Programa Viking para niños

Programa Viking
Viking I
Tipo de misión:	Orbitador y aterrizador marciano
Fecha y hora de lanzamiento:	20/8/1975 (21:22:00 UTC)
Cohete lanzador:	Titan III-E-Centaur
Lugar de lanzamiento:	Cabo Cañaveral (Complejo de Lanzamiento 41)
Masa total:	3527 kg
Viking II
Tipo de misión:	Orbitador y aterrizador marciano
Fecha y hora de lanzamiento:	9/9/1975 (18:39:00 UTC)
Cohete lanzador:	Titan III-E-Centaur
Lugar de lanzamiento:	Cabo Cañaveral (Complejo de Lanzamiento 41)
Masa total:	3527 kg

El programa Viking de la NASA fue un proyecto espacial con dos misiones robóticas al planeta Marte. Estas misiones se llamaron Viking I y Viking II. El programa Viking siguió a la exitosa misión Mariner 9 de 1971. Las naves Viking fueron las primeras de Estados Unidos en aterrizar en Marte. También fueron las primeras en buscar señales de vida en el planeta rojo.

Cada misión Viking tenía dos partes: una sonda orbital (llamada Viking Orbiter o VO) y una sonda de aterrizaje (llamada Viking Lander o VL). La sonda orbital tomaba fotos de la superficie de Marte desde su órbita. También servía como un puente de comunicación entre la Tierra y la sonda de aterrizaje. La sonda de aterrizaje se separaba del orbitador y se posaba suavemente en la superficie de Marte.

El programa Viking fue una de las misiones más grandes y costosas enviadas a Marte en su momento. Costó alrededor de 1000 millones de dólares de esa época. Fue una misión muy exitosa. Nos dio la mayor parte de la información sobre Marte hasta finales de los años 90, cuando llegaron los primeros vehículos exploradores (rovers).

La sonda Viking I se lanzó el 20 de agosto de 1975. La Viking II se lanzó el 9 de septiembre del mismo año. Ambas fueron lanzadas con un cohete Titan III-E. Cuando llegaron a la órbita de Marte, las sondas orbitales pasaron varios meses explorando la superficie. Buscaban los mejores lugares para aterrizar. Una vez elegidos los sitios, las dos partes de la sonda se separaban. La sección de aterrizaje entraba en la atmósfera de Marte y se posaba suavemente. Los orbitadores seguían tomando fotos y haciendo otros estudios científicos. Mientras tanto, los Viking Lander desplegaban sus instrumentos en la superficie. Cada sonda completa, con combustible, pesaba 3527 kg.

Sonda Orbital: ¿Cómo funcionaba el Viking Orbiter?

El orbitador se basó en el diseño de la nave Mariner 9. Tenía forma de octágono y medía unos 2,5 metros de diámetro. Al momento del lanzamiento, pesaba unos 2500 kg. De ese peso, 1445 kg eran combustible y gas para controlar la nave en Marte. Los objetivos principales de los orbitadores Viking eran:

• Transportar la sonda de aterrizaje (VL-1 y VL-2).
• Tomar fotos de la superficie de Marte para crear un mapa.
• Buscar y confirmar posibles lugares seguros para el aterrizaje.
• Servir de puente de comunicación para los Viking Lander.
• Detectar cambios en el ambiente de Marte.

La estructura del orbitador tenía ocho lados, como un anillo. Cada lado medía 0,4572 metros de alto. Los lados alternaban entre 1397 mm y 508 mm de ancho. La altura total de la sonda era de 3,29 metros. Tenía 16 módulos, con 3 en cada una de las 4 caras más largas y 1 en cada cara corta.

Calendario de las misiones orbitales

Lanzamiento del Titan III con la Viking I a bordo.

Perfil de una misión Viking: 1. Lanzamiento; 2. Viaje interplanetario hacia Marte (duración 305-360 días); 3. Entrada en órbita marciana; 4. Separación del orbitador y el aterrizador (a 3000 km de altura); 4. Descenso de órbita; 5. Frenado en la atmósfera (a 250 km de altura, a 14000 km/h); 6. Despliegue del paracaídas (a 6,4 km de altura, a 1600 km/h); 7. Liberación del escudo térmico y despliegue de las patas de aterrizaje (a 5,7 km de altura); 8. Encendido de los motores de frenado (a 1,2 km de altura, a 250 km/h); 7. Aterrizaje suave en la superficie (a 2,5 km/h).

