El Kronoscopio: Las misiones Pioneer

El lanzamiento del Sputnik-1 soviético revitalizó el estancado programa espacial estadounidense. Lo hizo desde el punto de vista militar, pero también obligó a amortiguar los posibles efectos propagandísticos futuros, que se adivinaban amenazadores. La URSS tenía ya las herramientas para espiar a los americanos desde el espacio, y simultáneamente podía continuar minando su prestigio en el ámbito científico. Por eso, los militares estadounidenses, únicos dueños hasta ese momento de los medios para equilibrar el poderío espacial soviético, se vieron en la inmediata obligación de responder. El 27 de marzo de 1958, el Secretario de Defensa McElroy ordenó a la agencia ARPA (Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados) el inicio oficial de diversos programas encaminados a competir con la URSS. Entre ellos, además de varios satélites meteorológicos, de comunicaciones, etcétera, se encontrarían diversas sondas lunares, ya estudiadas tanto por la USAF como por el US Army.

Por ejemplo, el 25 de octubre de 1957, en vista de la situación provocada por el Sputnik-1, varios ingenieros del Jet Propulsion Laboratory, en California, habían propuesto un proyecto llamado Red Socks (Calcetines Rojos), que consistiría en la utilización de un cohete Jupiter-C modificado, el cual podría lanzar unos 6,7 Kg alrededor de nuestro satélite en junio de 1958. Con mejores etapas superiores, desde enero de 1959 a finales de 1960 se podrían enviar sondas más sofisticadas, de hasta 54 Kg de peso, o incluso un ingenio nuclear ligero que se haría estallar sobre la superficie lunar para provocar la caída de fragmentos del astro sobre la Tierra y posibilitar así su estudio. El proyecto Red Socks estaría compuesto por al menos 9 lanzamientos. El ayudante del Secretario de Defensa, Donald Quarles, se mostró interesado en la iniciativa, aunque propuso implicar a la USAF, lo cual impediría que fructificase debido a la rivalidad entre servicios (el JPL dependía del US Army).

Esta y otras alternativas, literalmente cientos de ellas, fueron examinadas posteriormente, y se llegó a la conclusión de que, finalmente, tanto la USAF como el US Army debían tener la oportunidad de intentar el envío de vehículos a la Luna. Las responsabilidades sobre iniciativas espaciales puramente científicas aún no estaban del todo claras y de este modo se evitaba que una disputa entre ambos servicios militares pudiera retrasar el proyecto. Este, que se llamará Pioneer, supondrá el lanzamiento de tres cohetes Thor-Able (USAF) y dos Juno-II (US Army), cada uno con su correspondiente sonda. El objetivo inicial será sobrevolar nuestro satélite a menos de 80.000 Km de distancia, lo cual implicará, por primera vez, superar la velocidad de escape de la Tierra.

Con el proyecto en marcha, en junio de 1958 se empezó a construir una antena en Goldstone (Goldstone Space Communications Station), en California. Se emplearía para el seguimiento de las sondas lunares, operación que sería posible gracias a su parábola de 26 metros de diámetro. En el futuro formará parte de la red de antenas de la Deep Space Network.

Preparadas en un tiempo récord, las primeras sondas lunares empezaron a estar listas para su lanzamiento. En el transcurso de 1958, la USAF había encargado a los mismos ingenieros que habían fabricado los satélites secretos NOTS el diseño de su pequeña sonda experimental, no más allá de un compacto paquete de instrumentos y sensores capaces de detectar la presencia de la Luna cuando se acercase a ella. Hablando en público, sin embargo, el contratista de la sonda “era” la compañía Space Technology Laboratories, ya que las actividades del grupo de diseño de la US Navy estaban clasificadas.

Thor Able

Cabo Cañaveral, Florida, 17 de agosto de 1958. Un enorme vehículo Thor-Able descansa sobre su plataforma de lanzamiento. Son los tiempos de los pioneros: los EEUU pretenden hacer sus primeros pasos en la investigación espacial, y la misión que está a punto de comenzar será un muy buen indicio acerca de si las cosas se están haciendo como se deben. La NASA necesitaba demostrar su valor y capacidad técnica con un ensayo exitoso y resonante.

