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QRP fuera de este mundo: Voyagers I y II

Naves espaciales Voyager: más allá del sistema solar
La potencia de transmisión de la Voyager 1 es inferior a los 20 watts.
Debilitada por la distancia, llega a la Tierra una señal del orden de 10-17,26 miliwatts.

…o sea que son unos  0.000000000000000001 miliwatts !!! ( no hay que quejarse de reportes bajitos )

Por Elizabeth Howell, colaboradora de Space.com |

Las sondas gemelas Voyager de la NASA: Voyager 1 y Voyager 2- se lanzaron en 1977 para explorar los planetas exteriores de nuestro sistema solar. El Voyager 2 se lanzó el 20 de agosto de 1977 y el Voyager 1 se lanzó unas dos semanas más tarde, el 5 de septiembre. Desde entonces, la nave espacial ha estado viajando a lo largo de diferentes rutas de vuelo ya diferentes velocidades. El Voyager 1 pasó el límite del espacio interestelar en 2012, mientras que el Voyager 2 se encuentra en los confines del sistema solar.

Una ilustración de artista de la nave espacial Voyager 1 de la NASA, el objeto más alejado construido por la humanidad desde la Tierra, que se lanzó en 1977 y se dirige hacia el espacio interestelar.

Una ilustración de artista de la nave espacial Voyager 1 de la NASA, el objeto más alejado construido por la humanidad desde la Tierra, que se lanzó en 1977 y se dirige hacia el espacio interestelar.

Crédito: NASA

El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, continúa operando ambas naves espaciales. Ambos todavía están enviando información científica sobre su entorno a través de la Deep Space Network de la NASA , que es un conjunto de antenas diseñadas para recopilar datos de naves espaciales profundas. En 2017, ambas naves superaron un hito: 40 años operando en el espacio.

La NASA lanzó la nave espacial Voyager en 1977 para aprovechar una alineación rara entre los cuatro planetas exteriores (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) que no tendría lugar durante 175 años más. Una nave espacial que visite cada planeta podría usar una ayuda gravitatoria para pasar al siguiente, ahorrando combustible. El plan original requería el lanzamiento de dos pares de naves espaciales: un par para visitar Júpiter, Saturno y Plutón, y el otro para observar a Júpiter, Urano y Neptuno. El plan fue reducido debido a razones presupuestarias, resultando en dos naves espaciales: Voyager 1 y Voyager 2.

La principal misión de cinco años de los Voyager incluyó la exploración en primer plano de Júpiter y Saturno, los anillos de Saturno y las lunas más grandes de los dos planetas. La misión se amplió después de una sucesión de descubrimientos. Después de pasar por Saturno en 1980, el Voyager 1 dio un giro brusco en el plano del sistema solar. La trayectoria de la Voyager 2, sin embargo, fue planeada para superar a Urano y Neptuno. Si bien el presupuesto inicial para el Voyager 2 no garantizaba que durara lo suficiente como para transmitir imágenes de esos dos planetas, prosperó e hizo vuelos exitosos de Urano en 1986 y Neptuno en 1989.

Entre ellos, las dos naves espaciales han explorado todos los planetas exteriores gigantes de nuestro sistema solar, Júpiter , Saturno , Urano y Neptuno , así como 49 lunas, y los sistemas de anillos y campos magnéticos que poseen esos planetas. [Galería de imágenes: fotos de las sondas Voyager 1 y 2 de la NASA ]

El 13 de agosto de 2011, el Voyager 2 se convirtió en la misión más larga de la NASA cuando batió el récord previo de 12.758 días de operación establecido por la sonda Pioneer 6, que se lanzó el 16 de diciembre de 1965 y envió su última señal a casa el 8, 2000.

Estos son algunos de los logros del programa Voyager mientras la nave todavía volaba más allá de los planetas, según la NASA:

  • Se examinó la atmósfera de Júpiter, incluidos sus huracanes.
  • Encontré volcanes activos en Io, una luna de Júpiter, así como un “toro” (un anillo de azufre y oxígeno que Io está desprendiendo).
  • Vio evidencia de un océano debajo de Europa, una luna helada de Júpiter.
  • Miró en detalle los anillos de Saturno; ondas observadas, estructura y “lunas pastoras” que influyen en la forma de su anillo F.
  • Vio evidencia de una atmósfera alrededor de Titán, una luna de Saturno, que los científicos identificaron correctamente como compuesta principalmente de metano.
  • Descubrió una gran mancha oscura en Neptuno, que es una gran tormenta.
  • Vio géiseres activos en Tritón, una luna helada de Neptuno

La misión actual, la Misión Interestelar Voyager, se planeó para explorar el borde más externo de nuestro sistema solar y, finalmente, dejar la esfera de influencia de nuestro sol para entrar en el espacio interestelar: el espacio entre las estrellas. Desde que pasó el límite del espacio interestelar en 2012, el Voyager 1 está examinando la intensidad de la radiación cósmica y también observa cómo las partículas cargadas del sol interactúan con las partículas de otras estrellas, según el científico del proyecto Voyager Ed Stone. La Voyager 2 todavía viaja dentro del sistema solar, pero se espera que rompa el espacio interestelar en los próximos años.

Ambas naves espaciales Voyager llevan mensajes grabados de la Tierra en discos fonográficos dorados: discos de cobre chapados en oro de 12 pulgadas. Un comité presidido por el fallecido astrónomo Carl Sagan seleccionó los contenidos de los registros de la NASA.

Los “Registros de oro”, como se llaman estos registros, son cápsulas de tiempo culturales que los Voyager llevan consigo a otros sistemas estelares. Contienen imágenes y sonidos naturales, saludos hablados en 55 idiomas y selecciones musicales de diferentes culturas y épocas.

Las observaciones del programa de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno también proporcionan valiosas piedras de toque para las observaciones actuales de estos planetas. La NASA envió sondas de seguimiento a Júpiter (Galileo, 1989-2003) y Saturno (Cassini, 1997-2017) para examinar estos planetas gigantes de cerca durante varios años, siguiendo los rápidos destellos proporcionados por la Voyager. Galileo y Cassini reunieron datos sobre las lunas heladas en sus respectivos planetas, así como información sobre la estructura y composición de los planetas gigantes, entre otras actividades.

La nave espacial Voyager gemela de la NASA se lanzó en agosto y septiembre de 1977. A bordo de cada nave espacial hay un registro dorado, una colección de vistas, sonidos y saludos desde la Tierra. Hay 117 imágenes y saludos en 54 idiomas, con una variedad de sonidos naturales y hechos por el hombre como tormentas, volcanes, lanzamiento de cohetes, aviones y animales.
La nave espacial Voyager gemela de la NASA se lanzó en agosto y septiembre de 1977. A bordo de cada nave espacial hay un registro dorado, una colección de vistas, sonidos y saludos desde la Tierra. Hay 117 imágenes y saludos en 54 idiomas, con una variedad de sonidos naturales y hechos por el hombre como tormentas, volcanes, lanzamiento de cohetes, aviones y animales.

Crédito: NASA

La misión Juno de la NASA se encuentra actualmente en órbita alrededor de Júpiter, mientras que tanto la NASA como la Agencia Espacial Europea planean misiones para examinar sus lunas heladas. La misión europea se llama JUICE, o JUpiter ICy lunas Explorer; se espera que se lance en 2022 para su llegada en 2029. La NASA está planificando una misión Europa que no se lanzaría antes de 2022, aunque podría partir más tarde. La Voyager 2 sigue siendo la única nave espacial que visita Urano y Neptuno, pero los astrónomos siguieron sus observaciones utilizando telescopios, especialmente el telescopio Keck y el Telescopio Espacial Hubble. La resolución de estos telescopios es suficiente para observar el desarrollo y la disipación de tormentas en estos planetas gigantes, así como para observar los cambios a gran escala en la atmósfera. A partir de mediados de 2017, la NASA también está contemplando el desarrollo de sondas del sistema solar que finalmente volarían más allá de Urano y Neptuno.

A partir de febrero de 2018, el Voyager tiene aproximadamente 141 unidades astronómicas (distancias sol-tierra) desde la Tierra. Eso es aproximadamente 13,2 mil millones de millas, o 21,2 mil millones de kilómetros. El Voyager 2 tiene alrededor de 117 unidades astronómicas de la Tierra, aproximadamente 10,9 mil millones de millas (17,5 mil millones de kilómetros). Puede ver sus distancias actuales en este sitio web de la NASA .

Se espera que la nave espacial Voyager siga transmitiendo información hasta aproximadamente 2025. A finales de 2017, la NASA anunció que pudo reutilizar los propulsores de respaldo en la nave espacial Voyager 1 para mejorar su capacidad de apuntar hacia la Tierra. (Los propulsores fueron utilizados por última vez para su sobrevuelo de Saturno en 1980 y permanecieron inutilizados durante 37 años, hasta que la NASA los reactivó). Esto le permitirá enviar y recibir información de los controladores durante otros dos o tres años, dijo la NASA en ese momento.

