Examen ISEE-2

La ISEE-2 ( International Sun-Earth Explorer-B o ISEE-B ) fue una nave espacial hija de la clase Explorer, International Sun-Earth Explorer-2, que formaba parte de la misión madre/hija/heliocéntrica (ISEE-1, ISEE-2, ISEE-3). La ISEE-2 era una sonda espacial de 165,78 kg (365,5 lb) utilizada para estudiar los campos magnéticos cerca de la Tierra . ^[2] La ISEE-2 era una nave espacial estabilizada por giro y se basaba en el diseño de la serie anterior de naves espaciales IMP ( Interplanetary Monitoring Platform ). ^[2] La ISEE-1 y la ISEE-2 se lanzaron el 22 de octubre de 1977 y volvieron a entrar en órbita el 26 de septiembre de 1987. ^[3]

El programa fue una misión cooperativa entre la NASA y la ESRO (posteriormente Agencia Espacial Europea (ESA)), un memorando de entendimiento (MOU) entre la NASA y la Agencia Espacial Europea, se firmó en marzo de 1975. ^[4] El programa fue diseñado para estudiar la interacción entre el campo magnético de la Tierra y el viento solar . Al menos 32 instituciones estuvieron involucradas, y el enfoque estaba en comprender los campos magnéticos. ^[2] ISEE-1 e ISEE-3 fueron construidos por la NASA, mientras que ISEE-2 fue construido por la ESA. Los tres tenían instrumentos complementarios apoyados por el mismo grupo de más de 100 científicos. ^[2]

Los objetivos de la misión eran: (1) investigar las relaciones solar-terrestres en los límites más externos de la magnetosfera de la Tierra , (2) examinar en detalle la estructura del viento solar cerca de la Tierra y la onda de choque que forma la interfaz entre el viento solar y la magnetosfera de la Tierra, (3) investigar los movimientos y los mecanismos que operan en las capas de plasma, y ​​(4) continuar la investigación de los rayos cósmicos y los efectos de las erupciones solares en la región interplanetaria cerca de 1 UA . Las tres naves espaciales llevaban una serie de instrumentos complementarios para realizar mediciones de plasmas , partículas energéticas, ondas y campos. De este modo, la misión amplió las investigaciones de las naves espaciales IMP anteriores. La parte madre/hija de la misión consistió en dos naves espaciales (ISEE-1 e ISEE-2) con capacidad de mantenimiento de la posición en la misma órbita geocéntrica altamente excéntrica con un apogeo de 23 radios terrestres (R _e ). ^[1] Durante el transcurso de la misión, los parámetros orbitales de ISEE-1 e ISEE-2 sufrieron variaciones a corto y largo plazo debido a perturbaciones solares y lunares . Estas dos naves espaciales mantuvieron una pequeña distancia de separación y realizaron mediciones simultáneas coordinadas para permitir la separación de irregularidades espaciales y temporales en el viento solar cercano a la Tierra, el arco de choque y dentro de la magnetosfera. Al maniobrar ISEE-2, se permitió que la separación entre naves espaciales medida cerca del arco de choque de la Tierra variara entre 10 km (6,2 mi) y 5000 km (3100 mi); su valor se conoce con precisión como una función del tiempo y la posición orbital. ^[3]

ISEE-2 era un cilindro de 16 lados de 1,27 m (4 pies 2 pulgadas) de diámetro y 1,14 m (3 pies 9 pulgadas) de altura. ^[5] ISEE-2 tenía un propulsor para ajustar el espaciamiento entre las dos naves espaciales, dependiendo del objetivo deseado. Los primeros resultados del dúo indicaron que al tener dos naves espaciales, se podrían detectar las "variaciones espaciales y temporales en la magnetosfera y el viento solar". ^[6]

Las naves espaciales estaban estabilizadas por rotación, con los vectores de rotación mantenidos nominalmente dentro de 1° de la perpendicular al plano de la eclíptica , apuntando al norte. Las velocidades de rotación eran nominalmente de 19,75 rpm para ISEE-1 y 19,8 rpm para ISEE-2, de modo que había una rotación diferencial lenta entre las dos naves espaciales. El panel solar montado en el cuerpo de ISEE-2 suministró aproximadamente 112 vatios en el lanzamiento. La velocidad de datos de ISEE-2 fue de 2048 bit/s la mayor parte del tiempo y de 8192 bit/s durante una órbita de cada cinco (con algunas excepciones). ^[3]

