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Cómo funciona la Voyager

Cómo funciona la Voyager
Satisfacer
  1. Voyager 1 y 2: el gran recorrido
  2. Equipo Voyager
  3. A Neptuno y más allá
  4. Disco de oro de la Voyager

Voyager 1 y 2: el gran recorrido

Voyager 1 en proceso de edición

Cortesía de NASA / JPL-Caltech

La década de 1970 fue un período de transición para el esfuerzo espacial de Estados Unidos. El programa Apolo estaba llegando a su fin y la NASA estaba tratando de determinar qué forma tomaría el vuelo espacial humano. Las misiones Mariner ampliaron nuestro conocimiento de los planetas interiores, enviando sondas espaciales para sobrevolar (y en algunos casos orbitar) Marte, Venus y Mercurio. Había planes para enviar una misión Mariner para visitar algunos de los planetas exteriores, pero usando propulsión química de cohetes, tal viaje habría tomado 15 años o más.

Al mismo tiempo, se ha logrado un progreso significativo en la ciencia de trayectorias orbitales asistidas por gravedad. Aunque las matemáticas y la física involucradas son bastante complicadas, la idea básica es que una nave espacial puede usar la gravedad de un planeta cercano para aumentar su velocidad, siempre que la nave espacial esté en la órbita correcta. Cuanto mayor es la masa del planeta, mayor es la fuerza gravitacional y mayor el impulso. Esto significaba que una vez que una sonda espacial llegara a Júpiter (el planeta más masivo de nuestro sistema solar), podría usar la gravedad de Júpiter como un tirachinas y dirigirse a planetas más distantes.

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En 1965, un ingeniero llamado Gary Flandro observó que a mediados de la década de 1970 los planetas exteriores estarían alineados para que una nave espacial pudiera visitarlos utilizando una serie de repetidores asistidos por gravedad. [source: Evans]. Esta alineación en particular no fue solo un evento único en la vida, no se repetiría durante 176 años. Fue una coincidencia extraordinaria que la capacidad técnica para llevar a cabo tal misión se desarrollara unos años antes de que los planetas se alinearan para permitirlo.

Inicialmente, el ambicioso proyecto, conocido como Gran paseo enviaría una serie de sondas para visitar todos los planetas exteriores. En 1972, sin embargo, el presupuesto estimado para el proyecto se acercaba a los $ 900 millones, y la NASA predijo el desarrollo del transbordador espacial. [source: Evans]. Con los enormes costos de desarrollo del transbordador espacial acercándose, el Grand Tour fue cancelado y reemplazado con un perfil de misión más modesto. Sería una extensión del programa Mariner, llamado Mission Mariner Júpiter-Saturno (SYM). Basadas en la plataforma Mariner y mejoradas con el conocimiento adquirido en el sobrevuelo de 1973 de Jupiter Pioneer en 1973, las nuevas sondas finalmente recibieron el nombre de Voyager. El proyecto se completó en 1977. Los optimistas ingenieros de la NASA creían que podrían utilizar trayectorias asistidas por gravedad para llegar a Urano y Neptuno si la misión inicial de visitar Júpiter y Saturno (y algunas de sus lunas) se completaba con éxito. La idea del Grand Tour volvió a la vida.

El plan final para la misión Voyager era el siguiente: dos naves espaciales (Voyager 1 y Voyager 2) se lanzarían con semanas de diferencia. La Voyager 1 volaría sobre Júpiter y muchas de las lunas de Júpiter a una distancia relativamente cercana, escaneando y tomando fotografías. La Voyager 2 también volaría sobre Júpiter, pero a una distancia más cautelosa. Si todo va bien, las dos sondas serían catapultadas hacia Saturno por la gravedad de Júpiter. La Voyager 1 luego investigaría Saturno, en particular los anillos, así como la luna Titán. En este punto, la trayectoria de la Voyager 1 la sacaría del sistema solar. eclíptica (el plano de las órbitas de los planetas), lejos de todos los demás planetas y, finalmente, fuera del propio sistema solar.