Incluso después de apagarse, el Voyager 1 y el 2 continuarán desplazándose en el espacio interestelar; ambos pasarán por otras estrellas en unos 40,000 años, según la NASA. Voyager 1 estará a 1.6 años luz de AC + 79 3888, una estrella en la constelación de Camelopardalis. Voyager 2 volará dentro de 1.7 años luz de Ross 248; en 296,000 años, también llegará a 4.3 años luz de Sirius, que es la estrella más brillante en el cielo de la Tierra.

Las sondas no tripuladas Voyager 1 y 2 se lanzaron en 1977 en una misión para visitar todos los planetas exteriores del sistema solar. <a href="http://www.space.com/17458-voyager-spacecraft-explained-solar-system-infographic.html"> Vea cómo funcionaba la nave espacial Voyager en esta infografía de SPACE.com aquí </a>.

Las sondas no tripuladas Voyager 1 y 2 se lanzaron en 1977 en una misión para visitar todos los planetas exteriores del sistema solar. Vea cómo la nave espacial Voyager trabajó en esta infografía de SPACE.com aquí .

Crédito: Karl Tate, SPACE.com

 


A 40 años del lanzamiento de las naves Voyager 1 y 2.

Carlos Duarte Muñoz

Fecha: 2018-01-08


A cuarenta años después de que partieron de la Tierra, las naves Voyager 1 y Voyager 2 de la NASA se siguen comunicando con nosotros mientras se adentran cada vez más en el espacio profundo. Las dos naves espaciales están mucho más allá de los planetas del sistema solar y la Voyager 1 actualmente está acelerando a través del espacio interestelar, más allá de la heliosfera.

Figura 1. Concepción artística de la nave Voyager. Cortesía NASA.

Orígenes

 

La misión Voyager fue diseñada para aprovechar una rara alineación de los planetas exteriores que se dió a fines de los años 70.  Esto permitió realizar una travesía por los cuatro planetas con un mínimo de gasto propelente y tiempo de viaje. Esta posición relativa de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, que ocurre cada 175 años, permite que una nave espacial en una trayectoria de vuelo diseñada ex-profeso navegue de un planeta a otro sin la necesidad de emplear grandes sistemas de propulsión a bordo. El vuelo sobre cada planeta modifica la trayectoria de la nave y aumenta su velocidad lo suficiente como para entregarla al siguiente destino. Usando esta técnica de “asistencia gravitatoria”, demostrada por primera vez con la misión Mariner 10 Venus / Mercury de la NASA en 1973-74, el tiempo de vuelo a Neptuno se redujo de 30 a 12 años.

 

Si bien se sabía que la misión de cuatro planetas era posible, se consideró que era demasiado costoso construir una nave espacial que pudiera recorrer la distancia, llevar los instrumentos necesarios y durar el tiempo suficiente para lograr una misión tan larga. Por lo tanto, las Voyager fueron financiadas para llevar a cabo estudios intensivos de sobrevuelo de Júpiter y Saturno solamente. Se estudiaron más de 10,000 trayectorias antes de elegir las dos que permitirían acercamientos estrechos de Júpiter y su gran luna Io, y a Saturno y su gran luna Titán; la ruta de vuelo elegida para la Voyager 2 también conserva la opción de continuar hacia Urano y Neptuno.

 

Las Voyager 1 y Voyager 2 fueron lanzadas por la NASA en el verano de 1977 desde Cabo Cañaveral, Florida. La Voyager 2 se lanzó el 20 de agosto de 1977, primero que la Voyager 1, lo cual es una fuente de confusión. Posteriormente, el 5 de septiembre de 1977, se lanzó la Voyager 1. De acuerdo al diseño original de la misión, las Voyager realizarían estudios sobre Júpiter y Saturno, los anillos de Saturno y las lunas más grandes de los dos planetas.

 

Sin embargo, a  medida que las naves volaron a través del sistema solar, se fueron reprogramando para dotarlas de mayores capacidades de las que poseían cuando abandonaron la Tierra. Su misión de dos planetas se convirtió en cuatro. Eventualmente, entre las dos, Voyager 1 y 2 explorarían todos los planetas exteriores gigantes de nuestro sistema solar, 48 de sus lunas y los sistemas únicos de anillos y campos magnéticos que poseen esos planetas. Sus vidas de cinco años se extendieron a 12 y más. En la Figura 2 se muestra la trayectoria de las dos sondas en su viaje sobre el sistema solar.

Figura 2. Trayectoria de las sondas Voyager. Cortesía JPL.

Tecnología resistente al tiempo.

 

Las sondas Voyager se fabricaron con tecnología de los años 70´s del siglo pasado, por lo que en comparación a la tecnología actual son muy primitivas. Sin embargo fueron diseñadas tan bien, que hasta la fecha muchas de sus funciones operan todavía.

Por ejemplo, las computadoras a bordo de las sondas Voyager contienen un total de 68 kilobytes de memoria. Eso es suficiente para almacenar un archivo promedio jpeg. Los datos que registran se almacenan en grabadoras magnéticas digitales de 8 pistas, las cuales se sobre-escriben con nueva información una vez que ésta se transmite a la Tierra. Las computadoras de las sondas Voyager son capaces de ejecutar aproximadamente 81,000 instrucciones por segundo. En comparación, un teléfono inteligente típico es unas 7,500 veces más rápido.

 

Las comunicaciones de enlace ascendente se realizan a través de la banda S (velocidad de comando de 16 bits / seg) mientras que un transmisor de banda X proporciona telemetría de enlace descendente a 160 bits / seg normalmente y 1.4 kbps para la reproducción de datos de ondas de plasma de alta velocidad. Todos los datos se transmiten y reciben en la nave espacial a través de la antena de alta ganancia (HGA) de 3,7 metros. En comparación, una conexión de internet lenta puede entregar al menos 56 kilobits por segundo.

 

El subsistema de control de orientación y articulación (AACS) controla la orientación de la nave espacial, mantiene el apuntamiento de la antena de alta ganancia hacia la Tierra, controla las maniobras de orientación y posiciona la plataforma de exploración.

 

La Voyager 1 tiene tres generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) que utilizan el calor generado por una reacción nuclear que utiliza el isótopo de plutonio 238 para calentar termopares y transformar el calor directamente en energía eléctrica. Estos generadores producían en total aproximadamente 470 Watts de potencia eléctrica en el momento del lanzamiento. Como la potencia que generan los RTG disminuye con el tiempo (debido a la vida media de 87.7 años del combustible y la degradación de los termopares), en la actualidad la potencia que entregan es de menos de 250 Watts.  A medida que la potencia eléctrica disminuye, las cargas de potencia en la nave espacial deben apagarse para evitar que la demanda exceda el suministro. A medida que se desconectan las cargas, se eliminan algunas capacidades de la nave espacial.

 

Operación constante

 

Cuando se lanzaron, se supuso que las naves Voyager perderían contacto con la Tierra a los pocos años de iniciada la misión. Sin embargo, incluso con 40 años de vuelo espacial, las Voyager todavía están enviando datos valiosos. Es por esto que, de acuerdo a Suzanne Dodd, la gerente del proyecto Voyager,  “…Hoy las Voyager 1 y 2 son tan saludables como pueden ser las personas mayores…Cada una de ellas ha tenido diferentes dolencias a lo largo de los años”. Por ejemplo, “Voyager 2 es sorda: cada vez que enviamos un comando a la nave espacial tenemos que ponerla en dos frecuencias diferentes para que la nave espacial lo escuche. Voyager 1 no tiene un instrumento operativo de ciencia de plasma, y lo que eso significa es que no puede sentir directamente el viento solar y las partículas cargadas de alta energía provenientes del sol “, dijo Dodd.

 

El equipo científico se comunica con la Voyager 1 y 2 todos los días y, por lo general, necesita al menos cuatro horas para realizar todas sus comprobaciones de salud y seguridad. En un día típico, los investigadores podrían emplear unas 8 horas enviando comandos y recibiendo datos. El software original de control y análisis de las naves espaciales fue escrito en Fortran 5 (más tarde transferido a Fortran 77). Algunos de los programas se encuentran todavía en Fortran, aunque algunos módulos han sido traducidas a lenguaje C.

 

La potencia de transmisión de comunicaciones de la Voyager 1 es de unos 20 Watts, más o menos lo que consume una bombilla de luz de un refrigerador. Para cuando la señal llega a la Tierra, la potencia se ha reducido a aproximadamente a 10-16 Watts. Para recibir la señal, la NASA opera el Deep Space Network, un sistema de comunicaciones con antenas en California, España y Australia, (cada una con una separación de aproximadamente 120 grados, de manera que se cubre toda la Tierra). En cada uno de estos sitios se tienen antenas parabólicas muy grandes, -entre 30 y 70 metros de diámetro, aproximadamente- que reciben las señales y las amplifican a niveles apropiados para su procesamiento. A la fecha, la operación de las sondas Voyager, es un ejemplo de lo que la buena ingeniería espacial puede producir.

