SONDA ESPACIAL MAGALLANES (MISION A VENUS)

Objetivos de la misión 

Cuando se lanzó la misión los objetivos principales fueron:

Obtener un mapa global de imágenes obtenidas por radar de la superficie de Venus con una resolución de 1 kilómetro.
Obtener un mapa global topográfico con una resolución de 50 kilómetros en horizontal y 100 metros en vertical.
Obtener un campo gravitatorio casi global con 700 kilómetros de resolución y de entre 2 a 3 miligals de precisión.
Comprender la estructura geológica del planeta incluyendo la densidad y dinámica.

Calendario

4 de mayo de 1989 – Lanzamiento
10 de agosto de 1990 – Inserción en la órbita de Venus
15 de septiembre de 1990 – Ciclo 1 – mapeo de radar (a izquierdas)
15 de mayo de 1991 – Ciclo 2 – mapeo de radar (a derechas)
15 de enero de 1992 – Ciclo 3 – mapeo de radar (a izquierdas)
14 de septiembre de 1992 – Ciclo 4 – Datos de campo de gravedad
24 de mayo de 1993 – Aerofrenado para circularizar la órbita
3 de agosto de 1993 – Ciclo 5 – Datos de campo de gravedad
30 de agosto de 1994 – Experimento ‘molino de viento’
12 de octubre de 1994 – Pérdida de la señal de radio
13 de octubre de 1994 – Pérdida de la nave

Diseño de la sonda

La nave consiste en un decágono de aluminio de 42,2cm de altura y 2,0m de largo con 10 compartimientos para la electrónica. Hay también un modulo de equipamiento (FEM) de aluminio de 1,7x1,0x1,3m que contiene los equipamientos. Una antena parabólica de 3,7m de díametro, la antena de altímetro fueron montados en la parte superior del módulo. Los paneles solares de 2,5m de largoestán montados en los costados del modulo. En el exterior del FEM están las persianas, el escáner de estrellas, la antena de media ganancia y en el octágono persianas. Abajo del octágono se encuentra el módulo de propulsión, con los motores de actitud, el motor principal, el tanque de presionante y otros componentes. La masa de la nave es de 1035kg, de los cuales 132,5kg es de combustible.

La electricidad fue obtenida por 2 paneles solares con 2,5m de largo, montados en los lados del modulo de equipamiento, los 2 generaban 1200W de potencia. La energía era almacenada en 2 baterías de NiCd.La propulsión usaba un tanque de hidracina, montado en la parte central del óctagono, impulsando un grupo de de 6 motores.La estabilización de orbita se hace mediante el uso de 2 propulsores de 100 libras.Para mantener la nave usa 1 motor-cohete. Para el control de actitud usa 8 propulsores de 0,2 libras.La nave es de 3 ejes estabilizado, usando los propulsores como posición. 3 ruedas de reacción son para estabilizar la nave, incluso con giroscopios, mientras un escáner de estrellas busca los astros en su campo para actualizar el sistema de actitud. Para buscar el sol es a través de 2 sensores de sol, montados en los extremos de los paneles solares.

Para el control de pirotecnia, usa brazos, desarmadores, detonadores, pernos explosivos, pinextractores, etc. Los mecanismos consisten en sensores ópticos e inerciales. Los paneles solares son plegados por bisagras de 390° de rotación, tuercas y tornillos son para separar la nave del vehículo de lanzamiento, mientras que los resortes y pasadores son para evitar colisiones. El control de temperatura se logró mediante el uso de calentadores internos, mantas térmicas aislantes, pintura térmica, y persianas en el octágono y en el módulo de equipamiento.

El control de la nave lo llevaba 2 ordenadores ATAC-16 y cuatro procesadores 1802. La nave tiene su propia mente para controlarse de manera sola o ver si surgen problemas. Los comandos son para hacer las actividades de la nave. Los datos eran almacenados en 2 grabadoras de cinta, capaces de almacenar 1,8GB, en él se guardan los datos de la nave y de ciencia para su posterior transmisión. La memoria de comandos es de 5KB. El software de la nave tiene numerosas aplicaciones, además contiene 2.000 líneas para la protección; 18,000 códigos de comando y 1,500 líneas de protección de software.

Las telecomunicaciones eran en banda X y S a través de 2 transmisores de banda X y S y un receptor. La velocidad máxima de transmisión era de 268,8Kb/S.También se incluye un amplificador de 20W, transpondedores y moduladores. Para las comunicaciones se usan una antena parabólica de alta ganancia de 3,7m de diámetro, una antena de media ganancia y una antena de baja ganancia para comunicaciones auxiliares.