Mientras tanto, la Voyager 2 habría visitado Saturno y muchas de las lunas de Saturno. Si aún funcionaba correctamente después de su finalización, la gravedad de Saturno lo estimularía para visitar Urano y Neptuno antes incluso de dejar la eclíptica y abandonar el sistema solar. Fue visto como un avión lejano, pero sorprendentemente todo funcionó como se esperaba.

A continuación, ¿qué tipo de material transportaron las Voyager al espacio?

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Equipo Voyager

Nave espacial Voyager

Nave espacial Voyager

Imágenes de tiempo y vida / Getty Images

Las dos naves Voyager son idénticas. No tienen un diseño elegante y aerodinámico, ya que no hay fricción aerodinámica en el espacio de la que preocuparse. Con un peso de 722 kilos, constan de un bus principal, una antena de alta ganancia, tres polos que contienen instrumentos científicos y energía, y dos antenas más.

El autobús principal es el cuerpo de la Voyager. Es una caja de diez lados de 1.8 metros (5.9 pies) de diámetro y contiene instrumentos científicos y electrónicos y un tanque de combustible para las hélices del cohete. Los propulsores se utilizan para reorientar la aeronave a medida que se mueve por el espacio.

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Montada sobre el bus principal, la antena de alta ganancia mide 3,7 metros de diámetro y se asemeja a una antena parabólica. Esta antena permite a los viajeros recibir comandos de la Tierra y devolver los datos recopilados. No importa a dónde vuele una nave espacial Voyager, la antena de alta ganancia siempre apunta a la Tierra.

Una de las principales rampas de salida del autobús toma el Voyager. fuente de energía termoeléctrica radioisotópica. Los gránulos de dióxido de plutonio emiten calor por desintegración natural. Este calor se convierte en electricidad mediante una serie de termopares. Aunque la potencia de salida no es muy alta, alimenta la electrónica y los instrumentos a bordo de los Voyagers durante mucho tiempo. No se espera que la electricidad se agote por completo en 2020. La fuente de alimentación se ha colocado en una flecha para evitar que la radiación interfiera con otros instrumentos científicos.

Las otras dos flechas llevan un conjunto de herramientas. Éstos incluyen:

  • Magnetómetro
  • Detector de rayos cósmicos
  • Detector de plasma
  • Fotopolarímetro
  • Interferómetro infrarrojo
  • Espectrómetro
  • Radiómetro
  • Espectrómetro ultravioleta
  • Detector de partículas cargadas de baja energía
  • Detector de ondas de plasma

[source: Evans, Dethloff & Schorn]

Las cámaras son quizás la herramienta más importante a bordo de los Voyagers, en lo que respecta al público. También montadas en el brazo del instrumento, las cámaras tienen una resolución de 800×800, con versiones de gran angular y de campo estrecho. Las cámaras devolvieron fotos sin precedentes de los planetas exteriores y nos dieron visiones de nuestro sistema solar que nunca antes habíamos visto (incluido el famoso plan inicial que muestra la Tierra y la Luna en la misma foto). La flecha que lleva las cámaras se puede mover independientemente del resto del automóvil.

El sistema informático Voyager también fue muy impresionante. Sabiendo que la aeronave estaría sola la mayor parte del tiempo, con la discrepancia entre el comando y la respuesta de la Tierra aumentando cada vez más a medida que la aeronave se dirigía al espacio, los ingenieros desarrollaron un sistema informático autorreparable. La computadora tiene varios módulos que comparan los datos recibidos y eligen las instrucciones de salida. Si un módulo es diferente de los demás, se asume que está defectuoso y se debe quitar del sistema y reemplazarlo con uno de los módulos de respaldo. Se probó poco después del lanzamiento, cuando un retraso en el despliegue de la pluma se interpretó erróneamente como un defecto. El problema se ha solucionado con éxito.