 

El Disco Dorado

 

Como una botella arrojada al océano cósmico, cada una de las sondas Voyager 1 y 2, lleva un Disco Dorado, un disco de cobre cubierto con oro de 12 pulgadas de diámetro que contiene un mensaje de la humanidad para quien lo recupere. El contenido del disco fue seleccionado para la NASA por un comité presidido por Carl Sagan de la Universidad de Cornell, Alabama. El disco contiene saludos en 55 idiomas humanos, así como sonidos naturales tan diversos como el llanto de un niño, el canto de un gallo y los cantos de las ballenas jorobadas. También contiene 115 imágenes que muestran diferentes aspectos de la vida en la Tierra, 27 piezas musicales tradicionales de diferentes culturas de todo el mundo y un ensayo que cuenta la historia de nuestro planeta desde su formación más temprana, la evolución de la vida y el desarrollo de la tecnología hasta el presente. Cada disco está envuelto en una cubierta protectora de aluminio junto con un cartucho y una aguja, e instrucciones que explican cómo reproducir el disco, así como indicaciones del sitio en el que se originó la nave espacial.

Figura 3. Carl Sagan y el Disco Dorado.

Figura 4. Localización del Disco Dorado en el Voyager 1. Cortesía NASA.

En el futuro, los científicos de la NASA tendrán que decidir qué instrumentos apagar para conservar la energía de los generadores nucleares de la nave espacial, algunos instrumentos estarán funcionando hasta el año 2025, y quizás más. Las comunicaciones se mantendrán hasta que la fuente de energía nuclear de la nave espacial ya no pueda suministrar suficiente energía eléctrica para alimentar funciones críticas. Hasta entonces, todavía hay mucho que aprender sobre el límite de nuestra heliosfera y lo que se encuentra más allá en el espacio entre las estrellas.

 

Un pálido punto azul

 

El 14 de febrero de 1990, Voyager 1 tomó una fotografía de la Tierra desde una distancia de 6,000 millones de kilómetros y aproximadamente a 32 grados por encima de la eclíptica. Desde esa gran distancia, la Tierra es un mero punto de luz, menos que el tamaño de un elemento de imagen. Esta fotografía inspiró al científico Carl Sagan a realizar un video denominado Un pálido punto azul, en el que hace una reflexión filosófica sobre lo insignificante que es la Tierra en la vastedad del universo.

Figura 5. Pálido Punto Azul. Cortesía NASA.

 

Las dos sondas Voyager han expandido enormemente nuestro conocimiento del espacio exterior ya que han transmitido asombrosas imágenes del sistema solar que nos han permitido conocer en mayor detalle los sistemas planetarios de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

 

A la fecha, Voyager 1 es el objeto fabricado por el hombre más distante de la Tierra. La nave sigue viajando a través del espacio interestelar a aproximadamente a  61,000 kilómetros por hora y se encuentra a una distancia de más de 21 mil millones de kilómetros de la Tierra. La Voyager 1, voló más allá de Júpiter y Saturno, y luego se inclinó hacia el norte fuera del plano de las órbitas de los planetas.

 

En la actualidad, la Voyager 2 está mucho más cerca de la Tierra que la Voyager 1, a casi 18 mil millones de kilómetros de nosotros y se dirige en dirección opuesta a la Voyager 1, es decir hacia el polo sur celeste.

 

La misión de las Voyager representa hasta la fecha el viaje de descubrimiento más ambicioso de la humanidad. La información que han enviado las dos sondas ha revolucionado las ciencias planetarias y nos ha dado información valiosa para conocer el origen y evolución de los planetas en nuestro sistema solar.

 

A la velocidad a la que se mueven actualmente, las sondas Voyager, tardarán unos 40,000 años en acercarse a la estrella más cercana a nuestro sistema solar y eventualmente orbitarán toda la galaxia con un periodo del orden de cientos de millones de años. Es asombroso pensar que es muy posible que las sondas continúen su viaje interestelar mucho tiempo después de que la Tierra se haya desintegrado a causa del envejecimiento del sol, y sean testigos silenciosos del desarrollo tecnológico que lograron los seres humanos en la Tierra.

 

Para mayor información sobre la misión Voyager, consultar el sitio oficial de NASA: https://voyager.jpl.nasa.gov/


La historia de las Voyager, los mensajeros interestelares de la humanidad

¿Qué misión espacial no tripulada es la más importante de todos los tiempos? Hay muchas candidatas, pero tanto por sus resultados científicos como por el impacto que causaron en toda una generación, me quedo con las sondas Voyager, los viajeros cósmicos por antonomasia. Las Voyager nos descubrieron un Sistema Solar exterior fascinante, complejo y misterioso a partes iguales. Incluso hoy, acostumbrados como estamos a las espectaculares imágenes de sondas como la Cassini o Curiosity, las fotografías de las Voyager siguen siendo mágicas. Como muestra, vale la pena recrearse en esta asombrosa imagen de Júpiter compuesta por Björn Jónsson a partir de 14 fotografías originales de la Voyager 1 procesadas con técnicas actuales:

¿No es simplemente alucinante? Y lo más sorprendente es que se trata de imagenes tomadas hace más de treinta años.

El 5 de septiembre de 1977, hace ahora casi 35 años, la Voyager 1 despegó desde Cabo Cañaveral a bordo de un cohete Titán 3E-Centaur. A pesar de su nombre, la Voyager 1 fue lanzada después que su hermana -lanzada el 20 de agosto de ese mismo año-, pero como debía seguir una trayectoria más rápida hasta Júpiter, la NASA consideró que era mejor reservar el numeral ‘1’ para la primera nave que llegase al gigante joviano. En realidad, las Voyager debían haber pasado a la historia como las Mariner 11 y Mariner 12, y sólo a última hora -el 4 de marzo de 1977- se decidió bautizarlas con un nombre menos anodino y más acorde con su histórica misión. La elección del nombre corrió a cargo del equipo de la misión, quien también propuso nombres como Nomad o Pilgrim. Un programa de la NASA de finales de los años sesenta para mandar varias sondas a Marte también se había llamado Voyager, así que la elección causó cierto revuelo en la NASA por temor a que se confundieran los dos proyectos.

El Grand Tour, la oportunidad del siglo

La misión de las Voyager fue única en un sentido estricto. El destino quiso que los planetas exteriores del Sistema Solar se alineasen a finales de los años 70 para permitir que una nave espacial pudiera visitarlos en pocos años mediante maniobras de asistencia gravitatoria sin necesidad de consumir combustible. Fue una verdadera suerte que esta alineación se produjese justo cuando la humanidad había aprendido a viajar por el espacio. Si el Sputnik hubiese sido lanzado una década más tarde no habríamos podido aprovechar esta oportunidad y tendríamos que haber esperado a mediados del siglo XXII para que se volviese a repetir. Qué cortas son nuestras vidas comparadas con el movimiento de los planetas.

El primero en darse cuenta de las posibilidades prácticas de esta alineación planetaria fue Gary Flandro, un posgraduado del laboratorio JPL de la NASA. Flandro se basó a su vez en los estudios de Michael Minovich, un científico del JPL que en 1961 había detallado cómo llevar a cabo una misión a Mercurio utilizando la asistencia gravitatoria de Venus, esquema que finalmente sería usado por la sonda Mariner 10. Minovich también había estudiado en 1962 posibles misiones a los planetas exteriores y había llegado a la conclusión de que se podía lanzar una sonda a varios planetas exteriores en las ventanas de 1962-1966 y 1976-1980. En 1964, Flandro refinó los cálculos de Minovich y se dio cuenta de que una sola sonda lanzada en 1976-1978 podría visitar los cuatro planetas exteriores, o bien varias combinaciones de los mismos además de Plutón. La última vez que los planetas se habían alineado de forma parecida fue en 1801. Para apreciar el alcance del descubrimiento, hay que tener en cuenta que una misión sin asistencia gravitatoria que use métodos de propulsión convencionales tardaría treinta años en llegar a Neptuno…¡treinta años!. Y sin embargo, usando esta maniobra, sólo necesitaría doce. Flandro no se lo podía creer. La naturaleza había puesto a los planetas exteriores al alcance de la humanidad. Y durante unos días fue la única persona en el mundo que lo sabía.

Gary Flandro (NASA).

Flandro denominó a una hipotética misión de este tipo como Grand Tour. En realidad, el nombre no fue idea suya, sino que lo tomó prestado de la obra del italiano Gaetano Crocco, quien en 1956 había propuesto misiones a Venus y Marte usando maniobras de asistencia gravitatoria. Además de visitar Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno en un solo viaje -trayectoria JSUN-, la alineación planetaria de los 70 permitía visitar Júpiter, Urano y Neptuno -trayectoria JUN- o Júpiter, Saturno y Plutón -trayectoria JSP- por separado.

Las Voyager fueron en realidad un plan de contingencia propuesto por la NASA para aprovechar la irrepetible ventana de lanzamiento de 1977-1979. En principio, la agencia había propuesto una misión mucho más ambiciosa a cargo de cuatro sondas llamadas TOPS, más conocidas por el nombre que Flandro había hecho popular, Grand Tour. Además de los cuatro planetas gigantes, dos de estas cuatro naves hubieran visitado Plutón. Las sondas TOPS fueron canceladas por su excesivo coste, pero la NASA propuso rápidamente las misiones Mariner Jupiter-Uranus (MJU) y Mariner Jupiter-Saturn (MJS) para reemplazarlas. El proyecto Mariner Jupiter-Saturn de 1977 (MJS77) sería finalmente el elegido y evolucionaría hasta dar lugar a las Voyager. En principio, y para mantenerse dentro del magro presupuesto, las dos naves debían limitarse a sobrevolar Júpiter y Saturno, aunque serían capaces realizar el Grand Tour inicialmente previsto y visitar los cuatro planetas exteriores si la NASA recibía los fondos pertinentes. Paradójicamente, aunque el presupuesto inicial de las Voyager fue de 250 millones de dólares, muy inferior a los 750 millones del programa TOPS, la factura de final de la misión desde su comienzo hasta el siglo XXI terminaría alcanzado los 865 millones debido a las sucesivas misiones extendidas. Eso sí, el coste estaría repartido entre más de tres décadas de operaciones, así que probablemente las Voyager sean las misiones más eficientes jamás lanzadas teniendo en cuenta la relación entre el precio y los resultados científicos.