Viking Orbiter I

Viking Orbiter II

Propulsión y control de la órbita

El sistema de propulsión estaba en la parte superior del orbitador. Usaba un motor cohete especial con dos tipos de combustible que se encendían al mezclarse. Estos combustibles eran monometilhidracina y tetraóxido de dinitrógeno.

El motor podía generar un empuje de 1.323 Newtons. Esto permitía cambiar la velocidad de la nave en 1.480 metros por segundo. Para controlar la posición de la nave, se usaban 12 pequeños propulsores de nitrógeno comprimido. Sensores solares, un navegador estelar y un sistema de referencia con 6 giroscopios ayudaban a mantener la nave estable. También había pequeños propulsores en los extremos de los paneles solares y dos acelerómetros.

Sistema de energía

Las Viking Orbiter tenían cuatro "alas" solares que se extendían desde el centro de la nave. La distancia de punta a punta de estas alas era de 9,75 metros. La nave obtenía energía de 8 paneles solares, cada uno de 1,57 m por 1,23 m, con dos paneles en cada ala. Los paneles solares tenían una superficie total de unos 15 m² y contaban con 34.800 células solares. Estas células producían 620 vatios de energía en la órbita de Marte. La energía se guardaba en dos baterías de níquel y cadmio con una capacidad de 30 amperios-hora.

Comunicaciones

Para comunicarse, la sonda usaba un transmisor de 20 vatios en banda S (2.295 MHz) y dos amplificadores de 20 vatios. También tenía un receptor de banda X (8.415 MHz) para experimentos de comunicación.

La sonda tenía una antena parabólica grande de 1,5 metros de diámetro que podía moverse en dos direcciones. Esta antena estaba en el borde de la base del orbitador. Dos grabadoras de cinta podían guardar 1.280 Mbit de información. También tenía una radio UHF de 381 MHz.

Instrumentos científicos del orbitador

Esta era la plataforma donde se ubicaban el VIS, IRTM y MAWD en las Viking Orbiter.

La sonda orbital llevaba tres instrumentos científicos para sus experimentos: un sistema de imágenes (Visual Imaging System, VIS), un mapeador térmico infrarrojo (Infra-Red Thermal Mapper, IRTM) y un detector de vapor de agua atmosférico (Mars Atmospheric Water Detector, MAWD). Estos instrumentos estaban en una plataforma que podía moverse en la base del orbitador. Así, los paneles solares siempre podían recibir la luz del Sol. Los instrumentos científicos pesaban en total unos 72 kg:

• VIS o Visual Imaging System (Sistema de Imagen Visual): Tenía dos cámaras idénticas con telescopios de 755 mm de distancia focal. Cada cámara podía ver un área de 1,5° x 1,7°, lo que permitía tomar fotos de hasta 1.886 km² desde una distancia de 1500 km.

• IRTM o Infra-Red Thermal Mapper (Mapeador Térmico Infrarrojo): Era un radiómetro con 28 canales que funcionaba con luz infrarroja. Tenía cuatro telescopios con filtros y siete detectores sensibles a diferentes tipos de luz.

• MAWD o Mars Atmospheric Water Detector (Detector de Agua Atmosférica de Marte): Era un espectrómetro infrarrojo que medía el vapor de agua en la atmósfera. También medía la luz solar que llegaba a la atmósfera marciana para saber la cantidad de vapor de agua.

Selección de imágenes obtenidas por el VIS de las sondas Viking Orbiter

Chryse Planitia.   Antiguo flujo de agua en la región Maja Valles.   "Islas" formadas por antiguas corrientes de agua en Maja Valles.   Valles marcianos captados por las sondas.

Sonda de Aterrizaje: ¿Qué hizo el Viking Lander?

Modelo de la sonda de aterrizaje Viking.

La sonda Viking Lander I (VL-1) fue la segunda nave espacial en aterrizar con éxito en Marte. Esto ocurrió el 20 de julio de 1976. La primera fue la nave rusa Mars 3 en 1971, aunque perdió comunicación poco después de aterrizar. La sonda Viking Lander II (VL-2) aterrizó el 3 de septiembre de 1976. Una vez en Marte, las sondas VL-1 y VL-2 tenían varios objetivos principales:

• Estudiar la atmósfera durante el descenso y el aterrizaje.
• Observar el ambiente y el clima de Marte desde el suelo.
• Analizar la composición del suelo y buscar materiales orgánicos.