Básicamente, el vehículo (llamado proyecto Mona/Pioneer) consistía en un cuerpo cilíndrico estrecho, rematado en la parte superior por dos conos opuestos. En su interior, de una forma más o menos comprimida, viajaba el diferente instrumental. Además, en el extremo inferior de la sonda se hallaba el mecanismo que sujetaba a la Pioneer a la tercera fase del cohete portador, el Thor-Able-I, y un anillo de ocho pequeñísimos retrocohetes de combustible sólido (o verniers) que servirían para separarla de la fase Able cuando ésta finalizase su misión impulsora. Los verniers podrían realizar alguna corrección de curso, pero era algo que todavía debía intentarse en la práctica. Este anillo de propulsión actuaría como una verdadera cuarta etapa y tenía un empuje total de 1.930 newtons.

En la parte superior del vehículo Pioneer asomaba un pequeño cono invertido, que no era otra cosa sino la tobera del retrocohete principal, un motor sólido denominado TX-8 que proporcionaría 13.300 newtons de fuerza. En efecto, la USAF no sólo deseaba volar hacia la Luna sino también entrar en órbita alrededor de ella, a unos 65.000 Km de la superficie.

Pioneer 0

La primera sonda Pioneer medía algo más de 72 centímetros de diámetro máximo y poseía una altura de unos 45 centímetros, sin contar las toberas de los dos paquetes propulsores (verniers y retrocohete). En total, pesaba apenas 37,8 Kg. En su interior, se guardaban varios experimentos y diverso equipo. Entre ellos destacaban el "escáner" de T.V. infrarrojo (semejante al de los satélites NOTS), baterías, un radio-transmisor redundante, todo tipo de circuitería electrónica, sensores de temperatura, un magnetómetro, una cámara iónica para medir la densidad de radiación y, curiosamente, un micrófono para detectar el impacto de posibles micrometeoritos. Los instrumentos estudiarían con detalle los campos magnéticos de la Tierra y la Luna, la cantidad de radiación soportada por la sonda durante el viaje, etcétera.

Como no se sabía si la sonda llegaría a chocar contra la Luna, las primeras Pioneer serían esterilizadas antes del lanzamiento, evitándose así la posible contaminación bacteriológica de la superficie de nuestro satélite.

La idea era sencilla. Los norteamericanos habían planeado tres misiones a la Luna, cuando los soviéticos aún luchaban con el diseño de sus propulsores orbitales. Las tres misiones aspiraban a similares objetivos: estaban diseñadas para entrar en órbita lunar y fotografiar la superficie de nuestro satélite.

El objeto en la proa de aquel Thor-Able llegaría a conocerse como Pioneer 0 (P0), y constituía la primera de las tres misiones previstas.

Pero, aunque el lanzamiento fue exitoso en apariencia, a los 77 segundos de vuelo todo se convirtió en una catástrofe: la primera etapa del cohete -propiedad de la Fuerza Aérea norteamericana, ya que la NASA no tenía aún capacidad operativa- explotó y la sonda de 38 kg. se desintegró en el aire a apenas 16 km de la superficie terrestre.

Los dos restantes vehículos del programa (bautizados Pioneer 1 y Pioneer 2) fueron puestos bajo la responsabilidad de la incipiente NASA, que había sido creada por ley del mismo año 1958.

Menos de un mes después de la fallida misión Pioneer 0, decidió enviarse el Pioneer 1. También se lo colocó en la proa de un Thor-Able y sufrió asimismo un triste fracaso, aunque no tan espectacular como el de la 0.

El Pioneer 1, pues, fue el primero de todos los vehículos lanzados por la NASA, y abandonó nuestro planeta el 11 de octubre. Un error de programación en la última etapa del vehículo provocó que el Pioneer 1 nunca lograse alcanzar el empuje necesario, y por consiguiente tampoco la velocidad de escape. Aunque la falla fue considerada "parcial" por sus constructores y el vehículo logró transmitir algunos datos útiles (el tamaño de los cinturones de radiación, por ejemplo), nunca alcanzó la órbita lunar. Dos días más tarde, reingresó en la atmósfera y se hundió en el Océano Pacífico. Sin perjuicio de ello, llegó a 113.854 kilómetros de altura, estableciendo con ello un récord mundial para su época.