Emblema original de la misión MJS77 (fuente).

Pero había un problema. La ventana de lanzamiento de 1977 sólo permitía visitar los cuatro planetas gigantes siempre y cuando las naves no pasasen cerca de Ío y Titán, dos objetivos claves de la misión. Por este motivo, los encargados de la misión TOPS habían decidido en su momento mandar dos naves en la trayectoria Júpiter-Saturno-Plutón y otras dos en la ruta Júpiter-Urano-Neptuno. Por lo tanto, desde el principio se tomó la decisión de ‘sacrificar’ una de las dos Voyager para visitar Ío y Titán a poca distancia. La nave elegida, que finalmente sería la Voyager 1, no podría continuar hacia Urano y Neptuno, incluso si la NASA decidía ampliar su misión. Si por algún motivo la Voyager 1 no hubiera podido sobrevolar Ío y Titán, la Voyager 2 hubiera tomado el relevo de su gemela y la humanidad habría perdido la histórica oportunidad de visitar Urano y Neptuno. Para los científicos de la misión, Titán -la unica luna con atmósfera del Sistema Solar- bien valía ese sacrificio.

Por suerte, tras el éxito de las visitas de Júpiter por las dos sondas en 1980 y 1981, la NASA recibió la autorización para mandar la Voyager 2 a Urano y Neptuno, aunque en ese momento nadie sabía si algunos instrumentos de la sonda, especialmente las cámaras, serían capaces de funcionar correctamente a tales distancias de la Tierra y en unas condiciones que se salían de las especificaciones originales. Finalmente, la responsabilidad de realizar el Grand Tour original recaería sobre la Voyager 2.

Trayectoria de las dos naves Voyager (NASA).

Dos naves gemelas

Aunque en teoría debían haber formado parte de la serie Mariner, las Voyager eran muy distintas a esta mítica familia de naves. Cada Voyager era básicamente una gran antena de alta ganancia de 3,66 metros de diámetro unida a un cuerpo decagonal con unas dimensiones de 1,88 metros de diámetro y 47 centímetros de alto donde se encontraba la mayor parte de los sistemas electrónicos, un tanque de hidrazina y el sistema de propulsión. La masa al lanzamiento era de 826 kg, incluyendo 115 kg correspondientes a los diez instrumentos científicos. Aunque no den esa impresión, lo cierto es que las Voyager eran bastante grandes para los estándares de la época.

Aspecto de las Voyager (NASA).
Diseño y partes de la nave (NASA).

Sobresaliendo del cuerpo principal, varios brazos y antenas desplegables daban a las sondas un aspecto de frágil insecto cósmico. El más importante era el brazo de la plataforma de instrumentos, donde se encontraban las cámaras. La plataforma móvil, de 107 kg, era capaz de orientarse en dos ejes y resultaba fundamental para permitir que las cámaras e instrumentos apuntasen constantemente a las lunas de los planetas gigantes mientras las sondas pasaban a toda velocidad a través de cada sistema planetario. Sin ella, nunca habríamos disfrutado de las espectaculares imágenes de la misión.

La plataforma incorporaba dos cámaras, un espectrómetro ultravioleta (UVS), un espectrómetro infrarrojo (IRIS), un instrumento de plasma y un fotopolarímetro. Las cámaras de las Voyager, conocidas por el anodino nombre de Imaging Science Subsystem (ISS), fueron la carta de presentación de la misión para el gran público y las protagonistas indiscutibles de todos los instrumentos. Eso sí, eran muy diferente de las cámaras digitales actuales, basadas en el uso de CCDs. Se trataban en realidad de dos cámaras de televisión a base de tubos vidicon, una con un objetivo gran angular dotado de una focal de 200 mm (f/8.5), y otra con un teleobjetivo de 1500 mm (f/3). Cada cámara estaba equipada con ocho filtros y la masa total del instrumento era de 38,2 kg. Para los niveles actuales, la calidad de las imágenes sin procesar no era gran cosa: cada fotografía tenía 0,64 megapíxels (más concretamente, 800 líneas con 800 píxeles cada una). Dependiendo de la iluminación, las cámaras podían tardar entre 0,005 y 61 segundos en tomar una imagen.

Plataforma de instrumentos de las Voyager (NASA/JPL).

Por otro lado, el espectrómetro infrarrojo IRIS (Infrared Radiometer Interferometer and Spectrometer) estaba formado en realidad por tres instrumentos en uno. Su función principal era medir la temperatura y composición de los cuerpos celestes. Contaba con un campo de visión de 15′ y estaba dotado de un telescopio Cassegrain de 50 cm de diámetro. El espectrómetro ultravioleta UVS (Ultra-Violet Spectrometer) trabajaba en el rango de longitudes de onda de 400-1600 angstroms y tenía una masa de 4,5 kg. El experimento de rayos cósmicos CRS (Cosmic Rays Subsystem) también estaba situado en el brazo de instrumentos, aunque no en la plataforma móvil, y era capaz de detectar partículas con energías de 0,15-500 MeV por nucleón. Al lado de este instrumento se hallaba el detector LECP (Low-Energy Charged Particle Detector) para captar de partículas cargadas de baja energía. El fotopolarímetro (PPS, Photopolarimeter Subsystem) fue el instrumento gafado de la misión. Debía estudiar las partículas y anillos de los planetas gigantes en longitudes de onda de 230-750 nm, pero sin embargo el PPS de la Voyager 1 dejó de funcionar antes del encuentro con Júpiter y el de la Voyager 2 experimentó multitud de problemas que impidieron su correcto funcionamiento, aunque transmitió datos útiles de varios cuerpos celestes durante el transcurso de la misión. Por su parte, el instrumento de plasma PLS (Plasma Investigation System) tenía una masa de 9,9 kg y consistía en dos detectores de partículas cargadas de baja energía.

También sobresalían de las sondas dos antenas de 10 metros que formaban un ángulo de 90º entre sí y que eran parte de los instrumentos de radioastronomía planetaria (PRA) y del estudio de las ondas de plasma (PWS) al mismo tiempo. Por último, cada sonda tenía un mástil desplegable de 13 metros y 2,3 kg en el que se situaban dos magnetómetros para campos magnéticos débiles, uno situado en el extremo del mástil y otro a seis metros de la nave. Otros dos magnetómetros para campos intensos (20 gauss) estaban situados en el cuerpo del vehículo. El instrumento PLS, las antenas PWS y los detectores de partículas, los instrumentos más ‘aburridos’ durante la fase de estudio de los planetas, se convertirían con el tiempo en los protagonistas de la misión para estudiar los límites de la heliosfera.

Prueba en tierra del despliegue del magnetómetro (NASA).

Otro brazo de 2,3 metros portaba los tres generadores de radioisótopos (RTGs) que proporcionarían energía eléctrica a la sonda en los lejanos confines del Sistema Solar, allá donde el Sol no es más que una estrella ligeramente más brillante que el resto. Cada RTG pesaba 39 kg y estaba situado en un contenedor de berilio de 40,6 x 50,8 cm, y podía generar 157 W de potencia eléctrica al lanzamiento gracias a la desintegración del plutonio-238. En total, los tres RTGs proporcionaban 7 kW de potencia calorífica, que se transformaban en 470 W eléctricos, una cifra que ya se había reducido a 400 W durante el sobrevuelo de Saturno y que en 1997 rondaba los 335 W. Cada año, la potencia eléctrica disponible disminuía unos 7 W por culpa de la desintegración del plutonio y la degradación de los termopares.

RTGs de las Voyager (NASA).

Las sondas fueron diseñadas de tal forma que la potencia máxima consumida, con todos los sistemas y los diez instrumentos funcionando a la vez, fuese de unos 400 W. Los RTGs de las Voyager habían sido construidos a partir de los RTGs de las canceladas sondas TOPS y, por primera vez, el plutonio estaba almacenado en forma de pequeñas esferas sólidas y no como polvo metálico, evitando así la posibilidad de una fuga de material radiactivo en caso de un accidente durante el lanzamiento. Para evitar los nocivos efectos de la radiación proveniente de los RTGs sobre los instrumentos de la plataforma móvil, éstos estaban situados a 6,7 metros de distancia en la dirección opuesta. Además, entre los RTGs y los instrumentos se hallaba todo el cuerpo central de la nave.