Este experimento fue diseñado para determinar, utilizando instrumentación idéntica en la nave espacial madre/hija, la extensión espacial, la velocidad de propagación y el comportamiento temporal de una amplia variedad de fenómenos de partículas. Los electrones se midieron a 2 y 6 keV y en dos bandas: 8 a 200 keV y 30 a 200 keV. Los protones se midieron a 2 y 6 keV y en tres bandas: 8 a 200 keV, 30 a 200 keV y 200 a 380 keV. El umbral de 30 keV podía controlarse a 15 o 60 keV. La instrumentación idéntica en cada nave espacial consistía en un par de telescopios detectores de semiconductores de barrera de superficie (uno con una lámina y otro sin lámina) y cuatro analizadores electrostáticos de voltaje fijo (dos para electrones y dos para protones). Se utilizaron multiplicadores de canal como detectores con los analizadores de voltaje fijo. Los telescopios tenían un cono de visión con un semiángulo de 40°, orientado aproximadamente a 20° respecto al eje de giro. ^[7]

Este experimento fue diseñado para estudiar las distribuciones de velocidad del plasma y sus variaciones espaciales y temporales en el viento solar , el arco de choque , la magnetosvaina , la magnetopausa y la cola magnética (dentro de la magnetosfera). Se midieron distribuciones de velocidad unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales para iones positivos y electrones utilizando dos analizadores electrostáticos esféricos de 90° con multiplicadores de electrones de canaltrón como detectores. Junto con una instrumentación similar (1977-102A-01) para la nave espacial nodriza, se midieron protones de 50 eV a 40 keV (y electrones de 5 eV a 20 keV) con una resolución de energía del 10% en dos rangos cada uno. ^[8]

Este experimento fue diseñado para estudiar, por medio de instrumentación idéntica en la nave espacial madre/hija, las variaciones espaciales y temporales del viento solar y los electrones e iones de la magnetoscopía. Los protones y electrones en el rango de energía de 1 eV a 45 keV se midieron en 64 bandas de energía contiguas con una resolución de energía (delta E/E) de 0,16. Un analizador de energía diferencial de protones y electrones de baja energía cuadrisférico (LEPEDEA), que emplea siete multiplicadores de electrones de canal continuo en cada uno de sus dos analizadores electrostáticos (uno para protones y otro para electrones) fue volado tanto en la nave espacial madre como en la hija. Todo menos el 2% del ángulo sólido de 4 pi-sr fue cubierto por vectores de velocidad de partículas. También se incluyó un tubo Geiger-Müller , con un campo de visión cónico de 40° de ángulo completo, perpendicular al eje de giro. Este detector era sensible a electrones con E>45 keV y a protones con E>600 keV. ^[9]

Este experimento fue diseñado para identificar y estudiar las inestabilidades del plasma responsables de la aceleración, los mecanismos de fuente y pérdida, y los fenómenos de frontera e interfaz a lo largo del rango orbital de los satélites madre/hija. Se instaló un telescopio de protones y un espectrómetro de electrones en cada nave espacial para medir espectros de energía detallados y distribuciones angulares. Estos detectores utilizaron dispositivos de estado sólido de silicio, con barrera de superficie, totalmente agotados, de varios espesores, áreas y configuraciones. Se midieron protones en 5 direcciones y 12 canales de energía entre 20 keV y 2 MeV y electrones en 5 direcciones y 12 canales de energía entre 20 keV y 300 keV (hasta 1,2 MeV para la dirección de 90°). Los datos se acumularon en hasta 32 sectores por giro. ^[10]

El contenido total de electrones entre la madre y la hija se obtuvo midiendo el retraso de fase introducido por el plasma ambiental en una onda de frecuencia de aproximadamente 683 kHz, transmitida desde la madre (experimento -08) y recibida en la hija. La fase se comparó con una señal coherente en fase transmitida desde la madre a la hija por modulación en una portadora de frecuencia lo suficientemente alta (272,5 MHz) para que no se viera afectada por el plasma ambiental. ^[11]

En este experimento, un magnetómetro de bobina de búsqueda de un solo eje con un núcleo de alta permeabilidad y dos dipolos de campo eléctrico (30 m (98 pies) de punta a punta y 0,61 m (2 pies 0 pulgadas)) midieron los fenómenos de onda que ocurren dentro de la magnetosfera y el viento solar en conjunción con un experimento similar (1977-102A-07) volado en la nave espacial nodriza. Las antenas se montaron perpendicularmente al eje de giro. La instrumentación estaba compuesta de dos elementos: (1) un analizador de espectro de alta resolución temporal con 16 canales de frecuencia (idénticos a los del ISEE 1) de 5,62 Hz a 31,1 kHz donde todos los canales se muestrearon 1 o 4 veces por segundo, dependiendo de la tasa de bits ; y (2) un receptor de banda ancha para acondicionar las formas de onda eléctricas y magnéticas para su transmisión al suelo a través del transmisor analógico de propósito especial. Había dos canales de frecuencia básicos, de 10 Hz a 1 kHz y de 650 Hz a 10 kHz. Además, el rango de frecuencia podía modificarse mediante un esquema de conversión de frecuencia a cualquiera de ocho rangos hasta 2,0 MHz. ^[12]