Pioneer 2 era ligeramente más grande y pesada que sus hermanas de penuria (39 kg). Fue lanzada el 8 de noviembre del mismo año por la NASA, operando la Fuerza Aérea como agente ejecutivo y proveedor de transporte. El vehículo era, por supuesto, otro Thor-Able, y contenía una sonda lunar equipada con una cámara de televisión, un magnetómetro, un detector de impactos de micrometeoritos y un detector de radiaciones. La P2 poseía, además, un retrocohete para ubicarse en la órbita lunar correcta. Tenía un estabilizador giroscópico que nunca llegó a entrar en operaciones.

El cohete que llevaba en la proa la pequeña sonda de 77 cm. de alto y 74 de diámetro falló en encender la última etapa, por lo que no logró la velocidad de escape y reingresó en la atmósfera apenas 6 horas y 52 minutos después del despegue, tras haber alcanzado un apogeo de solamente 1.550 kilómetros. La sonda Pioneer 2 no llegó a transmitir ningún dato significativo y culminó su breve misión estrellándose en un lugar desierto.

En diciembre, el Jet Propulsion Lab (JPL) entregó dos nuevas sondas lunares para la serie, de responsabilidad compartida entre el Ejército estadounidense y la NASA. Las naves que se bautizarían Pioneer 3 y 4 eran de mínimo tamaño (apenas 6 kg) y llevaban cada una un solo experimento: un detector de rayos cósmicos, con el objeto de sobrevolar la Luna y transmitir datos acerca de la intensidad de los campos radiactivos tanto de esta como de la Tierra. No olvidemos que ningún ser humano había volado aún al espacio, y el tipo de información que traerían estas sondas se consideraba de importancia crítica en un momento de la historia en que la ciencia no sabía si una persona podría sobrevivir a las altas intensidades de los Cinturones de Van Allen.

La maldición que pesaba sobre estos primeros vehículos del proyecto Pioneer, empero, tampoco respetó a Pioneer 3. La primera etapa del cohete (un Juno II, lanzado el día 6) se apagó extemporáneamente, mucho antes del momento indicado, sin permitirle alcanzar por este motivo la velocidad de escape. Prisionera del campo gravitatorio de la Tierra, la P3 cayó desde su apogeo de 102.332 km, no sin antes conseguir demostrar que los cinturones de radiación de nuestro planeta eran dos y no uno solo. Con este nuevo fracaso concluyó el año 1958 para la NASA.

Juno II

El 3 de marzo de 1959 se disparó el segundo Juno II llevando en la nariz a Pioneer 4, una sonda prácticamente gemela de la anterior. Se trataba de un proyecto de la Agencia de Misiles Balísticos del Ejército conjuntamente con el JPL, ambos bajo la dirección y supervisión de la NASA. Con un lanzamiento exitoso, esta sonda se convirtió en el primer aparato construido por los Estados Unidos en lograr la velocidad de escape y en llegar a 58.983 km. de la superficie lunar (dos veces más lejos de lo que se había planeado). Pioneer 4 cumplió con creces uno de sus objetivos (estudiar en profundidad los cinturones de radiación), pero fracasó miserablemente en el otro. La NASA pretendía que la sonda se convirtiera en el primer artefacto humano en sobrevolar la Luna, pero, para cuando llegó a ella, el aparato soviético Luna 1 se le había adelantado por varias semanas.

Sin embargo, los problemas del proyecto Pioneer no habían hecho sino comenzar. El resto de 1959 y todo el año siguiente fueron espantosamente malos. Se perdieron cinco vehículos y no se logró una sola misión exitosa. El 24 de septiembre de 1959 la Pioneer 9C estalló en su plataforma de lanzamiento, enviando fragmentos en todas direcciones y destruyendo el complejo de lanzamiento en varios cientos de metros a la redonda. Su impulsor, Atlas-Able C, no volvió a volar por más de un año.