Curiosamente, la mayor parte de ilustraciones de las Voyager no reflejan su verdadero color. Aunque la antena de alta ganancia era de un blanco inmaculado, lo cierto es que el cuerpo de la sonda era predominantemente negro azabache para permitir así un mejor control de la temperatura. Efectivamente, el vehículo estaba cubierto por láminas de kaptón, un material que, además de ser oscuro, conduce la electricidad y evita la acumulación de cargas electrostáticas en zonas aisladas de la nave. Bajo el kaptón se encontraban varias capas de mylar y tedlar, este último un material usado para proteger a los satélites de impactos de micrometeoros. Además, cuatro de los diez compartimentos con los equipos electrónicos estaban dotados de pequeñas ‘persianas’ para regular la temperatura del interior. También se emplearon calefactores de plutonio (RHUs) de 1 W de potencia para elevar la temperatura de los magnetómetros y sensores solares. Los RHUs complementaban a varios calefactores eléctricos convencionales en aquellas partes de la nave más inaccesibles.

Los encargados del proyecto Voyager (NASA).

A pesar de su bajo coste comparado con el programa Grand Tour, el proyecto Voyager fue uno de los más ambiciosos y arriesgados jamás lanzados por la NASA. Y es que las dificultades técnicas a los que se enfrentaron los encargados de la misión eran enormes.

Para empezar, las dos naves debían llevar a cabo todo tipo de operaciones de forma autónoma. La gran distancia a la que se encuentran los planetas exteriores impedía una comunicación fluida con las sondas. Para lograrlo, cada vehículo llevaba tres ordenadores redundantes dotados de una memoria de 4-8 kB. En condiciones normales, un ordenador -el FDS (Flight Data Subsystem)- sería el encargado de las comunicaciones con la Tierra. Otro gestionaría el flujo de datos de los instrumentos (CCS, Computer Command Subsystem) y un tercero controlaría en todo momento la posición de la nave y de la plataforma de instrumentos (el AACS, Attitude and Articulation Control Subsystem). Un tercio de la memoria de uno de los ordenadores podía ser reprogramada en vuelo, lo que resultaría esencial de cara a la misión extendida de la Voyager 2 en Urano y Neptuno. Las naves también disponían de un grabador de cinta magnética con una capacidad de almacenamiento de 67 MB, suficientes para guardar unas cien fotos a máxima resolución. El diseño de los ordenadores de las Voyager se basaba en el ambicioso sistema STAR (Self Testing and Repair) que debía haber controlado las sondas TOPS.

La sonda en configuración de lanzamiento (NASA).

La estabilidad de la nave era una de las mayores preocupaciones de los ingenieros. A diferencia de las Pioneer, que estaban estabilizadas mediante giro, las Voyager serían naves del tipo ‘estabilizadas en tres ejes’, es decir, que no podrían usar las ventajas de la conservación del momento angular. Este requisito era necesario para permitir que los instrumentos -especialmente las cámaras- pudiesen apuntar a sus objetivos de forma más o menos continua. El problema es que al mismo tiempo la nave debía mantener la antena principal constantemente apuntada hacia la Tierra, lo que significaba que la capacidad de orientación de la sonda debía tener una precisión de al menos un sexto de grado en todo momento, la anchura del haz de radio emitido por la sonda.

Para ello, las Voyager disponían de un conjunto de 16 impulsores de 0,89 newtons de empuje a base de hidrazina. Doce de estos impulsores servían para controlar la orientación de la nave y cuatro para maniobras de cambio de trayectoria. El tanque de hidrazina, de 71 centímetros de diámetro y fabricado en titanio, estaba situado en el centro del cuerpo decagonal del vehículo y contenía 104 kg de esta sustancia. El sistema de propulsión de las Voyager permitía un cambio de velocidad total, o Delta-V, de 0,19 km/s, muy poco para una misión tan ambiciosa. Sin embargo, el escaso empuje de los motores de las sondas no sería un inconveniente: la gravedad de los planetas gigantes se encargaría de la mayor parte del trabajo de ‘propulsión’. La sonda se orientaba en el espacio gracias a un sensor solar y dos sensores estelares, que tenían como referencia a la estrella Canopus (la más brillante del cielo lejos de la eclíptica). El sensor solar sobresalía a través de un hueco en la antena de alta ganancia.

Otro desafío era la radiación. Las sondas Pioneer 10 y 11 habían descubierto en 1974 y 1975 que los niveles de radiación en las cercanías de Júpiter eran mucho más elevados de lo que se esperaba. Como resultado, fue necesario aumentar el ‘blindaje’ de la nave para evitar que los sistemas de la nave resultasen fritos por las partículas de alta energía. Por último, las comunicaciones constituirían una verdadera odisea. Las estaciones terrestres de la red DSN de la NASA (Goldstone, Madrid y Australia) deberían ser capaces de captar la débil señal de 23 W que emitían las naves a través de las dos antenas de alta y baja ganancia. ¡Captar una señal con la potencia de una bombilla a distancias superiores a los 4500 millones de kilómetros! Difícil, sí, pero no imposible.

Pruebas en tierra de la sonda (NASA).

Cada sonda disponía de cuatro transmisores redundantes capaces de enviar señales en banda-S (2,3 GHz) y en banda-X (8,4 GHz), así como dos receptores en banda-S para captar las órdenes procedentes de la Tierra. Los receptores eran redundantes, lo que de hecho salvó la misión de la Voyager 2 cuando su receptor primario falló en abril de 1978. Las Voyager transmitían datos a una velocidad de 115,2 kbps a la distancia de Júpiter, pero sólo a 14,4 kbps desde la órbita de Neptuno. El canal en banda S se usó hasta el encuentro con Neptuno en 1989 para mandar ordenes a las naves a 40 bps, pero ahora únicamente se usa la banda X.

Pero sin duda, el elemento más famoso de las Voyager serían los mensajes destinados a posibles alienígenas que encontrasen las sondas en el futuro, una iniciativa dirigida por el popular astrónomo Carl Sagan. A diferencia de la simple placa que llevaron las sondas Pioneer 10 y 11, las Voyager incluirían el disco ‘Sonidos de la Tierra’, también conocidos simplemente como Voyager Golden Record, un disco de cobre de 30 centímetros de diámetro bañado en oro -un elemento muy estable- con imágenes, canciones y sonidos de nuestro planeta. La cubierta del disco contiene las instrucciones para su uso y la descripción de la posición de la Tierra en la Galaxia con respecto a varios púlsares, así como un trozo de uranio-238 de gran pureza. Gracias a este trozo de uranio, los posibles alienígenas que capturen las sondas serán capaces de saber su edad con precisión.

El disco ‘Sonidos de la Tierra’ y su cubierta con las instrucciones para usarlo y su lugar de instalación (NASA/JPL).

La parte en audio contiene un saludo en 55 idiomas -incluyendo lenguas muertas como el acadio o el hitita-, 35 ‘sonidos de la Tierra’ -latidos, besos, risas o cantos de ballena-, así como 90 minutos de música de todo tipo, desde Mozart hasta Chuck Berry. Las 115 imágenes se grabaron en formato analógico, por lo que el disco incluye las instrucciones para reconstruirlas. El disco se instaló en un lateral de la nave y no en su interior, como pedían algunos para protegerlo mejor de los micrometeoros. Los ‘Sonidos de la Tierra’ siguen siendo actualmente el mensaje físico más elaborado que la humanidad haya enviado para comunicarse con una posible civilización extraterrestre, aunque las probabilidades de que algún alienígena pueda detectar alguna de las pequeñas Voyager en medio del espacio interestelar es prácticamente nula.

Cubierta del disco antes de instalarlo en la nave, junto con una bandera norteamericana (NASA).
Instalación del disco en la nave (revista LIFE).

Unos comienzos problemáticos

La ventana de lanzamiento para la trayectoria Júpiter-Saturno-Urano-Neptuno se abría el 20 de agosto de 1977 y sólo duraría un mes. Para no desperdiciar esta oportunidad histórica, se tomó la decisión de construir tres sondas, denominadas VGR77-1, VGR77-2 y VGR77-3. La VGR77-1 era un modelo técnico de ingeniería y carecía varios sistemas esenciales, pero sería usada como ‘donante’ de repuestos en caso necesario y por este motivo se traslado a Cabo Cañaveral junto con las otras dos sondas de serie. En principio, la primera en despegar debía haber sido la VGR77-2, pero antes del lanzamiento se detectaron problemas con dos de los tres ordenadores principales y fue sustituida por la VGR77-3. Tras ser reparada, la VGR77-2 sería lanzada posteriormente como la Voyager 1.

Lanzamiento de la Voyager 2 (NASA).

La Voyager 2 (VGR77-3) fue lanzada el 20 de agosto de 1977, justo cuando se abría la ventana de lanzamiento para la trayectoria JSUN. Ese mismo día comenzaron los problemas con la nave. Antes y durante el despegue, la sonda experimentó fallos del ordenador AACS, provocando que la nave cambiase al ordenador de reserva. Se produjo además otro contratiempo debido a que la velocidad de giro del cohete Titán III excedió los límites de los tres giróscopos del sistema inercial de la sonda, dejando a la Voyager sin capacidad de navegación. Afortunadamente, durante esta crítica fase el control del vehículo estaba a cargo del ordenador de la etapa superior Centaur del Titán III. Sin embargo, para esta misión el impulso de la Centaur no era suficiente. La nave debía encender un motor de combustible sólido adicional para poder viajar hasta Júpiter. La trayectoria inicial de la Voyager 2 sería una órbita solar elíptica con un afelio situado a 942 millones de kilómetros del Sol.