Debido a que Venus está rodeada por una densa y opaca atmósfera, no pudieron emplearse cámaras ópticas convencionales para fotografiar la superficie. En su lugar, el radar de la sonda empleaba impulsos de microondas, como si fueran el "flash" de una cámara, para "iluminar" la superficie del planeta.

La antena de alta ganancia envió millones de pulsos por segundo hacia el planeta; entonces, la antena recogía los ecos devueltos a la sonda producidos al reflejarse los pulsos del radar en la superficie de Venus. Estos pulsos no eran enviados hacia abajo, sino que se enviaban con un pequeño ángulo. Además, se emplearon técnicas especiales de procesamiento para conseguir una mayor resolución, como si el radar tuviera una antena mayor; esta técnica se conoce como Radar de apertura sintética o SAR (Synthetic Aperture Radar).

El Radar de Apertura Sintética fue empleado por primera vez por la NASA en el satélite oceanográfico Seasat en 1978; más tarde se desarrolló más ampliamente en las misiones Spaceborne Imaging Radar en los transbordadores espaciales en 1981, 1984 y 1994. También se empleó un radar de estas características en la misión a Saturno Cassini en 1997 para escanear la superficie de su mayor luna: Titán

Además de su uso en el escaneo, el sistema de radar de Magallanes también se empleó para obtener datos altimétricos, mostrando las elevaciones de varios accidentes geográficos. En este modo, los pulsos son enviados directamente hacia abajo (en vertical), midiendo el tiempo que tarda el pulso en llegar a Venus y volver para determinar la distancia entre la sonda y el planeta.

Lanzamiento y Llegada

El Atlantis llevó a la sonda a una órbita de baja altura y desde allí fue soltada de la bahía de carga. Poco después un motor de combustible sólido llamado Inertial Upper Stage (IUS) fue encendido y puso a la sonda en rumbo a Venus en un viaje de 15 meses de duración. De esta forma se convirtió en la primera nave interplanetaria lanzada por un transbordador espacial. 

Tras dar una vuelta y media alrededor del Sol, la nave llegó al planeta Venus el 10 de agosto de 1990. Ese día el motor de combustible sólido fue encendido de nuevo para frenar a la nave que quedó situada en una órbita elíptica polar alrededor del planeta

Magallanes (misión espacial)

La sonda Magallanes ("Magellan" en inglés, inicialmente llamada Venus Radar Mapper) funcionó entre 1989 y 1994, orbitando el planeta Venus entre 1990 y 1994. El nombre fue puesto en honor del explorador portugués del siglo XVI Fernando de Magallanes.

Magallanes fue la primera sonda planetaria lanzada por un transbordador espacial, concretamente por el Transbordador Espacial Atlantis desde Cabo Cañaveral, en Florida, en el año 1989, en la misión designada como STS-30. Atlantis llevó la sonda hasta la órbita baja de la Tierra, donde fue expulsada de la bodega de carga.

Un motor de combustible sólido, llamado "Inertial Upper Stage" (IUS), hizo que la sonda orbitara alrededor del Sol una vez y media antes de llegar a su órbita en torno al planeta Venus el 10 de agosto de 1990. En 1994 se precipitó hacia el planeta como estaba planeado, vaporizándose parcialmente; se cree que algunas partes llegaron a chocar con la superficie.

Extensión de la misión. Nuevos ciclos y desintegración de la nave

Tras la finalización de la misión principal, la nave dedicó dos periodos más de 8 meses a realizar mapas de radar, entre mayo de 1991 y septiembre de 1992. Esto permitió obtener mapas detallados del 98% de la superficie del planeta. Tras estos periodos se planearon nuevos ciclos para observar si se habían producido algún tipo de cambios en la superficie. Además ya que el ángulo de observación era diferente, los científicos pudieron construir mapas en tres dimensiones del terreno.

Durante el cuarto ciclo de 8 meses entre septiembre de 1992 y mayo de 1993, la nave recogió datos del campo gravitatorio del planeta. En este ciclo, la nave no utilizó el radar para realizar mapas sino que transmitía una señal de radio constante a la Tierra. Si la nave pasaba sobre una zona de Venus con una gravedad superior a la media la nave se aceleraba ligeramente y cambiaba la señal debido al efecto Doppler.

Tras este cuarto ciclo, los controladores de vuelo bajaron la órbita de la nave utilizando una técnica que hasta ahora nunca se había probado llamada ‘aerofrenado’. Esta maniobra mandaba a la nave a sumergirse ligeramente en la atmósfera de Venus en cada órbita y el frenado con la atmósfera hacía que la nave bajara su velocidad y por tanto su órbita.

Este aerofrenado se realizó entre el 25 de mayo y el 3 de agosto de 1993, tomando la sonda una órbita entre los 180 y los 541 kilómetros de altura, por lo que ahora el tiempo de cada órbita era de tan sólo 94 minutos. Esto permitió recoger mejores datos de gravedad en las latitudes más altas y más bajas cerca de los polos.