En noviembre comenzó la serie de lanzamientos de la serie Pioneer P3, que duraría hasta fines de 1960. En rápida sucesión, la sonda Pioneer P3 se perdió al separarse prematuramente de su primera etapa (15 de noviembre), desintegrándose a los 45 segundos de su lanzamiento y a 1.000 km de altura al perder el escudo térmico. El 15 de febrero del 60 el vehículo que debía transportar la P31 estalló en la plataforma. El 25 de septiembre se perdió la Pioneer P30, destinada a convertirse en un orbitador lunar. A 1.290 km de apogeo, la segunda etapa del cohete que transportaba la sonda de 127 kilogramos sencillamente estalló. La segunda Pioneer P31 fue lanzada a fines del mismo año, con el mismo grado de "éxito" de sus predecesoras. El cohete que la vehiculizaba explotó a 12.200 metros de altura sobre el Cabo, tras escasos 70 segundos de vuelo.

La siguiente sonda exitosa luego de tantos fracasos fue bautizada Pioneer 5 (recordemos que la NASA sólo otorga su nombre definitivo a las misiones una vez que están en rumbo a cumplir sus objetivos). Lanzada el 11 de marzo, estaba equipada con instrumental destinado a trazar un mapa detallado del campo magnético interplanetario. Pioneer 5 fue impulsada por un Thor-Able y funcionó durante 106 días (récord mundial), batiendo el segundo de ellos al transmitir con éxito sus datos desde una distancia de 36,2 millones de kilómetros, alimentándose con los 16 watts producidos por sus cuatro pequeños paneles solares. En realidad, la P5 estaba diseñada como orbitador venusino, pero todos los retrasos derivados de los accidentes y fallas de la serie anterior provocaron que, para el momento del lanzamiento, Venus se hubiese trasladado al lado opuesto de la órbita. De ese modo, el artefacto fue reconvertido a sonda de espacio profundo y quedó alojado en una órbita heliocéntrica de casi 1 UA de diámetro, donde todavía continúa. (UA=unidad astronómica. Es una unidad de longitud equivalente por definición a 149.597.870.700 metros, y que corresponde aproximadamente a la distancia media entre el planeta Tierra y el Sol)

La Pioneer 6, así como sus sucesoras 7, 8 y 9, fueron exitosas.

Pioneer 6

Toda esta serie estaba destinada a medir en forma minuciosa el viento solar, los rayos cósmicos y el campo magnético del Sol. Fueron estos vehículos los que nos dieron las primeras explicaciones concretas acerca de la física del Sol y los procesos intraestelares en general. Además, se comportaron como la primera red "meteorológica" espacial, que fue capaz de enviar datos concretos para predecir tormentas solares y otros fenómenos catastróficos que, de una u otra manera, afectan las comunicaciones y la energía humana. La serie Pioneer 6-9 batió un nuevo récord, a saber: se trató del programa espacial de la NASA más barato, considerando la relación entre resultados obtenidos por dólar gastado en él. Diseñados para durar solamente 6 meses, también excedieron con creces su tiempo estimado de operación: en 1996, la Pioneer 6 batió otro récord más. Con 30 años firmemente anclado en su órbita, se convirtió en el más antiguo satélite artificial aún en operaciones. Entre su instrumental llevaban analizadores de plasma, detectores de rayos cósmicos, etc.

Delta-E

Impulsadas por vehículos Delta-E, estas Pioneer pesaban 63 kilos y se encuentran todavía en órbitas estables, centradas en el Sol. Sus lanzamientos tuvieron lugar entre diciembre de 1965 y noviembre de 1968.

Hacía mucho que sólo se cosechaban éxitos, de modo que la maldición de las Pioneer tenía ganas de volver a hacer de las suyas. En efecto, el lanzamiento de la Pioneer E el 27 de 1969 sufrió una falla hidráulica en la primera etapa de su impulsor Delta-L, produciendo la desintegración del vehículo y su sonda de 67 kilogramos después de un vuelo de solamente 6 minutos y medio.

Pero ello no enfrió el entusiasmo de la NASA: entre 1972 y 1973 se prepararon dos misiones más de la serie, que, bajo los nombres de Pioneer 10 y Pioneer 11 e impulsadas por vehículos Atlas-Centauro SLV-3, iban a convertirse en los artefactos humanos más viajeros de la historia.

Ambas Pioneer fueron diseñadas como sondas planetarias de espacio profundo, y su misión consistía en echar una mirada cercana a los gigantes gaseosos del Sistema Solar: Júpiter y Saturno. Luego, arrojadas con fuerza ciclópea por el efecto gravitacional de ambos planetas, abandonarían para siempre nuestro sistema, perdiéndose en las profundidades del espacio interestelar.

