Explorador 18

El Explorer 18 , también llamado IMP-A , IMP-1 , Plataforma de Monitoreo Interplanetario-1 y S-74 , fue un satélite de la NASA lanzado como parte del programa Explorer . El Explorer 18 fue lanzado el 27 de noviembre de 1963 desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral (CCAFS), Florida , con un vehículo de lanzamiento Thor-Delta C. El Explorer 18 fue el primer satélite de la Plataforma de Monitoreo Interplanetario (IMP). El Explorer 21 (IMP-B), lanzado en octubre de 1964, y el Explorer 28 (IMP-C), lanzado en mayo de 1965, también utilizaron el mismo diseño general de nave espacial. ^[3]

Explorer 18 era una nave espacial propulsada por células solares y baterías químicas instrumentada para estudios magnetosféricos interplanetarios y distantes de partículas energéticas, rayos cósmicos , campos magnéticos y plasmas . Los parámetros iniciales de la nave espacial incluían una hora local de apogeo de 10:20 horas, una velocidad de giro de 22 rpm y una dirección de giro de 115° de ascensión recta y -25° de declinación. Cada secuencia de telemetría normal de 81,9 segundos de duración constaba de 795 bits de datos . Después de cada tercera secuencia normal había un intervalo de 81,9 segundos de transmisión de datos analógicos del magnetómetro de vapor de rubidio . La nave espacial funcionó normalmente hasta el 30 de mayo de 1964, luego de manera intermitente hasta el 10 de mayo de 1965, cuando fue abandonada. Los principales períodos de cobertura de datos fueron del 27 de noviembre de 1963 al 30 de mayo de 1964; del 17 de septiembre de 1964 al 7 de enero de 1965; y del 21 de febrero de 1965 al 25 de marzo de 1965; sin embargo, sólo el primero de estos períodos fue muy útil. ^[4]

Se utilizó un telescopio de estado sólido de partículas cargadas para medir el alcance y la pérdida de energía de los rayos cósmicos galácticos y solares . El experimento fue diseñado para estudiar las energías de las partículas (intervalos de energía por nucleón aproximadamente proporcionales a Z al cuadrado/A) y los espectros de carga (Z<=6). El detector estaba orientado de manera normal al eje de giro de la nave espacial. Los acumuladores del detector para cada intervalo de energía se telemetrizaron seis veces cada 5,46 minutos. Cada período de acumulación fue de unos 40 segundos (el período de giro inicial de la nave espacial fue de unos 2 segundos). Se obtuvo la salida de dos analizadores de altura de pulso de 128 canales para una partícula incidente cada 41 segundos y se leyó junto con las acumulaciones del detector. Un mal funcionamiento limitó los estudios alfa a partículas con E>30 MeV. ^[5]

Este experimento consistió en dos sistemas de detectores. El primero fue un telescopio dE/dx versus E con centelleadores de yoduro de cesio (CsI) delgados y gruesos (uno de cada uno) y un contador de centelleo plástico de anticoincidencia. El eje del telescopio era normal al eje de giro de la nave espacial. Los recuentos de partículas que penetraron en el centelleador de CsI delgado y se detuvieron en el centelleador de CsI grueso se acumularon durante un intervalo de 39,36 segundos cada 5,46 minutos. La contribución relativa a la tasa de recuento de varias especies ( electrones entre 3 y 12 MeV, iones con carga = 1 o 2, masa atómica = 1, 2, 3 o 4, y energía entre 18,7 y 81,6 MeV/ nucleón ) y la información espectral de energía se determinaron mediante un análisis de altura de pulso de 512 canales realizado simultáneamente en la salida de ambos centelleadores de CsI seis veces cada 5,46 minutos. El segundo sistema detector estaba formado por dos telescopios de tubo Geiger-Müller (GM) orientados en paralelo y perpendicularmente al eje de giro de la nave espacial. Cada telescopio estaba formado por dos tubos GM colineales. Los telescopios paralelos y perpendiculares medían, respectivamente: 1) la suma de los recuentos debidos a protones por encima de 70 MeV y electrones por encima de 6,5 MeV y 2) la suma de los recuentos debidos a protones por encima de 65 MeV y electrones por encima de 6 MeV. También se acumulaban los recuentos registrados en cualquiera de los cuatro tubos GM. Estos recuentos omnidireccionales se debían a protones por encima de 50 MeV más electrones por encima de 4 MeV. Las tasas de recuento paralelas, perpendiculares y omnidireccionales se obtuvieron para un intervalo de acumulación de 40 segundos durante secuencias de telemetría normales sucesivas de 81,9 segundos. Por tanto, cualquier tasa de recuento se midió durante 40 segundos una vez cada 5,46 minutos. Ambos sistemas detectores funcionaron bien desde el lanzamiento hasta el 26 de mayo de 1964. ^[6]

