Vehículo en órbita

El vehículo en órbita o OV , originalmente denominado SATAR (SATellite - Atmospheric Research), comprendía cinco series dispares de satélites estadounidenses estandarizados operados por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos , lanzados entre 1965 y 1971. Se construyeron cuarenta y siete satélites, de los cuales cuarenta y tres fueron lanzados y treinta y siete alcanzaron la órbita . Con la excepción de la serie OV3 y OV4-3 , se lanzaron como cargas útiles secundarias, utilizando el espacio sobrante en otras misiones. Esto dio como resultado costos de lanzamiento extremadamente bajos y tiempos cortos de propuesta a órbita. Por lo general, los satélites OV llevaban experimentos científicos y/o tecnológicos, y 184 fueron puestos en órbita con éxito durante la vida útil del programa.

La primera serie OV, designada OV1, fue construida por General Dynamics y utilizada en pruebas suborbitales de misiles Atlas ; posteriormente, los satélites se colocaron en órbita por medio de un motor de arranque Altair-2 . Los satélites OV2 construidos por Northrop se construyeron utilizando piezas sobrantes tras la cancelación del Satélite de Prueba Ambiental de Investigación Avanzada; tres naves espaciales OV2 volaron en vuelos de prueba Titan IIIC . Space General construyó los satélites OV3, la única serie que se lanzó en cohetes dedicados; seis se lanzaron en cohetes Scout-B entre 1966 y 1967. Los satélites OV4 se lanzaron como parte de un vuelo de prueba para el Laboratorio de Órbita Tripulada (MOL), con dos satélites realizando un experimento de comunicaciones mientras que un tercero, OV4-3, fue la carga útil principal, una maqueta de la estación espacial MOL. Se construyeron otros dos satélites OV4, duplicados de los dos primeros, pero no se lanzaron. Los satélites OV5 se lanzaron como cargas útiles secundarias en cohetes Titan IIIC como parte del programa de Satélites de Investigación Ambiental .

El programa OV fue abandonado a fines de la década de 1960, y el último de la serie (un OV1) voló en 1971. Fue sucedido por el Programa de Pruebas Espaciales , que se centró en satélites personalizados con cargas útiles específicas en lugar de estandarizadas.

El programa de satélites Orbiting Vehicle surgió de una iniciativa de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, iniciada a principios de la década de 1960, para reducir el gasto en investigación espacial. A través de esta iniciativa, los satélites se estandarizarían para mejorar la confiabilidad y la rentabilidad, y cuando fuera posible, volarían en vehículos de prueba o se combinarían con otros satélites. En 1961, la Oficina de Investigación Aeroespacial de la Fuerza Aérea (OAR) creó el Programa de Apoyo a la Investigación Aeroespacial (ARSP) para solicitar propuestas de investigación satelital y elegir experimentos de misión. La Organización Espacial y de Misiles de la USAF creó su propio análogo del ARSP llamado Programa de Apoyo a Experimentos Espaciales (SESP), que patrocinó una mayor proporción de experimentos tecnológicos que el ARSP. ^{[1] : 417} Se desarrollaron cinco series distintas de satélites OV estandarizados bajo los auspicios de estas agencias. ^{[1] : 425}

La serie OV1 fue una evolución de los "Scientific Passenger Pods" (SPP) de 2,7 m, que, a partir del 2 de octubre de 1961, se utilizaron en pruebas suborbitales de misiles Atlas y realizaron experimentos científicos durante su breve estancia en el espacio. General Dynamics recibió un contrato de 2 millones de dólares el 13 de septiembre de 1963 para construir una nueva versión del SPP (llamada Atlas Retained Structure (ARS)) que llevaría un satélite en órbita autónoma. Una vez que el misil Atlas y la ARS alcanzaran el apogeo, el satélite que se encontraba en su interior se desplegaría y se lanzaría a órbita. Además del SPP orbital, General Dynamics crearía seis de estos satélites, cada uno de 3,66 m (12,0 pies) de largo y 0,762 m (2 pies 6,0 pulgadas) de diámetro, capaces de transportar una carga útil de 136 kg (300 libras) en una órbita circular de 805 km (500 mi).