Estructura de la sonda de aterrizaje

La sonda tenía una base hexagonal de aluminio que se apoyaba en tres patas extendidas. Las patas formaban un triángulo equilátero de 2,21 metros de lado visto desde arriba. Los instrumentos estaban en la parte superior de la base, elevados sobre la superficie por las patas. Toda la unidad pesaba 657 kg.

Todas las operaciones eran controladas por una computadora a bordo, el GCSC o Guidance Control Sequencing Computer. Tres unidades manejaban los datos científicos: la DAPU o Data Acquisition and Processing Unit, que recogía los datos y los convertía en números. Luego, los enviaba a la memoria, a la grabadora, o directamente a la Viking Orbiter para ser enviados a la Tierra.

Propulsión y descenso

La propulsión para el descenso usaba un cohete monopropelente de hidracina. Tenía 12 salidas agrupadas en 4 grupos de 3, que daban un empuje de 32 Newtons. Esto permitía una velocidad vertical de 180 metros por segundo. Estas salidas también ayudaban a controlar la rotación de la sonda.

El aterrizaje final se lograba con tres motores de hidracina. Los motores tenían 18 salidas para dispersar el calor y no dañar la superficie. Podían ajustar su empuje de 276 Newtons a 2.667 Newtons. La hidracina se purificaba para no contaminar el suelo marciano. El Viking Lander llevaba 85 kg de combustible en dos tanques de titanio. El control de la sonda se lograba con un sistema de referencia, cuatro giroscopios, un freno aerodinámico, un altímetro de radar, un radar de descenso y los propulsores de control.

Sistema de energía del aterrizador

La energía la proporcionaban dos generadores térmicos radio-isotópicos (RTG). Estos contenían plutonio 238. Cada generador medía 28 cm de alto, 58 cm de diámetro y pesaba 13,6 kg. Generaban 35 vatios de energía continua a 4,4 voltios. También tenía baterías recargables de 28 voltios de níquel-cadmio para momentos de mayor consumo de energía.

Comunicaciones del aterrizador

Vista de Marte, desde la Viking Lander I. Se puede apreciar la antena parabólica de alta ganancia en la parte superior, y el filtro de colores para las cámaras, abajo a la derecha.

La comunicación se lograba con un transmisor de banda S de 20 vatios y dos amplificadores de 20 vatios. Una antena parabólica que podía moverse en dos ejes estaba montada cerca del borde de la base de la nave.

Una antena omnidireccional de banda S también se extendía desde la base. Ambas antenas permitían la comunicación directa con la Tierra. Una antena UHF de 381 MHz permitía la comunicación en un solo sentido hacia el orbitador, usando una radio de 30 vatios. Los datos se guardaban en una grabadora de cinta de 40 Mbit. La computadora de la sonda podía almacenar hasta 6000 palabras de órdenes y procedimientos.

Instrumentos científicos del aterrizador

Detalle del brazo robótico para la recogida de muestras. En el extremo puede divisarse la pala, y en la parte superior (centro de la imagen) el tamiz. El brazo podía girar 180° para poder verter las muestras en los embudos de recogida para los experimentos.

Antes de que las Viking Lander (I y II) tocaran la superficie marciana, ya habían comenzado sus experimentos. Durante el descenso, las sondas observaron y midieron la atmósfera y la ionosfera marciana. En esta fase, funcionaron tres instrumentos:

• RPA o Retarding Potential Analyzer (Analizador de Potencial Retardador): Medía la distribución de electrones del viento solar y de la ionosfera. También medía las temperaturas de los electrones, la composición y concentración de iones positivos, y cómo el viento solar interactuaba con la atmósfera superior.
• UAMS o Upper Atmosphere Mass Spectrometer (Espectrómetro de Masas de la Alta Atmósfera): Analizaba la composición molecular de la atmósfera. Identificaba y medía todos los gases neutros con un peso molecular de hasta 50. También medía la cantidad de sus diferentes tipos de átomos (isótopos).
• LASE o Lower Atmospheric Experiment (Experimento de Baja Atmósfera): Medía la densidad, presión y temperatura de la atmósfera desde 90 km de altura hasta la superficie.

