Mariner 2, la primera sonda espacial que estudió otro planeta

Por Daniel Marín, el 30 diciembre, 2012. Categoría(s): Astronáutica • NASA • Sistema Solar • sondasesp • Venus ✎ 10

Es uno de los grandes triunfos de nuestra civilización. Desde Mercurio hasta Neptuno, decenas de mensajeros robóticos han explorado y continúan explorando nuestro Sistema Solar. En estos tiempos de bonanza espacial resulta difícil recordar que hubo un tiempo en el que ningún artefacto humano se había aventurado más allá de la Tierra. Pero como en todo, hubo una primera vez. Y esa primera vez tuvo lugar en diciembre de 1962, cuando la Mariner 2 sobrevoló Venus y se convirtió en la primera nave en estudiar otro planeta.

Sonda Mariner 2 (NASA).

La Mariner no tuvo un comienzo sencillo. Tras el modesto programa de sondas lunares Pioneer, a finales de los años 50 el JPL (Jet Propulsion Laboratory) de la NASA estudió varios proyectos de naves para estudiar Venus y Marte. Pero antes había que elegir un lanzador adecuado para esta tarea. En principio se estudió usar el cohete Atlas-Vega, formado por un misil intercontinental Atlas al que se le había añadido una segunda etapa del cohete Vanguard y otra tercera etapa adicional, que permitía situar hasta 260 kg en una trayectoria de escape interplanetaria. El Atlas-Vega sería cancelado en 1959 en favor del Atlas-Agena de la USAF, un lanzador que sin embargo palidecería ante una nueva versión aún más potente dotada de una etapa superior criogénica denominada Atlas-Centaur, versión que podría lanzar sondas interplanetarias de casi 900 kg.

Cohete Atlas-Vega (NASA).

Con el Atlas-Centaur a su disposición, el JPL pudo proponer en julio de 1960 dos tipos de sondas planetarias, la Mariner A y la Mariner B. Las dos ‘navegantes’ (que es lo que significa mariner en inglés) eran muy diferentes. La Mariner A tendría una masa de 686 kg y serviría como base para desarrollar la Mariner B, más compleja. En principio se planteó una única misión de la Mariner A en 1962, durante la cual sobrevolaría Venus a una distancia de 27000 kilómetros, pero no se descartó la posibilidad de enviar una Mariner A-2 hacia Marte. La Mariner A contaba con una estructura central hexagonal y dos paneles solares de 1,8 metros cuadrados de superficie capaces de suministrar un mínimo de 300 W. A diferencia de las rudimentarias Pioneer, estabilizadas mediante rotación, la Mariner A era una sonda estabilizada en tres ejes e incluiría una plataforma de instrumentos móvil para apuntar constantemente hacia su objetivo. En la actualidad estos planes pueden parecer muy modestos, pero debemos en cuenta que en 1960 viajar a la Luna ya constituía toda una proeza de navegación espacial. Alcanzar otros planetas con naves que pudiesen funcionar durante varios meses era casi ciencia ficción.



Diseño original de la Mariner A (NASA).

Sonda marciana basada en la Mariner A (NASA).

Por su parte, la Mariner B era una sonda más grande de casi 800 kg capaz de sobrevolar Venus y Marte a una distancia de 15000 kilómetros. La versión marciana podía incluir una pequeña cápsula para estudiar la atmósfera del planeta rojo. De acuerdo con el plan definitivo, dos Mariner B serían lanzadas hacia Marte en 1964 y otras dos a Venus en 1965, siguiendo un esquema muy parecido a los planes soviéticos de la época. A finales de los 60 el JPL planeaba lanzar las sondas Voyager a Marte, mucho más complejas y ambiciosas. Aunque Marte parecía ser un objetivo mucho más atractivo, a finales de los años 50 todavía se discutía si Venus podía ser un gemelo de la Tierra. La radiación microondas emitida por el planeta y captada por antenas terrestres indicaba que la superficie de Venus debía estar muy caliente, más aún que la de Mercurio. Tan caliente de hecho que muchos científicos se negaban a aceptar estos datos. Otros, como un joven astrónomo de Brooklyn de 25 años llamado Carl Sagan, sugirieron que las altas temperaturas eran reales y que Venus era víctima de un efecto invernadero descontrolado por culpa de su atmósfera de dióxido de carbono.

Mariner R (arriba) y Mariner B (debajo) (NASA).