La serie de satélites, denominada "Satélite para la investigación aeroespacial" (SATAR), se iba a lanzar originalmente desde el Campo de Pruebas del Este en misiones Atlas para probar los conos frontales del Sistema de Reingreso Balístico Avanzado (ABRES, por sus siglas en inglés). Sin embargo, en 1964, la Fuerza Aérea transfirió los lanzamientos del ABRES al Campo de Pruebas del Oeste, lo que provocó un retraso de un año en el programa. Además, debido a que los lanzamientos del WTR se realizarían en órbita polar en lugar de las órbitas de baja inclinación típicas de los lanzamientos del ETR, se podría lanzar menos masa a la órbita utilizando el mismo empuje, y la masa de los satélites SATAR tuvo que reducirse. ^{[1] : 417}

El satélite estándar OV1, de 1,387 m (4 pies 6,6 pulgadas) de largo y 0,69 m (2 pies 3 pulgadas) de diámetro, consistía en una carcasa experimental cilíndrica cubierta con conos aplanados en ambos extremos ^[2] que contenía 5000 células solares que producían 22 vatios de potencia. Dos antenas de 0,46 m (1 pie 6 pulgadas) para transmitir telemetría y recibir comandos se extendían desde los lados de la nave espacial. 12 propulsores de peróxido de hidrógeno presurizados con helio proporcionaban control de actitud. A partir del OV1-7 , las células solares eran planas en lugar de redondeadas, y los satélites llevaban el sistema de actitud Vertistat que usaba un sensor solar para determinar la orientación de la nave espacial con respecto al Sol. ^{[1] : 418–429} OV1-13 y OV1-14 fueron los primeros de la serie OV1 en utilizar telemetría digital con modulación de código de pulso , lo que permitió el retorno de datos cada vez más precisos de los satélites. ^[3]

Finalmente, solo el primero de los SATAR ( OV1-1 , llamado Atmospheric Research Vehicle (ARV) en ese momento) ^{[4] : 24} alguna vez volaron a cuestas en una misión ABRES. El resto volaron en los ex-ICBM Atlas D y F específicamente comprados por el OAR para la serie OV1 (excepto OV1-6 , que voló en el vuelo de prueba del Laboratorio de Orbita Tripulada el 2 de noviembre de 1966). ^{[1] : 418–422} Por lo general, los satélites se montaban en el cono de la nariz del cohete de lanzamiento; OV1-1, OV1-3 y OV1-86 se montaban lateralmente. Un módulo de propulsión desechable con un motor de combustible sólido Altair-2 proporcionó el empuje para la inserción orbital final.

La combinación OV1/Atlas resultó económica para la época, pues costaba solo 1,25 millones de dólares por lanzamiento (4545 dólares por 1 kg (2,2 libras) de carga útil). El formato estandarizado también permitió un rápido período de propuesta de experimento hasta el lanzamiento de solo quince meses. ^{[1] : 418} El programa fue dirigido por el teniente coronel Clyde Northcott, Jr. ^[5]

Los datos de la cámara de ionización equivalente de tejido de OV1-4 , comparados con un instrumento similar orbitando en Gemini 4 , determinaron la dosis de radiación que recibirían los astronautas de Gemini que viajaran a la altitud de OV1-4 (~950 km (590 mi)): 4 rads por día en una órbita con una inclinación de 30° o 1,5 rads por día en una órbita con una inclinación de 90° (polar). ^[6]