Este instrumento fue diseñado para medir las distribuciones angulares y los espectros de energía de los iones positivos en el viento solar. La principal región de interés se encontraba fuera de la magnetopausa (mayor que 8 radios terrestres). Se utilizaron dos analizadores electrostáticos hemisféricos para cubrir el rango de energía de 100 eV a 10 keV/Q en hasta 64 canales de energía. Había dos modos de operación: uno para alta resolución temporal y otro para alta resolución energética. Los niveles de energía se mantuvieron constantes a lo largo de una revolución completa de la nave espacial. ^[13]

La investigación de campos magnéticos seleccionada para ISEE-1 e ISEE-2 tenía como objetivos principales el estudio de las firmas magnéticas de los fenómenos magnetosféricos y las ondas magnetohidrodinámicas en y alrededor de la magnetosfera, y proporcionar datos de apoyo para otros experimentos en la nave espacial, como las investigaciones de campo eléctrico , partículas y ondas de plasma. En este magnetómetro de compuerta de flujo triaxial , tres sensores de núcleo de anillo en una tríada ortogonal estaban encerrados en un mecanismo de aleta en el extremo del brazo del magnetómetro. La unidad electrónica estaba en el cuerpo principal de la nave espacial al pie del brazo. El magnetómetro tenía dos rangos operativos de ± 8192 nT y ± 256 nT en cada componente vectorial. Los datos se digitalizaban y promediaban dentro del instrumento para proporcionar una mayor resolución y proporcionar filtrado de Nyquist. Había dos modos para la transmisión de los datos promediados. En el modo de operación de doble precisión, se transmitían muestras de datos de 16 bits. Esto proporcionó una resolución máxima de ± 1/4 nT o 1/128 nT en los rangos de baja y alta sensibilidad. El funcionamiento de este experimento fue casi nominal hasta el reingreso de la nave espacial el 26 de septiembre de 1987. Los usuarios de los datos de este experimento deben tener en cuenta el hecho de que el promedio de muestras de 12 bits para crear muestras de 16 bits funcionó bien en el plano de espín, pero en situaciones durante las cuales el campo a lo largo del eje de espín era tranquilo en relación con el tamaño de una ventana digital, el magnetómetro devolvió solo una muestra de 12 bits. Esto fue particularmente notable cuando la nave espacial estaba en el viento solar y el instrumento funcionó en su rango de baja ganancia (8192 nT), y cuando la nave espacial estaba en regiones tranquilas de la magnetosfera en el modo de baja ganancia. La primera situación limitaba la resolución del campo medido a 4 nT en el modo de doble precisión en el que habitualmente se operaba el magnetómetro, y la segunda situación creaba, a medida que la nave espacial se movía a través del gran gradiente del campo magnético de la Tierra, un patrón escalonado de cambios de campo de tamaño 4 nT que podían confundirse con ondas. Otra anomalía operativa era la saturación de un sensor durante los cambios de ganancia. En esos momentos, los 3 componentes del campo magnético se deducían a partir de un tono de espín y del campo a lo largo del eje de espín, lo que limitaba la resolución temporal del instrumento por debajo de la frecuencia de espín. Se hizo todo lo posible para minimizar los errores de nivel cero, los errores administrativos y otras anomalías de procesamiento de datos dentro de los recursos disponibles. Sin embargo, estos recursos eran muy limitados y la financiación cesó antes de que se pudiera verificar todo el conjunto de datos presentado. ^[14]

ISEE-1 y ISEE-2 permanecieron cerca de la Tierra. ISEE-3 fue la primera nave espacial que se colocó en una órbita de halo en el punto de Lagrange Tierra-Sol L ₁ y luego se desplegó en una órbita heliocéntrica . ^[2]

Tanto el ISEE-1 como el ISEE-2 reingresaron a la atmósfera de la Tierra durante la órbita 1518 el 26 de septiembre de 1987. Diecisiete de los 21 experimentos a bordo estaban operativos al final. ^[3]

• Certificado ISEE-1
• Examen ISEE-3
• Explorador cometario internacional (ISEE-3, lanzado en 1978)
• Lista de misiones de heliofísica
• Organización Europea de Investigación Espacial
• Sondas Van Allen