Por suerte, cuando el motor se encendió 71 minutos después del lanzamiento, el problema con los giróscopos se había solucionado sin intervención humana. Sin embargo, apenas dos minutos después de que finalizase este encendido, la Voyager 2 sufrió otro problema de orientación y entró en modo seguro para evitar que la antena de alta ganancia dejase de apuntar a la Tierra. Este incidente fue corregido, pero entonces el control de la misión observó con horror que la telemetría de la nave indicaba que el brazo con la plataforma de instrumentos no se había desplegado correctamente. De ser así, la misión podía darse prácticamente por perdida de cara a la opinión pública. Afortunadamente, después de tomar varias fotografías y comprobar el campo estelar al que apuntaban las cámaras, se supo que el error residía en el sensor que debía confirmar el correcto despliegue de la plataforma y no en ésta.

Inserción de la Voyager en la cofia del cohete. Bajo la sonda se aprecia el motor de combustible sólido (NASA).

Pero la Voyager 2 siguió dando guerra. Diez días después del lanzamiento se realizó una maniobra para corregir la trayectoria, comprobándose que uno de los propulsores de hidrazina de la sonda estaba mal orientado y su escape incidía sobre otras estructuras de la nave. Como resultado, la Voyager 2 se desviaba ligeramente de su rumbo cada vez que el propulsor se activaba, gastando más combustible del previsto. De seguir así, no habría podido continuar con su misión más allá de Saturno. Para solventar este inconveniente, fue necesario reprogramar el sistema de propulsión del vehículo, además de mejorar el sistema de navegación. A partir de entonces, el sistema de guiado también usaría la estrella Deneb además de Canopus para ahorrar combustible. A pesar de todo, hacia el 2 de septiembre ya se había comprobado el correcto funcionamiento de la mayoría de sistemas e instrumentos.

No obstante, en noviembre la sonda volvió a perder el control de actitud al expulsarse la tapa del instrumento IRIS. El problema se solventó, pero un mes después se descubrió que IRIS estaba mandando datos de poca calidad por culpa de la deformación en el vacío del material usado para fijar los espejos del telescopio. El asunto se solucionó activando un simple calefactor en el instrumento, pero el susto fue mayúsculo.

Comparado con el de su hermana, el lanzamiento de la Voyager 1 (VGR77-2) el 5 de septiembre fue como la seda. Y más le valía que lo fuera, porque la ventana de lanzamiento sólo permanecería abierta hasta el 20 de septiembre. Eso sí, antes del despegue la NASA decidió revisar el sistema de despliegue de la plataforma de instrumentos y otras partes de la nave después de los problemas experimentados con la Voyager 2. Estas pruebas obligaron a retrasar el despegue, que originalmente estaba previsto para el 1 de septiembre. Aunque el lanzamiento fue correcto, la etapa Centaur funcionó inicialmente peor de lo esperado y tuvo que aumentar la duración de su segundo encendido para compensar este problema. Si la Centaur no hubiera corregido su escaso rendimiento inicial, la Voyager 1 no habría podido alcanzar Júpiter. Pero lo más grave es que si esta etapa Centaur hubiese sido la empleada en el lanzamiento de la Voyager 2, la nave habría sido incapaz de llegar a Urano y Neptuno. La misión se había salvado por muy poco.

Lanzamiento de la Voyager 1 (NASA).

Dos semanas después del despegue, la Voyager 1 tomaría la primera imagen icónica de la misión: una fotografía del sistema Tierra-Luna a doce millones de kilómetros. Era sólo un aperitivo de lo que estaba por venir. Moviéndose en una trayectoria más rápida, la Voyager 1 adelantó a su hermana el 19 de diciembre. Para no ser menos que su hermana, la sonda experimentó su cuota de problemas el 23 de febrero de 1978, cuando se detectó que la plataforma móvil de instrumentos se había atascado por culpa de un problema con el lubricante. Aunque el problema se solucionó tres meses después gracias al esfuerzo de los ingenieros, la salud de la plataforma de la Voyager 1 constituyó un dolor de cabeza durante toda la misión.

El sistema Tierra-Luna visto por la Voyager 1 a doce millones de kilómetros (NASA).

No obstante, el incidente más grave de la misión tuvo lugar en abril de 1978, cuando casi se pierde el contacto con la Voyager 2 de forma permanente por culpa de una concatenación de problemas menores. El control de tierra, enfrascado con el asunto de la plataforma de la Voyager 1, se había olvidado de comunicarse con la Voyager 2. La nave incorporaba un sistema de seguridad de tal forma que si en una semana no recibía ningún mensaje desde la Tierra, el ordenador debía asumir que existía un problema con el receptor primario y cambiaría al receptor secundario. Desgraciadamente, el receptor secundario tenía un defecto por el cual sólo podía captar las señales que se enviasen hacia la sonda en una única frecuencia determinada. En condiciones normales, los receptores de las Voyager eran capaces de reconocer la frecuencia de la señal incidente y ajustarse a ella, pero no en el caso del receptor secundario.

En principio, el control de la misión no le dio importancia al cambio de receptores porque la nave también estaba programada para volver a activar el receptor primario si no se recibía ninguna señal a través del secundario tras doce horas, cosa que la sonda hizo diligentemente. Lamentablemente, media hora después del cambio, el receptor primario sufrió un cortocircuito y quedó fuera de servicio. Siete días más tarde, la sonda cambió automáticamente al receptor secundario otra vez. Finalmente, la NASA pudo comunicarse con la nave el 13 de abril a través de la estación de Madrid, pero no sin dificultades. Debido a los movimientos relativos de la rotación terrestre, de la Tierra alrededor del Sol o de la propia sonda, el equipo de la misión tuvo que calcular la frecuencia exacta de las señales enviadas hacia la Voyager 2 para que pudiesen ser ‘escuchadas’ por el problemático receptor secundario.

Pero el control de tierra no había tenido en cuenta los efectos de la temperatura de la nave en la frecuencia (una diferencia de 1º C podía ocasionar cambios de hasta 96 Hz), así que las comunicaciones no se normalizarían hasta varios días más tarde, justo a tiempo para que la sonda pudiera realizar una maniobra crítica el 3 de mayo. Desde entonces, todas las comunicaciones con la Voyager 2 tuvieron que tener en cuenta el cálculo de las frecuencias exactas, para lo cual se llegó a construir un modelo térmico de la sonda con el fin de calcular las variaciones en la temperatura del receptor con una precisión de 0,1º C. La crítica misión de la Voyager 2 dependía ahora de un único receptor.

Detalle de la antena de alta ganancia (NASA).

Júpiter

Resulta prácticamente imposible resumir los resultados científicos de los encuentros de las dos naves viajeras con los cuatro gigantes gaseosos exteriores. Porque las Voyager no se limitaron a sobrevolar cuatro planetas, sino que estudiaron cuatro sistemas solares en miniatura completos, cada uno de ellos con decenas de mundos nunca antes vistos de cerca.

La Voyager 1 comenzó la fase de observación del gigante joviano el 4 de enero de 1979. A medida que se acercaba a Júpiter se pudieron vislumbrar más y más detalles del planeta y sus lunas. El 13 de febrero el disco de Júpiter era tan grande que no cabía en una sola imagen y la nave realizó una de sus fotos más conocidas en las que se ve la Gran Mancha Roja con Ío y Europa posando delante del planeta. El 3 de marzo la sonda entró en la magnetosfera de Júpiter y cruzó la órbita de Calisto, el más exterior de los cuatro satélites galileanos. Dos días después, la Voyager 1 sobrevoló Júpiter a 206 700 kilómetros por encima de sus nubes, descubriendo de paso un anillo de finas partículas desconocido hasta entonces.

Ío y Europa en frente del planeta (NASA).

Pocas horas más tarde, la Voyager 1 pasó a tan sólo 21 000 kilómetros de Ío, uno de los encuentros más cercanos con una luna llevado a cabo durante toda la misión de ambas sondas. Las fotografías revelaron un misterioso cuerpo amarillo-anaranjado con una superficie sin apenas cráteres -es decir, muy joven- extrañamente parecida a una pizza. La verdadera naturaleza de Ío no se aclararía hasta cuatro días después, cuando la ingeniera de navegación del JPL Linda Morabito descubrió lo que parecía ser una erupción volcánica en una imagen del limbo de Ío vista a contraluz. ¡Volcanes en el Sistema Solar exterior! La noticia causó sensación. Efectivamente, pronto se supo que Ío es el mundo con mayor actividad volcánica del Sistema Solar, cortesía de las brutales fuerzas de marea a la que está sometido.

El volcán Loki de Ío pillado in fraganti (NASA/JPL).
Linda Morabito poco después del descubrimiento (NASA).