A finales de mayo de 1967, durante un período de alta actividad solar y magnética, el OV1-9 envió la primera evidencia del campo eléctrico terrestre, sobre el que se había teorizado durante mucho tiempo pero nunca se había medido. El satélite detectó una corriente de protones que fluía de la atmósfera al espacio a más de 60.000 km (37.000 mi) por segundo. El OV1-9 también estudió la variación de los flujos de protones en el cinturón de Van Allen exterior durante ese mismo período, determinando que los flujos eran diez veces mayores cuatro días después de la actividad solar máxima de mayo de lo que habían sido antes de la llamarada; los flujos tardaron diez días en volver a los niveles normales. ^[7] El espectrómetro de rayos X del OV1-10, lanzado conjuntamente, envió el conjunto más completo de observaciones de rayos X solares hasta la fecha. Estos datos permitieron a los científicos determinar la densidad relativa de neón a magnesio en la corona solar a través de la observación directa en lugar de utilizar modelos matemáticos complicados. Se descubrió que la relación de neón a magnesio era de 1,47 a 1 (+/- 0,38). ^[8]

El OV1-13, lanzado el 6 de abril de 1968, midió los aumentos de energía e intensidad de los electrones durante una tormenta geomagnética que tuvo lugar el 10 de junio de 1968. ^[9] Los datos del OV1-13 también aclararon cómo el flujo de partículas causado por las tormentas solares creó estos aumentos de gran altitud. ^[10]

Los datos devueltos por los OV1-15 y 16 proporcionaron el primer conjunto sustancial de datos sobre la densidad de la atmósfera de la Tierra entre las altitudes de 100 km (62 mi) y 200 km (120 mi) y demostraron que el aumento de la actividad solar aumentó la densidad del aire a grandes altitudes, contradiciendo el modelo predominante de la época. ^[11] Además, los satélites determinaron que la densidad de la atmósfera superior era un 10% menor que la predicha por los modelos teóricos. ^[12] Los datos de los OV1-15/16 condujeron a modelos atmosféricos mejorados que permitieron a la Fuerza Aérea predecir mejor dónde y cuándo los satélites se desintegrarían y volverían a entrar. ^[11]

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La serie de satélites OV2 fue diseñada originalmente como parte del programa ARENTS (Satélite de Pruebas Ambientales de Investigación Avanzada), destinado a obtener datos de apoyo para los satélites Vela , que monitoreaban la Tierra en busca de violaciones del Tratado de Prohibición Parcial de Pruebas de 1963. Tras la cancelación de ARENTS debido a retrasos en la etapa del cohete Centaur , el hardware del programa (desarrollado por General Dynamics ) fue reutilizado para volar en los lanzamientos de prueba de los cohetes Titan III ^{[1] : 417  : 422} (inicialmente el A, ^[20] finalmente el C). ^[1] La USAF contrató a Northrop para producir estos satélites, con William C. Armstrong de Northrop Space Laboratories como gerente del programa. ^[20]

Los satélites OV2 fueron diseñados siguiendo el mismo plan: estructuras aproximadamente cúbicas de panal de aluminio, de 0,61 m (2,0 pies) de altura y 0,58 m (1,9 pies) de ancho, con cuatro paneles solares de 2,3 m (7,5 pies) en forma de paletas montados en las cuatro esquinas superiores, cada uno con 20.160 células solares. El sistema de energía, que incluía baterías de NiCd para operaciones nocturnas, proporcionaba 63 W de potencia. Los experimentos se montaban generalmente fuera del cubo, mientras que los sistemas de satélite, que incluían una grabadora, un receptor de comandos y un sistema de telemetría PAM/FM/FM, se instalaban en el interior. Se diseñaron cuatro pequeños motores de cohetes sólidos, uno en cada paleta, para hacer girar los satélites OV2 al alcanzar la órbita, lo que proporcionaba estabilidad giroscópica. Los chorros de gas frío mantenían esta estabilidad, recibiendo información sobre la alineación del satélite con respecto al Sol a través de un sensor de aspecto solar incorporado, y con respecto al campo magnético local a través de dos magnetómetros fluxgate incorporados. Un amortiguador impedía que los satélites se tambaleasen alrededor de su eje de rotación. Un control térmico pasivo impedía que los satélites se sobrecalentasen. ^{[1] : 422}

Cuando comenzó el programa OV2, se habían planeado originalmente tres satélites OV2 con diferentes objetivos de misión. ^[20] La serie OV2 se amplió finalmente a cinco satélites, todos con diferentes objetivos. Sólo el OV2-5, un satélite astronómico y de radiación, logró cierto grado de éxito. ^[21]