Se utilizó una copa Faraday de cinco elementos con colector dividido para medir las partículas del viento solar en la siguiente secuencia: iones positivos de 45 a 105 eV , iones positivos de 95 a 235 eV, iones positivos de 220 a 640 eV, iones positivos de 560 a 1800 eV, electrones de 65 a 210 eV e iones positivos de 1700 a 5400 eV. El plano dividido del colector estaba en el plano ecuatorial de espín de la nave espacial. Las mediciones consistieron en 22 muestras de corriente instantánea, cada una separada por 0,16 segundos (que abarcan más de una rotación del satélite). Estas mediciones representaron la suma de la corriente al colector dividido, la diferencia máxima de corriente encontrada durante la rotación de la nave espacial y una identificación de qué mitad del colector era máxima. La secuencia completa requirió 2,8 minutos y se repitió cada 5,5 minutos. El cono de entrada de esta copa de Faraday tenía un semiángulo de aproximadamente 80°. Se encontraron interferencias de partículas refractadas (con el efecto más pronunciado en una incidencia de aproximadamente 70° respecto de la normal de la copa), de electrones secundarios y de radiación ultravioleta . ^[7]

Cada uno de los dos magnetómetros fluxgate uniaxiales , con rangos dinámicos de ± 40 nT, muestreó el campo magnético 30 veces dentro de cada uno de los seis intervalos de 4,8 segundos cada 5,46 minutos. Las sensibilidades del detector fueron de más o menos 0,25 nT, y la incertidumbre de digitalización fue de más o menos 0,40 nT. Se utilizó un magnetómetro de vapor de rubidio para calibrar los instrumentos, pero no produjo ningún conjunto de datos útil de forma independiente. Los instrumentos funcionaron normalmente durante la vida útil del satélite y proporcionaron datos utilizables hasta el 30 de mayo de 1964. ^[8]

La instrumentación para este experimento, diseñada para medir flujos de partículas atrapadas geomagnéticamente, consistió en una cámara de ionización de tipo Neher de 7,6 cm (3,0 pulgadas) de diámetro y dos tubos Geiger-Müller Anton 223. La cámara de iones respondió a electrones y protones con E>1 y E>17 MeV, respectivamente. Ambos tubos Geiger-Müller se montaron paralelos al eje de giro de la nave espacial. Un tubo Geiger-Müller detectó electrones, con E>45 keV, dispersados ​​​​de una lámina de oro . El cono de aceptación para estos electrones tenía un ángulo completo de 61°, y su eje de simetría formaba un ángulo de 59,5° con el eje de giro de la nave espacial. Este tubo Geiger-Müller respondió omnidireccionalmente a electrones y protones con E>6 y E>52 MeV, respectivamente. El segundo tubo Geiger-Müller no tenía acceso directo al entorno espacial y respondía omnidireccionalmente a los electrones y protones de fondo con E>6 y E>52 MeV, respectivamente. Los pulsos de la cámara de iones se acumularon durante 326,08 segundos y se leyeron una vez cada 327,68 segundos. Los conteos del primer tubo Geiger-Müller se acumularon durante 39,36 segundos y se leyeron seis veces cada 327,68 segundos. Los conteos del segundo tubo Geiger-Müller se acumularon durante 39,36 segundos y se leyeron cinco veces cada 327,68 segundos. Este experimento se realizó con normalidad desde el lanzamiento hasta el 10 de mayo de 1965. ^[9]