La sonda pasó a 734 000 kilómetros de Europa, pero no tomó imágenes porque se aproximó por el hemisferio nocturno. Por suerte, antes había fotografiado este satélite desde unos dos millones de kilómetros. El 6 de marzo sobrevoló Ganímedes, el mayor de los satélites galileanos, a 114 000 kilómetros de distancia, revelando una compleja corteza de hielo formada aparentemente por dos tipos de terreno, incluyendo unos misteriosos surcos frutos de algún tipo de actividad tectónica. Trece horas después del encuentro con Ganímedes se acercó a 126 000 kilómetros de Calisto, que resultó ser uno de los cuerpos con una superficie más antigua de todo el Sistema Solar. Cráteres de todos los tamaños se acumulaban en su corteza de hielo, incluyendo la enorme cuenca de impacto Valhalla, con un diámetro de 3800 kilómetros. El encuentro se saldó con el descubrimiento de varias lunas, entre las que destacan Adrastea, Metis y Tebe.

Cuenca de impacto Valhalla en Calisto (NASA).

Por su parte, la Voyager 2 comenzó su fase de observación de Júpiter el 24 de abril de 1979. A resultas de los descubrimientos de su hermana se decidió cambiar el programa del encuentro y se incluyeron más observaciones del volcánico Ío, cuya inusual actividad había encandilado a los científicos y medios de comunicación por igual. El 9 de julio la sonda pasó a 570 000 kilómetros de las nubes de Júpiter y se acercó luego a 62 000 kilómetros de Ganímedes y a 205 000 kilómetros de Europa. Si Ío había sido el protagonista del encuentro de la Voyager 1 con Júpiter, Europa lo sería del encuentro de la Voyager 2. En las imágenes de la Voyager 1 a gran distancia, esta luna aparecía como una simple bola blanca sin apenas marcas, pero la Voyager 2 nos descubrió uno de los mundos más apasionantes del Sistema Solar. Europa tiene una corteza de hielo que se renueva constantemente y bajo la cual puede que se esconda un océano de agua líquida donde quizás existan las condiciones para que florezca la vida. Hoy en día, Europa nos sigue llamando.

Mosaico de Europa captado por la Voyager 2 (NASA).

La Voyager 2 transmitiría un total de 17 000 imágenes del sistema de Júpiter, incluyendo las mejores obtenidas de sus tenues anillos. Sin embargo, el resultado más importante del encuentro fue el cambio en nuestra visión de Júpiter. Hasta ese momento, Júpiter parecía ser un aburrido planeta rodeado de bolas de hielo aún más aburridas. Las Voyager descubrieron una variedad de mundos nunca antes imaginada, mundos activos y complejos que hicieron añicos los modelos teóricos de la época.

Saturno

Tras sobrevolar Júpiter, las Voyager fueron aceleradas por el campo gravitatorio del planeta y alcanzaron la velocidad de escape del Sistema Solar. Ya no había marcha atrás. Las Voyager se habían convertido en la segunda pareja de naves interestelares de la humanidad, después de las Pioneer 10 y Pioneer 11.

Saturno visto por la Voyager 2 (NASA).

La Voyager 1 realizó dos maniobras con el fin de corregir su trayectoria el 9 de abril y el 10 de octubre de 1979 para asegurarse de que la sonda sobrevolaría Titán, pero obviamente teniendo cuidado de no impactar contra él. Por fin, el 12 de noviembre de 1980 la Voyager 1 se acercó a tan sólo 4000 kilómetros de Titán. Después de tantos sacrificios para poder realizar este sobrevuelo, las imágenes fueron un poco decepcionantes. Por entonces ya se sabía que Titán era la única luna del Sistema Solar con atmósfera y el equipo de la Voyager esperaba poder fotografiar la superficie. Algunos científicos incluso esperaban que Titán podría albergar océanos de metano. Pero no pudo ser. Todo el satélite estaba cubierto por una espesa neblina de hidocarburos que impidía ver la superficie, salvo en el infrarrojo. Desgraciadamente, las cámaras de las Voyager no funcionaban en estas longitudes de onda. La Voyager 1 descubriría que la atmósfera de Titán era mucho más densa de lo esperado -1,5 veces la presión de la atmósfera terrestre- y que era el nitrógeno, no el metano, su elemento más abundante. Hoy en día sabemos que Titán es un mundo apasionante, pero por entonces todavía quedaban muchos años antes de que la sonda Cassini descubriese finalmente los tan esperados mares y lagos de metano del hemisferio norte.

La estructura compleja de los anillos de Saturno (NASA).

Tras el sobrevuelo de Titán, la Voyager 1 cambiaría su trayectoria de tal forma que no podría visitar Urano y Neptuno. El resto de lunas del sistema de Saturno resultaron ser bolas de hielo, pero bolas con una interesante historia a cuestas. La nave pasó a 416 000 kilómetros de Tetis, una luna repleta de cráteres con una gigantesca fractura, denominada Ithaca Chasma, que recorre su superficie de polo a polo y que termina en el enorme cráter Odysseus de 450 kilómetros de diámetro, es decir, dos quintos del diámetro del satélite. El 12 de noviembre, la Voyager 1 sobrevoló Saturno a 64 200 kilómetros de sus nubes más altas, descubriendo detalles nunca imaginados en la estructura de los anillos. Poco después pasó a 88 000 kilómetros de Mimas, un pequeño satélite de 390 kilómetros marcado por la huella del gigantesco cráter Herschel de 130 kilómetros, causante de que esta luna sea conocida con el apodo de ‘Estrella de la Muerte’. El 13 de noviembre la sonda se acercó a 202 000 kilómetros de Encélado, cuya lisa y brillante superficie del hemisferio sur revelaba signos de una actividad geológica inusual. Posteriormente le tocó el turno a Dione, un satélite repleto de cráteres muy parecido a Tetis. Pero la luna con más cráteres resultó ser Rea, a la que se acercó a 74 000 kilómetros de distancia.

Titán visto por la Voyager 2 (NASA).

El encuentro con Saturno aceleró la sonda en 3,73 km/s y la catapultó 35º por encima del plano de la eclíptica. La misión planetaria de la Voyager 1 había concluido. A partir de entonces, la principal tarea de la nave sería monitorizar el medio interplanetario.

La Voyager 2 comenzó su visita a Saturno el 5 de junio de 1981. El 23 de agosto tuvo lugar el máximo acercamiento a Japeto, una misteriosa luna con un hemisferio oscuro y otro brillante. Ese mismo día fotografió Hiperión, un satélite de rotación caótica y forma irregular que también constituía un enigma para los investigadores. El 24 de agosto la nave se acercó a medio millón de kilómetros de Titán y observó su polo norte, aunque tampoco fue capaz de vislumbrar la superficie a través de la impenetrable neblina anaranjada de hidrocarburos. Tras realizar más observaciones de otros satélites, el 26 de agosto la Voyager 2 pasó a 41 000 kilómetros de las nubes de Saturno. Media hora después sobrevoló Encélado a 87 000 kilómetros, confirmando las observaciones de la Voyager 1. Años después se descubriría que Encélado posee géiseres de agua en el hemisferio sur, géiseres que alimentan el anillo E de Saturno y convierten a esta pequeña luna en uno de los mundos más interesantes de todo el Sistema Solar.

Entre otras cosas, las Voyager también descubrieron que Saturno puede presumir de tener unos vientos extremadamente rápidos, de nada más y nada menos que 1800 km/h. Por otro lado, la existencia de ‘lunas pastoras’ que dan forma a los anillos gracias a las interacciones gravitatorias también fue toda una sorpresa.

Urano

Durante los encuentros con Júpiter y Saturno, la Voyager 1 había acaparado en cierta forma los titulares de la misión. Pero ahora que la Voyager 2 continuó en solitario, la cosa cambió. Para poder cumplir su misión a las enormes distancias a la que se encuentra Urano, fue necesario superar varios retos tecnológicos. Debido a los sucesivos encuentros con Júpiter y Saturno, la velocidad de la Voyager 2 había aumentado considerablemente y pasaría por el sistema de Urano a una enorme velocidad. Para complicar las cosas, la iluminación solar en la órbita de Urano era muy inferior a la encontrada por la nave a la distancia de Júpiter. Además, la geometría del sistema dificultaba el encuentro, ya que todos los satélites están situados en un plano inclinado 90º con respecto a la eclíptica. El eje de Urano está ‘tumbado’, al igual que lo están los planos orbitales de sus satélites. Como resultado, con el fin de permitir que la Voyager 2 pudiera fotografiar Urano y sus lunas se realizaron varias modificaciones. Por un lado, se reprogramó el sistema de propulsión para que los impulsores fueran capaces de efectuar maniobras menos bruscas. Por otro lado, se introdujo un nuevo sistema para comprimir las imágenes, muy parecido a los algoritmos usados por la mayoría de formatos de imágenes digitales actuales, pero toda una novedad en la época (no olvidemos que estamos hablando de mediados de los años 80). Debido al largo tiempo de exposición requerido para obtener imágenes en unas condiciones de iluminación tan poco favorables, también fue preciso sincronizar al milímetro el movimiento de giro de la nave y de la plataforma para evitar que las fotografías saliesen desenfocadas.

Composición del sistema de Urano y sus lunas (NASA).

Por culpa de la curiosa inclinación del eje de Urano y sus lunas, la Voyager 2 atravesó el sistema en un sólo día, como si fuese una bala dirigida hacia una enorme diana. El encuentro tuvo lugar el 24 de enero de 1986 y la nave pasó a 81 500 kilómetros de Urano. El descubrimiento más importante fue sin duda la tortuosa naturaleza de la pequeña luna Miranda, formada aparentemente a partir de fragmentos de otros satélites anteriores. Hoy en día, Miranda es famosa por poseer los mayores acantilados del Sistema Solar, Verona Rupes, con una caída de 5-10 kilómetros. Debido a la baja gravedad de Miranda, un astronauta tardaría doce minutos en caer por estos acantilados y alcanzaría el fondo a 200 km/h.