Los datos de energía de protones de OV2-5 recopilados entre el 2 y el 13 de octubre de 1968 en el rango de energía de 0,060 a 3,3 Mev mostraron una reducción de ocho veces en el flujo de partículas entre tormentas solares y períodos de calma. La medición del ángulo en el que los protones se encontraron con el satélite también ayudó a refinar los modelos teóricos de cómo la magnetosfera interactúa con el flujo de partículas cargadas. ^[22]

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A diferencia de los satélites de la serie OV1 y OV2, que fueron diseñados para utilizar el espacio de carga útil vacío en los lanzamientos de prueba de cohetes, los seis satélites OV3 tenían todos ellos propulsores Scout dedicados . En este sentido, la serie OV3 era más parecida a sus homólogos del programa científico civil (por ejemplo, Explorer ). OV3 se diferenciaba de los programas de la NASA en su uso intensivo de equipos estándar, lo que daba como resultado un menor coste unitario.

Los primeros cuatro satélites de la serie fueron construidos por la subsidiaria de Aerojet, Space General Corporation, en virtud de un contrato de 1,35 millones de dólares adjudicado el 2 de diciembre de 1964; el primer satélite debía estar listo en octubre de 1965. Los dos últimos satélites fueron construidos por el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de Cambridge (AFCRL), que también gestionó toda la serie y proporcionó cuatro de las cargas útiles OV3. ^{[1] : 422–423}

Charles H. Reynolds, que trabajó en AFCRL desde 1955, fue el director técnico del programa OV3. ^[24]

Los satélites OV3 eran prismas octogonales de 0,74 m (2 pies 5 pulgadas) de largo y ancho (para OV3-5 y OV3-6, la longitud se redujo a 0,53 m (1 pie 9 pulgadas)), con experimentos montados en brazos. 2560 células solares proporcionaron 30 vatios de potencia. El satélite estaba estabilizado por giro, pero debido a que era asimétrico una vez que se extendían sus brazos, ^[25] OV3-2 mantuvo su actitud en órbita con un amortiguador de precesión . ^{[1] : 422–423} La nave espacial estaba estabilizada por giro a 8 revoluciones por minuto (rpm) ^{[23] Un sensor solar, así como un} magnetómetro triaxial a bordo , proporcionaron información sobre el aspecto del satélite (orientación), su velocidad de giro y la velocidad de precesión . ^{[26] [1] : 423} La vida útil de diseño era de un año. ^{[1] : 423}

El programa OV3 comprendió 6 misiones, cinco de ellas exitosas. La última (OV3-6) voló el 4 de diciembre de 1967. ^[14] El programa OV3 fue cancelado después de OV3-6 en favor del programa OV1, más económico. ^{[1] : 423}

• OV3-1 tenía una órbita casi polar y arrojó datos útiles sobre la energía y la distribución de electrones en las regiones aurorales . ^[25]
• Los datos devueltos por OV3-4 ayudaron a probar y refinar los modelos teóricos de la dosis de radiación que recibiría un astronauta en altitudes orbitales. ^[6]
• Los datos del receptor VLF OV3-3 determinaron la ubicación de la plasmapausa (el límite exterior de la magnetosfera interna de la Tierra). ^[27]
• OV3-2 observó variaciones ambientales de partículas cargadas antes, durante y después del eclipse solar sudamericano del 12 de noviembre de 1966. [ ^28] OV3-2 también realizó investigaciones ionosféricas y de auroras en órbita junto con el avión AFCRL KC-135 que volaba debajo, realizando mediciones simultáneas. ^[29] El Consejo Nacional de Investigación de Canadá también realizó observaciones ionosféricas simultáneas y coordinadas. ^[30]
• El OV3-6 midió variaciones de latitud mucho mayores que las que habían previsto los modelos atmosféricos actuales. También se descubrió un abultamiento en la densidad neutra en el hemisferio de verano. Los datos obtenidos se utilizaron para construir modelos atmosféricos más precisos y para correlacionar las reacciones fisicoquímicas con las perturbaciones originadas por el sol. ^[31]