El analizador de potencial retardador era una copa de Faraday plana de tres elementos. Estaba montado perpendicular al eje de giro de la nave espacial y tenía un ángulo de visión efectivo de 5 sr. Se programaron modos de resolución gruesa y fina tanto para iones como para electrones. Estos modos consistían en 15 pasos cada uno para voltajes de retardo de 0 a 28 V y de 0 a 100 V. La secuencia completa de iones y electrones se repitió una vez cada 10,92 minutos, y cada análisis espectral de 15 pasos requirió 5,4 segundos. El experimento funcionó durante aproximadamente 20 horas después del lanzamiento, hasta que una falla de un interruptor mecánico del programador interrumpió las operaciones. Los datos se vieron afectados negativamente por electrones secundarios y ya no existen. ^[10]

Se utilizó un analizador electrostático cuadrisférico con un colector de corriente y un amplificador electrómetro para detectar y analizar el componente de iones positivos del plasma incidente y estudiar sus características de flujo bruto. Se analizaron los protones en 14 canales de energía entre 0,025 y 16 keV . El instrumento se montó en el plano ecuatorial del satélite y tenía un ángulo de visión de 15° en este plano y de 90° en el plano que contiene el eje de giro. El plano ecuatorial del satélite se dividió en tres sectores contiguos (111,8°, 111,8° y 136,4°) mediante el uso de un sensor de aspecto óptico. El flujo pico en un sector se registró a un potencial de placa del analizador por revolución del satélite (no se retuvo información sobre la posición dentro del sector en el que se produjo el flujo pico). Después de 14 revoluciones, se habían escaneado todos los canales de energía y se repitió el proceso para el siguiente sector. Se repitió un escaneo completo en energía y sector cada 5,46 minutos. No se obtuvieron datos durante los breves períodos en que el satélite estuvo en la magnetosfera . El instrumento funcionó bien hasta abril de 1964, cuando comenzó a funcionar de manera intermitente. Su funcionamiento continuó degradándose a partir de entonces. ^[11]

El satélite incluía un sistema de telemetría con procesador de datos digitales (DDP) ^[12] que hizo el primer uso de circuitos integrados en una nave espacial en vuelo, anterior tanto al ordenador D-37C utilizado en el sistema de misiles Minuteman II como al ordenador de guía Apollo . ^{[13] [14]} El DDP permitió que los diferentes experimentos digitales a bordo almacenaran resultados en acumuladores que luego se leían en un ciclo repetitivo y se codificaban en señales de modulación de frecuencia de pulso (PFM) para ser enviadas a estaciones terrestres. ^[15] Los acumuladores totalizaban 105 bits, más un reloj de 15 bits. ^[12] Además de los datos digitales enviados en formato PFM, un poco más de la mitad del ciclo de transmisión normal (9 de 16 "tramas") se utilizó para enviar señales analógicas. ^[15]

El procesador utilizaba chips de la serie 51 de Texas Instruments , específicamente el SN510 (un latch SR sincronizado ) y el SN514 ( puertas NAND / NOR duales de 3 entradas ), que venían en paquetes planos de 8 pines y usaban lógica de resistencia-capacitador-transistor (RCTL). ^{[16] [17]} Sin embargo, solo se podían colocar dos transistores en una sola matriz en ese momento, ^[13] por lo que se necesitaban múltiples matrices con los diferentes componentes lógicos que debían conectarse a mano con cables diminutos antes de sellarse en el paquete, lo que los hacía muy costosos de producir. Los primeros ejemplos costaban más de 400 dólares estadounidenses (equivalentes a 4.000 dólares en 2023). ^[18]

• Programa explorador