Ulysses (sonda espacial)

Ulysses é uma sonda espacial, lançada pelo Ônibus Espacial, missão STS-41 da NASA em 6 de Outubro de 1990 e é uma missão gerenciada pela Agência Espacial Europeia - ESA e pela NASA.

Ulysses (sonda espacial)
Concepção artística da sonda sobrevoando Júpiter.
Tipo	Orbitador
Operador(es)	ESA NASA
Identificação NSSDC	1990-090B
Identificação SATCAT	20842
Website	Ulysses - NASA Ulysses - ESA
Propriedades
Massa	370,0 kg
Altura	3,2 m
Largura	3,3 m
Comprimento	2,1 m
Potência elétrica	285,0 watts
Geração de energia	Gerador termoelétrico de radioisótopos
Massa de carga útil	55,0 kg
Missão
Contratante(s)	NASA
Data de lançamento	06 de outubro de 1990, 11:47:16 UTC
Veículo de lançamento	Discovery (STS-41)/Inertial Upper Stage/PAM-S
Local de lançamento	LC39B, KSC
Destino	Sol
Desativação	30 de junho de 2009
Especificações orbitais
Referência orbital	Heliocêntrica
Excentricidade orbital	0,60262
Periastro	1,35 UA (201,957,125.445 km)
Apoastro	5,4 UA (807,828,501.78 km)
Inclinação orbital	79,11º
Período orbital	2,264.26 dias (6,2 anos)
Época	24 de fevereiro de 1992, 12:00:00 UTC
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É um desejo dos cientistas, que o Sol fosse pesquisado junto a região dos pólos, pois esta região é inacessível para quem esteja observando o Sol a partir da Terra.

Então para se chegar as altas latitudes do Sol, a sonda foi inicialmente lançada em direção a Júpiter, para assim executar uma assistência gravitacional, com o auxílio da gravidade deste planeta. Tudo isso para colocar a sonda em uma pretendida órbita quase polar.

O primeiro encontro com Júpiter ocorreu em 8 de Fevereiro de 1992. A sonda aproximou-se de Júpiter, passando sobre o planeta, depois com o auxílio da força gravitacional deste planeta, deu a volta por trás e desceu rumo ao Sol. A sonda dirigindo-se para o Sol, passou quase sobre o seu pólo sul, em uma latitude de 80,2 graus, que foi atingida em 13 de Setembro de 1994. Depois Ulysses encontrou o Sol pela segunda vez, agora viajando sobre o seu pólo norte, viajando de Junho até Setembro de 1995.

Essa uma passagem ocorreu quando o Sol se encontrava em sua fase mais tranquila, fase esta que ocorre de 11 em 11 anos. Para melhor compreender o Sol, é necessário estudar-lo quando ele se encontrar mais ativo, desta forma foi aguardado o terceiro encontro da sonda com o Sol e foi novamente viajando sobre o pólo sul. A sonda sobrevoou o pólo sul e atingiu a sua máxima latitude sul em 27 de Novembro de 2000. Mais tarde sobrevoou o pólo norte, e atingiu a mais alta latitude norte, que foi no período de Setembro até Dezembro de 2001. Desta forma, depois de viajar por doze anos pelo espaço, a sonda Ulisses obteve uma grande quantidade de dados sobre a estrutura global do Sol e do meio ambiente da sua heliosfera.

Durante seus primeiros cinco anos de pesquisas, a sonda Ulisses pesquisou o Sol desde seu equador até os seus polos, aproveitando-se de uma grande variação na sua atividade solar.

A missão da nave espacial foi o estudo do Sol em todas as latitudes, equipadas com instrumentos para caracterizar campos, partículas e poeiras, e era alimentado por um gerador termoelétrico radioisótopos (RTG).

Em Fevereiro de 2008, a potência da RTG, que é gerada pelo calor do decaimento radioactivo de plutónio-238, havia diminuído o o bastante, tornando insuficiente a energia para os aquecedores internos que mantêm a atividade de controle de congelamento do combustível hidrazina . O fim da missão foi então agendado para 1 de julho de 2008, mas os cientistas que operam a missão sucederam com um método para manter o combustível líquido, efetuando uma breve reação de queima de combustível hidrazina a cada duas horas, permitindo a missão de continuar.