^[18]

La serie OV4 fue diseñada para utilizar el espacio a bordo de los vuelos de prueba del Laboratorio de Órbita Tripulada (MOL). En septiembre de 1964, Raytheon recibió un contrato de 220.000 dólares para construir un par de satélites únicos, diseñados por el Laboratorio de Aviónica de la USAF . Estos dos satélites investigarían la propagación de radio de largo alcance en la atmósfera cargada de la ionosfera, análoga a la transmisión de sonidos en galería susurrante bajo una cúpula física. ^{[1] : 423} De esta manera, el par OV4-1 evaluaría la capa F de la ionosfera como un método para facilitar las transmisiones HF y VHF entre satélites que no están en la línea de visión entre sí. ^[18]

El par de satélites OV4-1 estaba formado por una nave espacial transmisora ​​y una nave espacial receptora. El transmisor del OV4-1T transmitía en tres frecuencias en el rango de 20 a 50 MHz . El OV4-1R incluía equipo de recepción y equipo de transmisión de telemetría . Lanzados a órbitas ligeramente diferentes de 300 km (190 mi), los satélites probarían comunicaciones de galería susurrante a lo largo de un rango de distancias; el OV4-1T incluía un pequeño motor de cohete para maximizar la separación orbital (180°) del OV4-1R. ^{[1] : 423}

Ambos satélites eran cilíndricos, de 0,43 m (1 pie 5 pulgadas) de diámetro, con extremos superiores abovedados. La longitud total era de 0,9 m (2 pies 11 pulgadas). Las baterías de óxido de plata/cinc proporcionaban una vida útil de 50 días. ^{[1] : 423}

Se construyeron dos series de satélites OV4 de "galería susurrante". Los OV4-2T y OV4-2R nunca volaron. ^{[1] : 423}

El lanzamiento de los OV4-1T y OV4-1R estaba previsto para el vuelo de calificación del escudo térmico MOL , con un cohete Titan IIIC . El MOL ficticio (un tanque oxidante de primera etapa Titan) estaba equipado con una variedad de experimentos y se lo denominó OV4-3. ^{[1] : 423–424} El OV1-6 también estaba montado en el Titan III. El cohete despegó del complejo de lanzamiento 40 de Cabo Cañaveral el 3 de noviembre de 1966 a las 13:50:42 UTC. ^[14]

^[18]

El programa OV5 fue una continuación de la serie de satélites de investigación medioambiental (ERS) desarrollada por Space Technology Laboratories , una subdivisión de TRW Inc. Se trataba de satélites muy pequeños lanzados desde 1962 con cargas útiles primarias, lo que encajaba perfectamente en el programa de vehículos en órbita. La principal innovación con respecto a la serie ERS anterior fue un receptor de comandos que permitía enviar instrucciones desde tierra y un sistema de telemetría digital con modulación por código de pulsos , ^{[1] : 425} frente a los transmisores analógicos utilizados en misiones ERS anteriores. ^[32] Al igual que los ERS anteriores, los OV5 estaban estabilizados por giro y el calor se controlaba de forma pasiva. Toda la serie OV5 fue construida por TRW, con la excepción del OV5-6, construido por AFCRL, y el OV5-9, construido por Northrop Corporation . ^{[1] : 425}

^{[18] [1] : 425}

El programa OV fue descontinuado a fines de la década de 1960, y el último de la serie (un OV1) voló en 1971. El programa puso en órbita 184 experimentos con costos de lanzamiento extremadamente bajos y con tiempos de propuesta a órbita muy cortos.

El OV fue reemplazado por el Programa de Pruebas Espaciales , administrado por el Programa de Apoyo a Experimentos Espaciales de la Organización de Misiles Espaciales , que había absorbido al ARSP en 1968. El Programa de Pruebas Espaciales siguió la nueva tendencia en satélites, que prefería vehículos únicos construidos a medida con cargas útiles específicas a vehículos construidos sobre planos estandarizados. ^{[1] : 425–426}