce días.

Legado

Explorer 1 fue el primero del programa Explorers de larga duración. El vehículo de lanzamiento Juno I lanzó cuatro satélites de seguimiento de la serie Explorer en 1958, de estos, Explorer 3 y 4 tuvieron éxito, mientras que Explorer 2 y 5 no lograron alcanzar la órbita. El vuelo final del propulsor Juno I, el satélite Beacon-1, también falló. El vehículo Juno I fue reemplazado por el vehículo de lanzamiento Juno II en 1959.

Una continuación de la primera misión, Explorer-1 [PRIME], se lanzó con éxito a bordo de un vehículo de lanzamiento Delta II a fines de octubre de 2011. El PRIME se construyó utilizando técnicas modernas de construcción de satélites. El satélite en órbita fue un respaldo, porque el Explorer-1 PRIME inicial, lanzado el 4 de marzo de 2011, no alcanzó la órbita debido a una falla del vehículo de lanzamiento.

En el Museo Nacional del Aire y el Espacio de la Institución Smithsonian, en la Galería Milestones of Flight de Washington, D.C., se exhibe un respaldo de vuelo del Explorer 1 de construcción idéntica. El LC-26 se desactivó en 1963 y se designó para su uso como un museo en 1964, el Museo del Espacio y Misiles de la Fuerza Aérea. Aquí también se exhibe un Explorer 1 a gran escala, pero este es una maqueta.

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