En la siguiente sección, descubriremos lo que hemos aprendido de las misiones de la Voyager.

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A Neptuno y más allá

La Gran Mancha Roja de Júpiter, que se extiende desde el ecuador hasta las latitudes polares del sur, como lo muestra la nave espacial Voyager 2 en 1979.

La gran mancha roja de Júpiter, que se extiende desde el ecuador hasta las latitudes polares del sur, como lo muestra la nave espacial Voyager 2 en 1979.

MPI / Hulton Archives / Getty Images

Aunque el costo de la misión de por vida de la Voyager superó los $ 750 millones, en 1989 la nave espacial devolvió suficientes datos científicos para llenar 6.000 ediciones de la Encyclopaedia Britannica. [source: Evans]. Los módulos de ciencia integrados se eligieron a partir de propuestas enviadas por grupos de investigación en los Estados Unidos. La información sobre Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno (y muchas de sus lunas) que aprendimos de las misiones de la Voyager no solo fue enorme en cantidad, sino también en influencia. Dio forma a los libros de texto de ciencias en las escuelas de los Estados Unidos, informó la percepción del público sobre el sistema solar y sentó las bases para el programa espacial moderno. Gran parte de lo que sabemos sobre los planetas exteriores proviene de la Voyager. Sin mencionar las miles de fotos tomadas desde puntos de vista que los humanos nunca antes habían experimentado. Estas brillantes imágenes de Júpiter y Saturno despertaron la imaginación del público y alimentaron el entusiasmo por la exploración espacial futura.

Gracias a la Voyager, aprendimos más sobre el clima en Júpiter; los anillos alrededor de Júpiter, Saturno y Urano; actividad volcánica en la luna de Júpiter, Io; las masas y densidades de las lunas de Saturno; presión atmosférica en Titán, la luna más grande de Saturno; el campo magnético de Urano; y un sistema meteorológico persistente en Neptuno tan grande como la Tierra, conocido como Gran mancha oscura. Cuando la Voyager 2 llegó a Neptuno, era 1989. Han pasado más de 10 años desde su lanzamiento y muchos de los científicos que trabajaban en la misión original habían evolucionado. La Voyager pasó por Júpiter, Saturno y Urano en 1979, 1981 y 1986, respectivamente.

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La gran mancha oscura en la superficie de Neptuno, vista por la nave espacial Voyager 2 en 1989. La mancha, que se cree que es una masa de gas en remolino, desapareció en 1994, solo para ser reemplazada por una mancha similar en una ubicación diferente.

La gran mancha oscura en la superficie de Neptuno, vista por la nave espacial Voyager 2 en 1989. La mancha, que se cree que es una masa de gas en remolino, desapareció en 1994, solo para ser reemplazada por una mancha similar en una ubicación diferente.

Fronteras espaciales / Archivos de Hulton / Getty Images

¿Donde están ahora? Los dos viajeros no están juntos. La Voyager 1 se mueve hacia el norte (en relación con la orientación de la Tierra fuera del sistema solar), mientras que la Voyager 2 se mueve hacia el sur. En 2007, los dos entraron en Heliosheath, la sección más externa del sistema solar. Allí, el viento solar se encuentra con los campos magnéticos interestelares y forma un límite con una onda de choque. Los Voyager atravesaron la onda de choque y enviaron datos, lo que les dio a los astrónomos su primera idea de la forma y posición de la heliosfera. El 21 de septiembre de 2013, los científicos de la Voyager informaron que la Voyager 1 abandonó el sistema solar el 25 de agosto de 2012.

Aunque algunas herramientas de Voyager ya no funcionan, aún devuelven información importante. Imagine un automóvil que ha estado funcionando continuamente desde 1977 y tendrá una idea de la belleza de estas naves espaciales. En el rango actual, se necesitan señales de radio que viajan a la velocidad de la luz durante más de 14 horas para llegar a la Tierra. El barco se está quedando sin combustible para sus motores de guía y tendrá que apagar algunos instrumentos en los próximos años, ya que su plutonio también se ha agotado. Para 2020, estarán a oscuras y en silencio.