Verona Rupes en Miranda, los acantilados más altos del Sistema Solar (NASA).

Los otros cuatro grandes satélites de Urano resultaron ser conglomerados de hielo y roca muy parecidos a los satélites de Saturno y tanto Titania como Ariel presentaron indicios de cierta actividad tectónica. La Voyager 2 también descubriría que el campo magnético del planeta está desviado 60º con respecto al eje de rotación, provocando que la magnetosfera se retuerza como un sacacorchos. De los diez nuevos satélites descubiertos durante el encuentro, varios eran lunas pastoras que perfilaban los finos anillos de Urano.

Neptuno

El 14 de febrero de 1986, los impulsores de la Voyager 2 se encendieron durante 2,5 horas para realizar una ajuste de trayectoria que garantizase el sobrevuelo de Neptuno. La nave consumió 12 kg de hidrazina en la maniobra, la última importante de toda la misión. Tomar fotografías a la distancia de Neptuno suponía un reto aún mayor que en el caso de Urano, pero el equipo de las Voyager había agotado los ‘trucos’ tecnológicos para facilitar esta tarea. La solución pasaba por aumentar, una vez más, el tamaño de las antenas de la DSN, que pasaron de 64 a 70 metros de diámetro. También se aumentó su número: hasta 38 antenas participarían en el encuentro con Neptuno.

Las nubes de Neptuno (NASA).

Durante agosto de 1989, la Voyager 2 descubrió un planeta activo. Frente al soso Urano, Neptuno presentaba varias formaciones nubosas, entre las que destacaba la Gran Mancha Oscura, mancha que desaparecería pocos años después. La Voyager 2 también midió los vientos más rápidos de cualquier planeta del Sistema Solar: 2000 km/h (!). El encuentro propiamente dicho tendría lugar el 25 de agosto, cuando la nave pasó a 5000 kilómetros del planeta. Se descubrieron seis nuevas lunas: Naiad, Thalassa, Despina, Galatea, Larissa y Proteus.

Unas cinco horas después pasó a 39 800 kilómetros del centro de Tritón, la mayor luna de Neptuno. Tritón es en realidad un objeto transneptuniano muy similar a Plutón capturado por la gravedad de Neptuno. Con una temperatura superficial de apenas 38º C por encima del cero absoluto, Tritón presenta una compleja superficie con una tenue atmósfera de nitrógeno y una corteza formada por este mismo elemento (a esa temperatura, el nitrógeno sólido tiene la consistencia de la roca en la Tierra). La Voyager 2 descubrió oscuros géiseres de nitrógeno mezclado con materia orgánica, resultado de una actividad criovolcánica. Estos volcanes de nitrógeno en los confines del Sistema Solar serían las últimas maravillas planetarias descubiertas por las Voyager.

El misterioso ‘terreno de piel de melón’ de Tritón con sus géiseres de nitrógeno (NASA).

Camino a las estrellas

La visita de las Voyager 2 al sistema de Neptuno cerró una fase histórica. La humanidad había concluido su primera exploración del Sistema Solar exterior, y todo en menos de una década. La gravedad de Neptuno desvió la trayectoria de la Voyager 2 hacia el sur de la eclíptica, en el sentido opuesto a su hermana. A partir de entonces, el objetivo de las dos sondas sería determinar dónde finaliza la heliosfera, es decir, encontrar el límite que separa el Sistema Solar del espacio interestelar, límite conocido como heliopausa. El azar quiso que las dos Voyager se dirijan hacia el frente más cercano de la heliopausa. De no haber sido así, las dos naves habrían agotado su fuente de energía mucho antes de alcanzar el límite de la heliosfera.

Estructura de la heliosfera (NASA).

El 14 de febrero de 1990, las cámaras de la Voyager 1 funcionaron por última vez para tomar 64 emotivas fotografía, un ‘retrato de familia’ de los planetas del Sistema Solar a seis mil millones de kilómetros de distancia, con excepción de Mercurio y Marte, demasiado débiles para ser captados a esa distancia. Este retrato de familia sería el legado de las cámaras de las Voyager después de haber obtenido más de 67000 imágenes. Las fotos, sin valor científico alguno, servirían de inspiración para la famosa obra ‘Un punto azul pálido’ de Carl Sagan. Para entonces, las dos Voyager estaban tan lejos que la Tierra no era más que un minúsculo y humilde punto azul en la inmensidad del espacio interplanetario. En palabras de Sagan:

Mira ese punto. Eso es aquí. Eso es casa. Eso es nosotros. En él se encuentra todo aquel que amas, todo aquel que conoces, todo aquel del que has oído hablar, cada ser humano que existió, vivió sus vidas. La suma de nuestra alegría y sufrimiento, miles de confiadas religiones, ideologías y doctrinas económicas, cada cazador y recolector, cada héroe y cobarde, cada creador y destructor de la civilización, cada rey y cada campesino, cada joven pareja enamorada, cada madre y padre, cada esperanzado niño, inventor y explorador, cada maestro de moral, cada político corrupto, cada “superestrella”, cada “líder supremo”, cada santo y pecador en la historia de nuestra especie vivió ahí – en una mota de polvo suspendida en un rayo de luz del sol.

Retrato del Sistema Solar (NASA).
La Tierra como un simple punto azul pálido. ¿La encuentras? (NASA).

Definitivamente, si al ver esta imagen no sientes un escalofrío, es que no eres humano.

A medida que la potencia de los RTGs fue disminuyendo, las Voyager fueron apagando sus instrumentos uno a uno. Un poco como en aquella memorable escena de ‘2001’, cuando Dave Bowman apaga poco a poco al díscolo HAL 9000. Moviéndose a una velocidad de 17,4 km/s -o lo que es lo mismo, 540 millones de kilómetros al año-, el 17 de febrero de 1998 la Voyager 1 adelantó a la Pioneer 10 y se convirtió en el objeto humano más lejano. Y muy probablemente lo será durante muchas décadas. Por su parte, la Voyager 2 se aleja del hogar a 16 km/s, recorriendo 470 millones de kilómetros al año, aunque todavía le queda algún tiempo para adelantar a la Pioneer 10. La sonda New Horizons, también destinada a abandonar el Sistema Solar, jamás adelantará a las Voyager, ya que su velocidad hiperbólica será inferior a los 15 km/s.

La Voyager 1 alcanzó la onda de choque de la heliopausa (bow shock) en 2003-2004 -la fecha exacta se discute aún-, cuando se encontraba a unos 14000 millones de kilómetros del Sol. La Voyager 2 hizo lo propio el 30 de agosto de 2007, unos 1600 millones de kilómetros más cerca del Sol que su compañera. Recientemente, observaciones de los rayos cósmicos captados por la Voyager 1 parecen indicar que al fin la sonda se está acercando a la heliopausa, aunque podría tratarse de una falsa alarma. En cualquier caso, la mayoría de modelos predicen que para 2020 las dos sondas deberán haber alcanzado el límite del Sistema Solar.

Ruta de escape del Sistema Solar de las Voyager y Pioneer 10 y 11 (NASA).
Trayectoria de las dos Voyager hacia el frente de la heliopausa (NASA).
Trayectoria relativa de las dos Voyager con respecto a la eclíptica (NASA).
Incremento de los rayos cósmicos recibidos por la Voyager 1. ¿Se acerca a la heliopausa? (NASA).

La potencia de los RTGs disminuye año tras año de forma inexorable. En algún momento alrededor de 2025 o 2030, casi medio siglo después de ser lanzadas desde la Tierra, las dos sondas se apagarán para siempre y nunca volveremos a escuchar su señal. Pero la aventura no habrá concluido. Una vez en el espacio interestelar, las Voyager seguirán alejándose del Sol durante toda la eternidad, suponiendo que no choquen con un pequeño asteroide en su camino. Dentro de 38000 años, la Voyager 1 pasará silenciosamente a 1,6 años luz de AC+79 3888, una estrella anónima en la constelación de Camelopardalis. Si alguna noche contemplas el cielo estrellado, acuérdate de mirar hacia la constelación de Ofiuco. Allí está la Voyager 1. Por su parte, la Voyager 2 se acercará a ‘solamente’ 1,7 años luz de la estrella Ross 248 dentro de 40000 años. Y si esperamos 296 000 años, veremos como pasa a 4,3 años luz de Sirio, la estrella más brillante del cielo.

¿Pero sabes que es lo más fascinante de estas naves? Que dentro de decenas de millones de años, cuando la humanidad haya desaparecido y no quede ningún rastro de nosotros, las Voyager seguirán ahí fuera con su mensaje -nuestro mensaje- al Universo. Un mensaje que se resume en un ‘estuvimos aquí. Vivimos y exploramos el cosmos con curiosidad. No nos olvides’.

Referencias:

Esta entrada ha recibido el Premio ED de Experientia Docet a la excelencia en la divulgación científica.

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Mario

Amante de la radio.

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