Las Pioneer 10 y 11 pesaban 258 kg y se estabilizaban mediante el giro de la torta a 5 revoluciones por minuto. Estaban construidas en aluminio y epoxy para ahorrar peso, y se impulsaban mediante cohetes propulsados a hidrazina (un poderoso reductor que reacciona violentamente con los agentes oxidantes).

La computadora de a bordo de cada nave tenía una capacidad de almacenamiento de 49 kilobits (infinitesimalmente pequeña según los estándares actuales, que se miden en cientos de gigabytes), pero adecuada para manejar la gran antena parabólica de alta ganancia y las dos de media y baja ganancia, que operaban con transferencias de datos de 2048 baudios por segundo al inicio de la misión y decayeron a 16 bps hacia el final, a medida que los generadores se iban quedando sin energía. Ambas sondas llevaban, además, un magnetómetro ubicado en un brazo plegable de 6,6 metros de longitud, destinado a alejar el instrumento de las piezas metálicas de la espacionave para minimizar las lecturas erróneas.

Las Pioneer llevaban a bordo quince experimentos, destinados principalmente al estudio de los siguientes temas: campos magnéticos planetarios e interplanetarios, fotopolarimetría por imágenes que entregó gran cantidad de fotografías y medidas polarimétricas, investigación del viento solar, radiometría infrarroja, estudio de los rayos cósmicos, fotometría ultravioleta, investigación de la zona de transición de la heliósfera, penetración de meteoroides medida en cámaras selladas de argón y nitrógeno, medición de la existencia de hidrógeno interplanetario, y análisis de la distribución, tamaño, masa, flujo, abundancia y velocidad de las partículas de polvo espacial. Transportaban telescopios sin imagen con campos superpuestos para detectar el reflejo de la luz solar sobre las partículas de los micrometeoritos que pasaban a su lado, instrumental para estudiar las auroras y las emisiones de radio jovianas, detectores de ionización, buscadores de partículas cargadas, analizadores de plasma, contador de partículas, el magnetómetro ya citado y poderosas cámaras fotográficas para tomar imágenes de Júpiter y sus satélites, con particular énfasis en la luna Io, así como recursos suficientes para estudiar las atmósferas tanto del gigante joviano como de sus lunas.

Esta completa selección de aparatos científicos estaba pensada para trabajar durante dos años y medio en forma ininterrumpida, lo que cumplió largamente y con exceso.

Ambas sondas transportan unas placas metálicas con unos dibujos que muestran un hombre y una mujer (comparados con un diagrama de la propia nave para mostrar los tamaños relativos), un esquema del Sistema Solar indicando de cuál de los planetas proviene la sonda, y su localización en la galaxia. Se trata de una especie de memorándum o "saludo" destinado a alguna civilización tecnológica que pueda encontrar los artefactos dentro de unos pocos millones de años.

Además de las figuras humanas, que pueden dar al potencial descubridor de la sonda algunos indicios acerca de la naturaleza y biología de los constructores, la placa contiene muchísima información científica, casi toda destinada a establecer el punto de origen del aparato.

La Pioneer 10 fue lanzada por un Atlas-Centauro el 3 de marzo de 1972 desde Cabo Cañaveral; su órbita de encuentro con Júpiter la condujo en una larga parábola —que recorrió en exactamente un año y nueve meses— hasta pasar junto al rey de los planetas el 3 de diciembre de 1973. Logró acercarse hasta 200.000 kilómetros de Júpiter (algo más de 2,8 radios jovianos). El 1° de enero de 1997, la P10 estaba ya a 67 UA de nosotros, y alejándose del Sol a una velocidad de 2,6 UA por año en dirección al espacio interestelar.

Atlas
Centauro

La Pioneer 11 iba a bordo de un Atlas-Centauro que fue disparado desde la misma base el 6 de abril de 1973. Con una masa de 259 kilos, la sonda sobrevoló Júpiter un año más tarde que su compañera, después de haber viajado un año y ocho meses. Cuatro años y nueve meses más adelante, se encontró con Saturno, tomando las primeras imágenes "en vivo y en directo" de su espléndido y magnífico sistema de anillos. Al igual que la Pioneer 10, Pioneer 11 utilizó el "efecto honda" de la gravedad joviana para girar alrededor del planeta en un ángulo de casi 90 grados, alcanzando de este modo una trayectoria de escape del Sistema Solar.