Aún así, continuarán en su trayectoria actual, moviéndose a más de 30,000 mph (48,280 km / h), dirigiéndose hacia la Vía Láctea durante decenas de miles de años. Sin atmósfera en el espacio, nunca se erosionarán y no tendrán mucho que colisionar en el espacio interestelar. Pasarán unos 40.000 años antes de que llegue a años luz de otra estrella. Los viajeros pueden viajar cientos de miles, si no millones de años.

¿Qué pasa si los viajeros se encuentran con una civilización alienígena inteligente? Les dejamos un mensaje.

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Disco de oro de la Voyager

Disco bañado en oro

Disco dorado “Sonidos de la Tierra” y bandera estadounidense preparados para ser almacenados a bordo de la nave espacial Voyager 2, con el líder del proyecto John Cassini (izquierda), en el Centro Espacial Kennedy.

Imágenes de tiempo y vida / Getty Images

Cuando la NASA se dio cuenta de que los viajeros terminarían viajando más allá de los confines de nuestro sistema solar, decidieron que podría ser una buena idea incluir algún tipo de mensaje a cualquier extraterrestre inteligente que pudiera encontrarlos. Un comité dirigido por un astrónomo Carl sagan Reúna estos mensajes. Están contenidos en discos de cobre bañados en oro, que se graban de manera similar a un álbum de vinilo. Parte del disco contiene información de audio, incluida una variedad de canciones, saludos hablados en 55 idiomas diferentes (incluidos algunos que son muy oscuros o antiguos) y una selección de sonidos de la naturaleza. Los discos también incluyen 122 imágenes, codificadas como vibraciones en el disco con instrucciones de decodificación.

Hay varios símbolos en la placa de cubierta de cada disco que describen el método de reproducción del disco (también se incluyen un bolígrafo y una placa de montaje). Se revelan las instrucciones para decodificar la imagen, describiendo el signo de “inicio del cuadro”, la proporción del cuadro y una reproducción del primer cuadro, para que los extraterrestres sepan si lo hicieron bien. Un mapa de estrellas que muestra claramente la posición de la Tierra completa la imagen.

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Si los extraterrestres se han estado preguntando cuánto tiempo hace que descubrieron el viaje de la Voyager, pueden examinar la pieza de uranio-238 adherida al bus principal cerca del disco. Al observar las tasas de isótopos (asumiendo que conocen la vida media del uranio-238), pudieron deducir cuánto tiempo había estado la muestra en el espacio.

¿Qué música escucharán los extraterrestres cuando reproduzcan el disco? Principalmente música tradicional de una variedad de culturas, como canciones nativas americanas, gaitas escocesas y música ritual africana. También es una especie de recopilación de los “grandes éxitos” de la música clásica. Las canciones más contemporáneas son “Johnny B. Goode” de Chuck Berry y un número de jazz de Louis Armstrong.

Instrucciones de decodificación y el mapa en la tapa dorada del disco.

Instrucciones de decodificación y el mapa en la tapa dorada del disco.

Cortesía de NASA / JPL-Caltech

Las imágenes del archivo son variadas e incluyen mapas de la Tierra, imágenes de otros planetas de nuestro sistema solar, imágenes de varios animales y varias imágenes de humanos. Carl Sagan escribió un libro en el disco llamado “Murmurs of Earth”. Un CD-ROM complementario fue lanzado décadas más tarde.

Los discos de la Voyager son similares a una placa que se colocó a bordo de Pioneer 10 y Pioneer 11, aunque los creadores de los discos de la Voyager pasaron mucho tiempo asegurándose de que los extraterrestres pudieran decodificarlos. Muchos científicos de la Tierra no pudieron decodificar la información de la plataforma Pioneer. En ese momento, algunos expresaron su preocupación de que cualquier alienígena hostil que encontrar el disco Voyager tendría un mapa que los llevaría directamente a la Tierra. Sin embargo, las Voyager pasarán decenas de miles de años en el espacio interestelar antes de acercarse a otra estrella, por lo que el problema no es una preocupación inmediata. Si se encuentran los discos, es posible que los humanos ya no existan.