Lamentablemente, la NASA no pudo seguir adelante con estos planes. La USAF anunció en el verano de 1961 que la etapa Centaur no estaría lista para 1962, por lo que el JPL debería conformarse con el humilde Atlas-Agena. Se consideró cancelar la misión de 1962 para concentrarse en la ventana de lanzamiento de 1964, pero los continuos logros soviéticos en el espacio desaconsejaban desaprovechar esta oportunidad. No obstante, habría que rediseñar la Mariner A para que pudiese ser lanzada con el Atlas-Agena, aligerándola de dos tercios de su masa. Como consecuencia, el 31 de agosto de 1961 la NASA canceló la Mariner A y creó el proyecto Mariner R. Para ahorrar tiempo y dinero, el diseño de la nueva nave estaría basado directamente en las sondas lunares Ranger. La concepción de la Mariner R tendría lugar en el tiempo récord de una semana. Se trataba de una decisión no exenta de riesgos. El programa Ranger estaba en sus inicios y de hecho habría que esperar a 1964 para ver una misión Ranger exitosa (Ranger 7).

Cohete Atlas-Agena y la Mariner 2 (NASA).

La Mariner R tenía un diseño minimalista y una masa total de 203 kg. Estaba formada por un cuerpo hexagonal de aluminio y magnesio de 104 centímetros de ancho y 36 cm de alto derivado del programa Ranger sobre el que se situaban los instrumentos, además de dos paneles solares y un motor de corrección. Sobre el cuerpo hexagonal se hallaba una estructura abierta piramidal en cuyo extremo se encontraba una antena de baja ganancia, por lo que la altura del vehículo alcanzaba los 3,66 metros. Por el otro lado se encontraba el motor principal de hidrazina con un empuje de 225 N. Los paneles, con una envergadura de 5,05 metros, un ancho de 0,76 metros y capaces de generar 148 W de potencia mínima, eran idénticos en tamaño, pero no contenían el mismo número de células fotovoltaicas. Uno estaba dotado de 5810 células y el otro 4900, y este último tenía además una extensión de 31 centímetros hecha de dracon para compensar el momento generado por la presión de la luz solar. La nave contaba con una antena parabólica de 1,22 metros de diámetro en la parte inferior del cuerpo hexagonal acoplada a un transmisor de 3,5 W. El control de actitud se llevaba a cabo mediante diez impulsores de nitrógeno a alta presión. Las Mariner R incluían suficiente nitrógeno para garantizar un correcto funcionamiento durante 200 días, por encima de la vida útil de la nave.

Estructura de la Mariner R (NASA).

La carga útil estaba formada por un radiómetro infrarrojo para localizar Venus en el espacio e investigar la estructura de sus capas nubosas, un sensor de micrometeoritos, un detector de protones solares, una cámara de ionización, un magnetómetro y el instrumento estrella, un radiómetro de microondas de 10,8 kg dotado de una antena parabólica de 48,5 cm y construido por el MIT cuya misión era medir la temperatura de la superficie del planeta y su atmósfera y, con suerte, detectar vapor de agua. Se descartó incluir una cámara porque no daba tiempo a prepararla de cara a la ventana de lanzamiento de 1962, aunque varios científicos entre los que se encontraba Carl Sagan, presionaron para que se incluyese.

Partes de la Mariner R (NASA).
La antena del radiómetro de microondas del Mariner 2 (NASA).

Pero los azares del destino quisieron que la Mariner R no fuese la primera nave interplanetaria, ni siquiera la primera en ser lanzada hacia Venus. Ese honor le correspondió a la Venera 1, la segunda de las naves de la serie 1VA de la oficina de diseño OKB-1 de Serguéi Koroliov. La primera 1VA fue lanzada el 4 de febrero de 1961, pero no alcanzó la velocidad de escape por culpa de un fallo en la etapa superior del cohete Mólniya 8K78 y reentró en la atmósfera terrestre 22 días más tarde. El 12 de febrero fue lanzada la 1VA nº 2, que alcanzó una trayectoria interplanetaria y fue oficialmente bautizada como Venera (“Venus”), anunciando al mundo su objetivo. Pero la última transmisión de la primera sonda planetaria de la humanidad fue recibida el 22 de febrero por el radiotelescopio británico de Jodrell Bank cuando se encontraba a tan solo 1,7 millones de kilómetros de la Tierra. Nunca se supo nada más de la Venera 1. El 19 de mayo pasó silenciosamente a unos cien mil kilómetros de Venus.

Nave 1VA.