Una vez que el Viking Lander se posó en Marte, se desplegaron los demás instrumentos. Las 2 cámaras tomaban imágenes de la superficie. Las fotos a color se creaban combinando las imágenes de ambas cámaras en azul, rojo y verde. Para estudiar las propiedades físicas del suelo, se usaron métodos simples, como la dureza, analizada por cómo se hundían las patas de la sonda. Dos pares de imanes en el sistema de toma de muestras separaban los minerales magnéticos. Otros imanes en los generadores RTG capturaban el polvo magnético. El Viking Lander también tenía tres pequeños sismómetros para medir movimientos sísmicos en el suelo.

Para las medidas meteorológicas, se usaron sensores en lo alto de un mástil que se levantó después del aterrizaje. Las temperaturas se medían con tres termopares. Un anemómetro, también con un termopar, medía la velocidad y dirección del viento. Un sensor de temperatura en el sistema de toma de muestras medía la temperatura cerca del suelo. El sensor de presión estaba debajo de la estación y medía los cambios de presión durante el descenso.

Para recoger muestras del suelo, las sondas tenían un sistema de recogida de muestras. Este sistema incluía una pala al final de un brazo robótico articulado de 3 metros de largo. Con la pala, se podían cavar zanjas alrededor de la sonda. El brazo trituraba las muestras y las pasaba por un tamiz. Luego, las muestras se llevaban a compartimentos especiales para los experimentos, debajo de unos embudos en la nave. Para analizar la composición del suelo, se buscaban elementos químicos y la composición molecular. El XRFS o X-Ray Fluorescent Spectrometer (Espectrómetro de Fluorescencia X) se encargaba de los elementos químicos. El GCSM o Gas Chromatograph Mass Spectrometer (Espectrómetro de Masa en Fase Gaseosa) analizaba las moléculas y las concentraciones de gases, tanto orgánicos como inorgánicos.

Resultados de los experimentos

Se descubrió que el principal gas neutro en la atmósfera superior de Marte es el dióxido de carbono (CO₂). El nitrógeno es solo el 6% de la cantidad de CO₂, y el oxígeno molecular (O₂) es el 0,3%. La presencia de nitrógeno es importante porque se considera clave para la existencia de vida.

Las mediciones del clima se hacían doce veces al día. Mostraron que las temperaturas diurnas promedio variaban entre -85 °C (al atardecer) y -29 °C (al mediodía). Las variaciones diarias de presión eran de unos 0,2 milibares (con una presión promedio de 6 milibares). Las velocidades del viento alcanzaban los 8 metros por segundo (28,8 km/h) durante el día.

Los sismómetros debían registrar los movimientos del suelo. Sin embargo, debido a que las estaciones eran sensibles al viento y a las vibraciones de los instrumentos, no se pudo confirmar claramente el origen de los registros.

El suelo de Marte es bastante duro. En algunos lugares, hay una capa de varios centímetros de espesor que cubre un nivel más blando. Una parte de los materiales de la superficie contiene minerales magnéticos. El XRFS confirmó la presencia de hierro, calcio, sílice, aluminio y titanio en las muestras de suelo. El GCMS, para los análisis moleculares y de gases, encontró que la proporción de argón 36/argón 40 en la atmósfera marciana era mucho menor que en la atmósfera terrestre. Esto sugiere que Marte no ha liberado tantos gases como la Tierra. Este instrumento no encontró suficientes compuestos orgánicos (menos de una parte por millón) para confirmar procesos biológicos. También se pensó que el agua encontrada estaba asociada a ciertos minerales.

Selección de imágenes de Chryse Planitia obtenidas por la sonda Viking Lander I

Primera imagen obtenida de la superficie de Marte de la historia.   Panorama marciano donde pueden divisarse nubes en el cielo.   Dunas a lo lejos, y zanjas escavadas por la VL-1 para las muestras de suelo.   Anochecer en Marte.

Selección de imágenes de Utopia Planitia obtenidas por la sonda Viking Lander II

Amanecer helado en Utopia Planitia (es visible la escarcha sobre la tierra y en la base de las rocas).   Más hielo en Marte.   Se observa una de las patas del aterrizador, unas marcas de la pala, y una tapa de protección del sistema de muestras, eyectada (de unos 20 cm).

Experimentos Viking: La búsqueda de vida en Marte

Uno de los principales objetivos de las sondas Viking era buscar señales de vida en Marte. Para esto, las sondas llevaban un conjunto de tres experimentos llamado "Biology Instrument": el Pyrolytic Release Experiment, el Labeled Release Experiment y el Gas Exchange Experiment.