Para artículos más interesantes sobre exploración espacial, intente en la página siguiente.

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Voyager Space Preguntas frecuentes

¿Cuál es la temperatura del espacio interestelar?
El espacio interestelar, el espacio entre las estrellas de una galaxia, es lo más frío posible. Sciving.com informa que la temperatura es de 3 Kelvin, que no está muy por encima del cero absoluto, tan fría como cualquier cosa.
¿Qué tan lejos está la Voyager 2?

Según el registro de la misión de la NASA, en enero de 2021, la Voyager 2 estaba a 11,8 mil millones de kilómetros de la Tierra.

¿Qué tan lejos está la Voyager 1?

Según el registro de la misión de la NASA, en enero de 2021, la Voyager 1 estaba a 14.1 mil millones de millas de la Tierra.

¿Los Voyager tienen cámara?
Sí, estas son quizás las herramientas más importantes a bordo de Voyagers, para el público. Las cámaras tomaron fotos sin precedentes de los planetas exteriores con lentes gran angular de campo estrecho.
¿Cuál es la diferencia entre Voyager 1 y 2?
Los dos Voyager son idénticos, aunque se lanzaron en fechas diferentes. La Voyager 1 fue la primera en llegar al espacio interestelar, pero la Voyager 2 es la única nave espacial que estudia de cerca los cuatro planetas gigantes del sistema solar.

Cómo funciona la Voyager

Imágenes de Time Life / NASA / Imágenes de Time Life / Getty Images

Actualmente, dos naves espaciales lanzadas desde la Tierra en 1977 cruzan el espacio a más de 48.280 km / h. Ambos están a varios miles de millones de kilómetros de distancia, más lejos de la Tierra que cualquier otro objeto creado por el hombre. El 25 de agosto de 2012, uno de ellos ingresó al espacio interestelar, convirtiéndose en la primera nave espacial en abandonar el sistema solar.

Voyager 1 y 2 lleva mensajes codificados a posibles civilizaciones extraterrestres. Ya les han enseñado mucho a los científicos heliovaina, la capa más externa del sistema solar. Pero ninguno de estos es ni siquiera para lo que fueron diseñados.

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La nave espacial Voyager fue construida para volar sobre los planetas exteriores (Júpiter, Saturno, Neptuno y Urano) y estudiarlos de cerca, la primera vez en la historia de la humanidad que han sido observados de cerca. La nave espacial se desempeñó maravillosamente, avanzando la ciencia planetaria con grandes saltos. Fue solo después de completar su misión principal que se convirtieron en los exploradores más avanzados de la Tierra.

Sin embargo, fue una cuestión de suerte y un momento extremadamente oportuno para que las misiones fueran posibles, y un golpe de suerte que casi hundió el Proyecto Voyager antes de dejar el suelo. Estas ambiciosas misiones fueron producto de nuevos avances en ciencia y matemáticas en trayectorias orbitales, pero casi fueron descartadas a favor del costoso programa de transbordadores espaciales. Prácticamente todas las misiones espaciales no tripuladas que se llevan a cabo en la actualidad se basan en el conocimiento y la experiencia adquiridos por los viajeros.

Echemos un vistazo a las horribles sondas espaciales Voyager y todo el equipo técnico que traen a bordo. Trazaremos su trayectoria desde las etapas de desarrollo hasta su destino final a años luz de la Tierra. En el camino, habrá paradas en los planetas más grandes de nuestro sistema solar. Y si se está preguntando qué hay en los discos de oro que cada Voyager lleva como mensajes para las formas de vida extraterrestre, demos un paseo. ¿Los extraterrestres los encontrarán alguna vez?

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