Se construyeron tres sondas Mariner R idénticas, dos operativas y una tercera unidad para repuestos y pruebas. La ventana de lanzamiento a Venus se abría para los EEUU el 18 de julio de 1962 y permanecería abierta hasta el 12 septiembre. La primera Mariner R, bautizada como Mariner 1, fue lanzada el 22 de julio. Lamentablemente no fue muy lejos. 290 segundos después del lanzamiento el cohete Atlas D-Agena B se desvió de su trayectoria y fue activado el sistema de autodestrucción. La sonda terminó en el fondo del Océano Atlántico por culpa de un fallo de software, ya que un programador se había olvidado de añadir un guión en el código del sistema de control del lanzador. Ni que decir tiene, la NASA pasó un mal trago cuando tuvo que explicar cómo 14 millones de dólares se habían ido por el desagüe. El encargado del programa Mariner, Jack James, afirmaría años más tarde que el oficial de seguridad accionó el sistema de autodestrucción demasiado pronto y que el Atlas podría haber seguido su vuelo con normalidad.

La Mariner 2 en la rampa (NASA).
Los técnicos preparan la Mariner 2 antes del lanzamiento (NASA).

Ahora le tocaba el turno a su gemela, la Mariner R-2, bautizada como Mariner 2. La sonda fue lanzada el 27 de agosto de 1962 desde el complejo de lanzamiento número 12 de Cabo Cañaveral mediante el cohete Atlas 179D. Durante unos segundos, el Atlas experimentó otro fallo de navegación y uno de los motores vernier dejó de funcionar. El cohete comenzó a girar a una revolución por segundo, pero milagrosamente el sistema se recuperó por su cuenta y la etapa Agena B con la carga útil alcanzó una órbita baja de 118 kilómetros de altura. Un segundo encendido de la Agena de 980 segundos de duración aceleró la sonda hasta la velocidad de escape de 11 km/s mientras sobrevolaba la isla Ascensión en el Atlántico sur. 44 minutos después del lanzamiento desplegó los paneles solares y una semana más tarde haría lo propio con la antena de alta ganancia. Los datos de telemetría a 8 bits por segundo, recibidos por las estaciones de la NASA en Goldstone, Woomera y Johannesburgo, se introducían en el sistema de ordenadores IBM 7090 del JPL para calcular la trayectoria precisa.

El 4 de septiembre la Mariner 2 realizó una maniobra de corrección de la trayectoria para garantizar el sobrevuelo cercano de Venus mediante un encendido del motor de 34 minutos cuando la nave se encontraba a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Tras el encendido, la válvula del nitrógeno que presurizaba los tanques de hidrazina no se cerró correctamente y se perdió más gas del esperado. El 8 de septiembre la sonda dio un susto a los controladores cuando perdió el control de actitud por causas desconocidas, quizás por culpa del choque de un micrometeoro. Pudo ser el fin de la misión, pero afortunadamente los giróscopos de la nave restauraron el control tres minutos más tarde. Los problemas no cesaron, porque el 31 de octubre uno de los paneles solares comenzó a generar menos electricidad de la prevista, lo que obligó a apagar varios sistemas. Una semana después el panel recuperó su eficiencia de forma inesperada, pero el 15 de noviembre dejó de funcionar definitivamente. Por suerte, la misión había sido diseñada de tal forma que un único panel solar podía alimentar a todos los sistemas de la sonda durante el sobrevuelo. Los instrumentos funcionaban correctamente y antes, el 10 de octubre, el equipo de la sonda pudo confirmar en una rueda de prensa la existencia del viento solar.

Despegue de la Mariner 2 (NASA).
Trayectoria de la Mariner 2 (NASA).
Maniobras de la sonda (NASA).

El 14 de diciembre de 1962 la Mariner 2 pasó a una distancia de 34773 kilómetros de Venus a las 19:59 UTC, formando un ángulo de 30º sobre el hemisferio nocturno del planeta. La distancia del acercamiento fue finalmente el doble de la esperada, lo que supuso una pequeña decepción a pesar de que Venus se encontraba dentro del alcance de los instrumentos. Justo el día del encuentro el sistema de control de la sonda dejó de funcionar por culpa de un problema con la regulación de temperatura, impidiendo que la Mariner 2 llevase a cabo la secuencia de observaciones y maniobras planeadas. El control de Tierra mandó rápidamente una orden para activar la secuencia de actividades que, milagrosamente, funcionó. El radiómetro de microondas detectó que la temperatura media en todo el disco de Venus era de 415º C, pero muchos científicos mantuvieron su fe en un Venus habitable y pensaron que se trataba de un dato correspondiente a las capas altas de la atmósfera, no a la superficie. Como hoy sabemos, estaban  equivocados.