Tras el final del quinto ciclo en abril de 1994, la sonda Magallanes comenzó un sexto y último ciclo, recogiendo más datos de gravedad y realizando experimentos de radar y radio. Al finalizar el periodo se habían obtenidos datos de alta resolución de la gravedad del 95% del planeta.

El Radar

El único instrumento científico que llevaba esta nave era el radar de apertura sintética (SAR). Como la atmósfera de Venus es muy densa y opaca, las cámaras convencionales no servían para nada y no podían ver la superficie. En esta misión, la nave usaba la antena para enviar pulsos de microondas para ‘contemplar’ la superficie planetaria.

La antena de alta ganancia enviaba millones de pulsos cada segundo hacia el planeta y la misma antena recogía los ecos que rebotaban en el suelo. Estos pulsos no eran enviados directamente hacia abajo sino en un ligero ángulo hacia un lado de la nave. Esta y otras técnicas eran usada para obtener datos en alta resolución como si la antena fuera mucho mayor (mayor apertura). Por eso se llama a esta técnica ‘radar de apertura sintética’.

Resultados de la misión

El estudio de las imágenes de alta resolución obtenidas por la sonda Magallanes está proporcionando la información necesaria para entender el papel de los impactos meteóricos, el vulcanismo, y el tectonismo en la formación de las estructuras de la superficie venusiana. Esta superficie está cubierta en su mayor parte por materiales y estructuras volcánicas, como vastas llanuras de lava, campos con pequeñas bóvedas de lava, y largas cadenas de volcanes. Hay pocos cráteres provocados por impactos en Venus, lo que sugiere que la superficie es, en general, geológicamente joven - menos de 800 millones de años -. La presencia de canales a lo largo de 6.000 kilómetros indica la existencia de flujos de lava con muy poca viscosidad.

No hay nada que refleje la existencia de placas tectónicas. La tectónica del planeta está dominada por un sistema de grietas globales y numerosas estructuras llamadas coronas, producidas por la salida y hundimiento de magma en el núcleo.

A pesar de que Venus tiene una atmósfera densa, la superficie no evidencia que haya habido una erosión apreciable provocada por el viento; sólo indica un limitado transporte de arena y polvo. Esto contrasta con Marte, donde existe una fina atmósfera, pero suficientes muestras de erosión atmosférica y transporte de arena y polvo.

 

Misión principal. Primer ciclo

La primera parte de la misión (primer ciclo) quedó destinado al radar. La nave Magallanes durante los primeros 8 meses de misión alrededor de Venus (del 15 de septiembre de 1990 al 15 mayo de 1991) recogió imágenes de radar del 84 por ciento de la superficie del planeta con una resolución 10 veces mayor que las misiones soviéticas Venera 15 y 16. Además se adquirieron datos de altimetría y radiométricos que nos dieron información sobre la topografía de la superficie y sus características eléctricas.

Para su estudio, la sonda tenía una órbita elíptica de 294 x 8.543 kilómetros con un periodo orbital de 3 horas y 15 minutos y una inclinación de 86 grados lo que le permitía estudiar las zonas polares. Durante cada órbita se dedicaron 37 minutos al radar y el resto a reorientarse para enviar los datos a la Tierra.

La nave estudió la superficie en franjas de entre 17 a 28 kilómetros de anchura en cada aproximación a Venus y durante el resto de la órbita retransmitía los datos a la Tierra. Con cada sobrevuelo, la nave recogía datos de una nueva franja de terreno y pudo cubrir prácticamente todo el planeta al cabo de 243 días, el tiempo que Venus tarda en girar sobre si mismo. Al final del primer ciclo la nave pudo reconocer el 84% de la superficie del planeta.

La Nave, características

Esta nave fue construida en parte con restos de misiones anteriores. Por ejemplo, la antena que se usaba para comunicaciones y para radar era una pieza sobrante de las misiones Voyager a los planetas exteriores del Sistema Solar, así como la estructura principal de 10 lados y el conjunto de toberas. El sistema de ordenadores, el sistema de control de orientación y de energía eran pertenecientes a la misión Galileo a Júpiter. La antena de media ganancia era del proyecto Mariner 9. La sonda fue construida por la empresa Martin Mariettas y el radar diseñado y construido por Hughes Aircraft.

La nave tenía una longitud de 4,6 metros y tenía una antena parabólica de 3,7 metros de diámetro que usaba la banda X en radio lo que permitía una velocidad de entre 268 y 115 kbps. Junto con los retrocohetes y los tanques de combustible llenos, la sonda pesaba un total de 3460 kilogramos en el lanzamiento. La masa seca era de 1035 kilogramos.