Explorador 21

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 se diseñó para estudiar las energías de las partículas (intervalos de energía por nucleón aproximadamente proporcionales a Z²/A, para protones de 0,9 a 190 MeV , de 6,5 a 19 MeV, de 19 a 90 MeV y de 90 a 190 MeV) y los espectros de carga (Z ≤ 6). El detector se orientó perpendicularmente al eje de rotación 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 duró aproximadamente 40 segundos (el período de rotación inicial de la nave espacial fue de aproximadamente 4,1 segundos). La salida de dos analizadores de altura de pulso de 128 canales se obtuvo para una partícula incidente cada 41 segundos y se leyó junto con las acumulaciones del detector. Se obtuvieron datos útiles desde el lanzamiento hasta el 9 de abril de 1965. La cobertura de datos fue intermitente durante toda la vida útil de la nave espacial debido a los frecuentes apagados de la misma y a fallos esporádicos de algunos detectores. ^{[ 8 ]}

Este experimento consistió en dos sistemas de detección. 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 perpendicular al eje de rotación de la nave espacial. Los recuentos de partículas que penetraban el centelleador de CsI delgado y se detenían 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 de detección constaba de dos telescopios de tubo Geiger-Müller (GM) orientados en paralelo y perpendicularmente al eje de rotación de la nave espacial. Cada telescopio constaba de dos tubos GM colineales. Los telescopios paralelos y perpendiculares medían la suma de los recuentos debidos a protones superiores a 70 MeV y electrones superiores a 6,5 ​​MeV, y la suma de los recuentos debidos a protones superiores a 65 MeV y electrones superiores a 6 MeV, respectivamente. También se acumulaban los recuentos registrados en cualquiera de los cuatro tubos GM. Estos recuentos omnidireccionales se debían a protones superiores a 50 MeV más electrones superiores a 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 lo tanto, cualquier tasa de recuento se medía durante 40 segundos una vez cada 5,46 minutos. ^{[ 9 ]}

La copa de Faraday de cinco elementos a bordo del Explorer 21 midió electrones entre 130 y 265 eV e iones en las siguientes cinco ventanas de energía: 40 a 90, 95 a 230, 260 a 650, 700 a 2000 y 1700 a 5400 eV. Para cada intervalo de 5,46 minutos, se registraron 22 muestras de corriente instantáneas utilizables para cada ventana de energía, separadas por 0,16 segundos entre sí. Se utilizaron dos placas colectoras para obtener información sobre la variación angular fuera del plano de rotación del satélite. La suma y la diferencia de las corrientes en las dos placas y la dirección con la corriente máxima se telemetrizaron. El efecto de los electrones secundarios no se ha eliminado y podría ser muy significativo dentro de la plasmasfera terrestre . ^{[ 10 ]}

Cada uno de los dos magnetómetros de flujo magnético 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. La sensibilidad de los detectores fue de ±0,25 nT, y la incertidumbre de la digitalización fue de ±0,40 nT. Se utilizó un magnetómetro de vapor de rubidio para calibrar los magnetómetros de flujo magnético, pero no produjo un conjunto de datos útil de forma independiente. Los magnetómetros funcionaron normalmente durante toda la vida útil del satélite. ^{[ 11 ]}

Este experimento, diseñado para medir flujos de partículas atrapadas geomagnéticamente, consistió en una cámara de ionización tipo Neher de 7,6 cm de diámetro y dos tubos Geiger-Müller (GM) Anton 223. La cámara de ionización respondía a electrones y protones con energías superiores a 1 y 17 MeV, respectivamente. Ambos tubos GM estaban montados en paralelo al eje de rotación de la nave espacial. El tubo GM A detectaba electrones con energías superiores a 45 keV dispersados ​​por 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 rotación de la nave espacial. El tubo GM A respondía omnidireccionalmente a electrones y protones con energías superiores a 6 y 52 MeV, respectivamente. El tubo GM B apuntaba directamente al espacio a través de un orificio en la superficie de la nave espacial. El cono de aceptación para el tubo GM B tenía un ángulo completo de 38°, y su eje de simetría era paralelo al eje de rotación de la nave espacial. De forma omnidireccional, el tubo GM B respondió a electrones y protones con energías superiores a 6 y 52 MeV, respectivamente. De forma direccional, el tubo GM B respondió a electrones y protones con energías superiores a 40 y 500 keV, respectivamente. Los pulsos de la cámara de ionización se acumularon durante 326,08 s y se leyeron una vez cada 327,68 segundos. Los recuentos del tubo GM A se acumularon durante 39,36 segundos y se leyeron seis veces cada 327,68 segundos. Los recuentos del tubo GM B se acumularon durante 39,36 segundos y se leyeron cinco veces cada 327,6 segundos. ^{[ 12 ]}

El analizador de potencial de retardo era una copa de Faraday de cuatro elementos. Estaba montado perpendicularmente al eje de rotación de la nave espacial y tenía un ángulo de visión efectivo de 5 sr. El experimento operó durante 5,2 s en cada uno de los cuatro modos una vez cada 648 s. En dos modos, se determinaron espectros de 15 pasos para iones con potenciales de retardo en los rangos de -5 V a +15 V y de -5 V a +45 V. En los otros dos modos, se obtuvo información similar para electrones cambiando los signos de los potenciales. El instrumento experimentó contaminación por electrones secundarios, pero proporcionó datos prácticamente continuos hasta el 5 de abril de 1965. ^{[ 13 ]}

Un analizador electrostático cuadrisférico con un colector de corriente y un amplificador de electrómetro estaba diseñado para detectar y analizar el componente de iones positivos del plasma incidente y estudiar sus características de flujo generales. El monitoreo previsto del medio interplanetario no se logró debido a que el apogeo alcanzado por el satélite fue menor de lo esperado. Los protones se analizaron en 12 canales de energía entre 0,7 y 8 keV. El instrumento estaba montado en el plano ecuatorial del satélite y tenía un ángulo de visión de 15° en este plano y de 90° en el plano que contenía el eje de rotación. El plano ecuatorial del satélite se dividió en tres sectores contiguos (61°, 95° y 204°) mediante un sensor de aspecto óptico. El flujo máximo en un sector se registró a un potencial de placa del analizador por revolución del satélite (no se conservó información sobre la posición dentro del sector en la que ocurrió el flujo máximo). Después de 12 revoluciones, se habían escaneado todos los canales de energía y el proceso se repitió para el siguiente sector. Se realizó un escaneo completo de energía y sector cada 5,46 minutos. Dado que el instrumento no era capaz de observar el plasma magnetosférico, no se obtuvieron datos durante el tiempo en que el satélite se encontraba en la magnetosfera . Los datos podrían ser útiles para identificar la magnetopausa y la onda de choque. ^{[ 14 ]}