Pyrolytic Release Experiment

Este experimento se basaba en la idea de que los seres vivos fijan el carbono de la atmósfera, como en la fotosíntesis. Primero, se esterilizaba una parte de la muestra de suelo calentándola a 160 °C durante tres horas. Luego, las muestras se incubaban durante cinco días bajo una luz artificial. Después, para simular las condiciones de Marte, se introducía dióxido de carbono con carbono 14 (un tipo especial de carbono) en la cámara de incubación. Tras la incubación, la temperatura se elevaba a 650 °C para quemar cualquier material orgánico. Luego se introducía helio para analizar los gases restantes con un detector de radiaciones. Así se buscaba el carbono 14 que pudiera haber sido fijado por materia orgánica. Se comparaban los resultados de la muestra esterilizada y la no esterilizada. Si los resultados eran iguales, se pensaba que no había vida. Si eran diferentes, podría haber habido materia orgánica que cambió el resultado.

Labeled Release Experiment

Este experimento se basaba en la idea de que los microorganismos en el suelo podrían usar moléculas orgánicas, como aminoácidos. Al usarlas, producirían gases que contendrían parte del carbono de esas moléculas. Para ello, se colocaban las muestras en una incubadora con atmósfera marciana. Se añadía un líquido nutritivo (con formiatos, lactatos y aminoácidos) que contenía carbono 14. Si la radioactividad en la atmósfera de la incubadora aumentaba, se pensaba que era por la emisión de gases con carbono 14, producidos por los microorganismos marcianos al usar el alimento.

Gas Exchange Experiment

Este experimento se basaba en la idea de que los seres vivos intercambian gases con la atmósfera y usan nutrientes del suelo. A la muestra de suelo se le añadía un nutriente sin marcar y una mezcla de gases (helio, kriptón y dióxido de carbono). Se analizaban las muestras de gas para detectar un posible aumento de dióxido de carbono, metano o nitrógeno. Un aumento indicaría que la materia viva estaba usando el nutriente.

Análisis de los experimentos biológicos

Después de analizar los resultados de los experimentos biológicos, la comunidad científica fue cautelosa al decir si había vida en la superficie de Marte. Se hicieron tres experimentos. En el primero, el Pyrolytic Release Experiment, se usó una muestra de 0,1 gramos de suelo. Se simulaban las condiciones marcianas sin rayos ultravioleta. El analizador detectó gases con carbono, que en principio eran dióxido de carbono. En una muestra similar esterilizada, esto no ocurrió. Por lo tanto, el resultado fue positivo para la presencia de seres vivos.

En el segundo experimento, el Labeled Release Experiment, se usó un caldo orgánico para que los posibles microorganismos emitieran dióxido de carbono al usarlo. Este resultado fue en principio negativo, ya que la muestra calentada no dio resultados válidos.

En el último experimento, el Gas Exchange Experiment, se buscaron sustancias orgánicas como el metano, después de añadir nutrientes con carbono 14. El resultado fue probablemente positivo, ya que se encontró una variación en el nitrógeno después de observar la muestra durante 200 días, además de una clara liberación de oxígeno y dióxido de carbono.

Los científicos concluyeron, aunque no con total certeza, que la vida en Marte era inexistente. Se basaron en que los resultados positivos del primer y tercer experimento podían explicarse por procesos químicos y geológicos. En cuanto al segundo experimento, que dio negativo, los científicos argumentaron que quizás el analizador no era lo suficientemente sensible para detectar pequeñas cantidades de sustancias orgánicas.

Finalmente, explicaron que la mejor manera de encontrar vida en Marte podría ser excavando a cierta profundidad. Esto se debe a que los rayos ultravioleta dañinos destruirían cualquier tipo de vida en la superficie, ya que Marte no tiene una capa de ozono como la Tierra.

Más recientemente, se ha sugerido que las sondas Viking no solo pudieron no detectar vida en Marte, sino que los científicos podrían no haber interpretado correctamente los datos. Además, se piensa que los múltiples experimentos podrían haber acabado con la vida existente en las muestras, ya que los posibles microorganismos marcianos podrían no reaccionar igual que los terrestres a los procesos químicos.

Más información

• Exploración de Marte
• Marte
• Vida en Marte

Véase también

En inglés: Viking program Facts for Kids