Los instrumentos confirmaron la ausencia de campo magnético y la presencia de una atmósfera muy densa compuesta principalmente por dióxido de carbono, con una capa de nubes continua a 60 kilómetros de altura. También se pudo constatar que la rotación de Venus era anormalmente lenta (de 250 días, una cifra que posteriormente fue rebajada hasta los 225 días) y retrógrada. Tras el encuentro, los partidarios del ‘Venus caliente’ resultaron victoriosos frente a los partidarios del ‘Venus con pantanos’, aunque aún habría que esperar a los resultados de la Mariner 5 y las sondas Venera soviéticas para confirmar que el gemelo de la Tierra es en realidad el gemelo del infierno. El detector de micrometeoros detectó un único impacto durante la misión, indicando que el polvo interplanetario no suponía una amenaza para las futuras misiones. El 27 de diciembre la sonda alcanzó el perihelio de su órbita alrededor del Sol, a una distancia de 105,47 millones de kilómetros. Hasta que se perdió el contacto con radio el 3 de enero de 1963 a las 07:00 UTC, la Mariner 2 proporcionó datos de ingeniería sobre el funcionamiento de sus sistemas durante unos 130 días. Hoy en día permanece en órbita solar.

Geometría del sobrevuelo de Venus por la Mariner 2 (NASA).
Geometría del escaneo del radiómetro de microondas y los datos reales abajo. Los picos corresponden a la alta temperatura del planeta (NASA).

Después de cuatro fracasos seguidos de naves del programa Ranger y del fiasco de la Mariner 1, el sobrevuelo de Venus por parte de la Mariner 2 fue todo un éxito científico y propagandístico. Tras ser humillados en el espacio una y otra vez por la Unión Soviética, los Estados Unidos sumaban así su primer tanto en la carrera espacial. Pero el éxito tenía un precio y es que el coste conjunto de las misiones Mariner 1 y 2 había sido de 47 millones de dólares, toda una fortuna para la época. La serie Mariner continuaría hasta los años 70 desvelando los misterios del Sistema Solar interior, preparando así el camino para la siguiente generación de sondas avanzadas. Cincuenta años después, el legado de la Mariner 2 sigue vivo en las naves que hoy en día exploran sin pausa el Sistema Solar.

El equipo que hizo posible la misión (NASA).

Referencias:



10 Comentarios

  1. Hola Daniel, excelente, como siempre. Resulta sorprendente que una misión con tantas incidencias al final lograse sus objetivos. Se agradece saber estos detalles que no suelen ser de conocimiento general. Es una pena que no se incluyese una cámara en esta sonda.
    Espero que 2013 traiga todo lo que deseas y que sea el peor año de los que vendrán.
    Un abrazo desde Segovia, Daniel.

  2. Es curioso pero la historia de esta sonda no es igual tal como figura en los periódicos de la época.
    A los pocos días de ser lanzada se dijo que llevaba mala dirección de forma que pasaría a más de un millón de kilómetros del planeta y que se intentaría hacer una corrección de la errada dirección.
    Finalmente el resultado aparece publicado con gran lujo de detalles en las ediciones la prensa española del día 20 de septiembre. Básicamente consistió en se dieron 3 órdenes a ordenadores que encendieron motores y cambiaron en 80 grados reduciendo su velocidad a 120 km. /h La operación se consideró gran éxito.
    Estoy revisando la prensa de la época y a veces tengo una sensación poco rara porque al menos en los periodos que he estudiado, 1960 a 1962 los aspectos espaciales tienen un gran eco en la prensa generalista y algunas de los sucesos a los que más importancia se dio, ahora ni se nombran como esa “crucial” operación del 19 septiembre.

    1. Normal. Es lo que tiene la perspectiva histórica. Cosas que parecían cruciales entonces, ahora sabemos que no lo eran y viceversa. Lo de que la sonda llevaba una mala dirección al lanzamiento se debe a que la misión se planificó de tal forma que era necesario llevar a cabo una maniobra de corrección para el sobrevuelo, maniobra que se realizó sin problemas. Por lo demás, me parece muy interesante la visión que tenían los medios de la época sobre la conquista espacial. No te cortes en añadir más cosas 🙂

      Saludos.

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Por Daniel Marín, publicado el 30 diciembre, 2012
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