Su máxima aproximación a Júpiter (el 4 de diciembre de 1974) la acercó a 34.000 km de la capa superior de nubes del gigante gaseoso, para asomarse luego a menos de 21.000 km de la atmósfera superior del planeta anillado.

La nave operó con un transmisor de repuesto desde el principio; los instrumentos científicos a bordo tuvieron que comenzar a compartir el suministro de energía utilizándolo de a uno a partir de febrero de 1985: la pila de plata-cadmio que alimentaba a la nave no producía ya potencia suficiente para todos. Si bien la mayoría de las sondas utilizan paneles solares para obtener su energía, es obvio que ese sistema no serviría en el espacio profundo, muy lejos del Sol. Por ello se las dotó de pequeñas pilas metálicas. Además, las Pioneer llevaban como fuentes principales de energía cuatro SNAP-19 cada uno. Se trata de RTG (generadores a radioisótopos termonucleares), pequeñas pilas atómicas de excelente rendimiento que estaban ubicadas en los extremos de tres brazos radiales (separados por 120°), que las mantenían a 3 metros del cuerpo principal de la espacionave.

Su desempeño fue tan bueno que las de la P10 estaban generando 155 watts en el momento del despegue. Veintiún meses después, durante su tránsito por Júpiter, las cuatro baterías aún entregaban en forma firme y constante 140 vatios.

El 30 de septiembre de 1995 la P11 se quedó sin instrumentos científicos y dejó de transmitir sus datos de telemetría (como venía haciendo diariamente desde hacía más de 22 años), porque se quedó sin energía suficiente. A fines de 1995, la nave se encontraba a 44,7 UA de nosotros, alejándose del Sistema Solar a una velocidad de 2,5 UA/año. El 31 de marzo de 1997, cuando hacía ya casi veinticuatro años que la Pioneer 11 viajaba hacia el espacio interestelar, las operaciones de escucha y seguimiento, así como el procesamiento e interpretación de sus datos, fueron canceladas por la administración Clinton debido a razones presupuestarias. Desde hace casi ocho años, por lo tanto, si la Pioneer 11 tiene algo para decirnos, no queda nadie en la Tierra para escucharla.

La NASA pasó casi 30 años monitoreando las señales de la P10 a través de su Red de Espacio Profundo (Deep Space Network, DSN). Hacia primeros de 2002, la intensidad de su transmisión se había reducido a un murmullo lejano. El 7 de febrero la NASA intentó por última vez un contacto deliberado con la espacionave, mas no obtuvo respuesta.

El día 27 de abril, sin embargo, la esforzada sonda —ya sin energía— volvió a la vida el tiempo suficiente para transmitir un débil farfulleo y luego enmudeció. Esta señal, desplazándose a la velocidad de la luz, necesitó 11 horas y 20 minutos para alcanzar las estaciones de escucha de la DSN, viajando 82 UA (unos 12.300 millones de kilómetros). Fue la última transmisión que contenía datos de telemetría. Luego, nada. ¿Había muerto por fin la mensajera humana a las estrellas, la Pioneer 10? Al menos la NASA había decretado su muerte de facto, puesto que no tenía previsto seguirla escuchando.

Pero no. La heroica nave no estaba muerta.

Casi un año más tarde, el 22 de enero de 2003, la DSN detectó un débil, casi inaudible impulso de radio, proveniente del lugar exacto donde debía encontrarse la P10. Este pulso, tan débil que debió ser amplificado millones de veces para tornarse inteligible, no transmitía datos de telemetría, y nunca volvió a repetirse.

Fue el canto del cisne, la queja final del artefacto que, hoy en día, debe haber dejado de funcionar en todos los aspectos.

Pero no ha dejado de viajar. Su trayectoria la lleva hacia la estrella Aldebarán, también llamada Alfa Tauri, en la constelación de Tauro. Concretamente, representa el ojo del toro y es una estrella tipo K, de 1ª magnitud y la décimotercera más brillante del cielo. Es unas 350 veces más brillante que el Sol y 40 veces más masiva, ostentando un bello color rojoanaranjado.