O fim da missão ocorreu em 30 de junho de 2009.

Objetivo

O objetivo primário da missão da sonda Ulysses foi estudar a heliosfera em função da latitude do Sol.

A heliosfera é uma grande região do espaço interplanetário ocupado pela atmosfera do Sol e dominado pelo fluxo do vento solar. O período de estudos de interesse principal foi quando a Ulysses atingiram as latitudes acima de 70 graus de ambos os pólos.

Em 26 de Junho de 1994, Ulysses atingiu 70 graus de latitude sul. Neste ponto iniciou-se um período de observações que duraram quatro meses, onde a sonda Ulisses estudou as complexas forças que atuam no Sol em altas latitudes, na região situada fora de sua atmosfera, região esta denominada de corona ou coroa solar. Os cientistas estavam a longo tempo estudando o Sol a partir de observatórios situados na Terra. Mais recentemente estudos sobre o Sol foram conduzidos em plataformas situadas em naves espaciais; de qualquer maneira: estas investigações foram na maioria das vezes feito feitas no plano da eclíptica, (plano na qual a maioria dos planetas giram em torno do Sol) e nenhuma nave espacial antes havia pesquisado as latitudes acima de 32 graus.

Agora com a sonda Ulysses poder-se-ia pesquisar as altas latitudes, cientistas da NASA e da ESA agora iniciavam o conhecimento sobre a ação do Sol em latitudes elevadas.

Após completar a sua primeira volta sobre o Sol em 1998, o nosso conhecimento sobre a heliosfera, que consiste em uma gigantesca bolha que se estende pela ação do vento solar, teve um dramático crescimento. A sonda Ulysses fez um completo estudo tridimensional do mapa da heliosfera e descobriu:

• Que a composição no espaço interplanetário mediano, contém uma mistura de gás e de poeira, sendo que a maioria do gás é de hidrogênio e hélio, com 0,06% de elementos pesados tais como oxigênio e nitrogênio. E que se espalha por todo o sistema solar.

• Que nas fronteiras de ação entre o vento solar veloz e mais lento, cria uma onda de choque e partículas ganham carga elétrica, que causam tempestades magnéticas e auroras que são vistas nas vizinhanças da Terra.

• Sobre a extensão, a direção e o fluxo da poeira interestelar dentro do Sistema Solar.

Descrição resumida de seus instrumentos

Existem 11 instrumentos a bordo da sonda Ulysses, que vão investigar desde o vento solar, passando pela poeira cósmica e terminando na análise emissões de raios gama.

• Magnetometer (VHM/FGM)
• Solar Wind Plasma Experiment (SWOOPS)
• Solar Wind Ion Composition Instrument (SWICS)
• Unified Radio and Plasma Wave Instrument (URAP)
• Energetic Particle Instrument (EPAC)
• Low-Energy Ion and Electron Experiment (HISCALE)
• Cosmic Ray and Solar Particle Instrument (COSPIN)
• Solar X-ray and Cosmic Gamma-Ray Burst Instrument (GRB)
• Dust Experiment (DUST)
• Coronal-Sounding Experiment (SCE)
• Gravitational Wave Experiment (GWE)

Trajetória

Trajetória da sonda Ulysses.

A trajetória da sonda Ulysses, é intercalada por trechos de elipse e hipérbole.

• No segmento entre a Terra e Júpiter a sonda seguiu trecho de elipse.
• Quando de sua passagem próximo de Júpiter, a sonda seguiu trecho de uma hipérbole.
• Na fase final, a sonda agora segue uma trajetória elíptica.

Após o primeiro sobrevoo do pólo norte, a sonda voltou ao seu ponto de partida em Júpiter e retornou a sobrevoar novamente sobre o pólo sul do Sol.

A nave espacial

A nave espacial de Ulysses é uma estrutura de alta tecnologia, resistente às radiações, de rotação estabilizada. Tem uma massa de aproximadamente 370 quilogramas (814 libras) quando do seu lançamento, incluindo-se aproximadamente 33,5 quilogramas de hidrazina para ajustes da atitude e de sua taxa de giros. Os elementos principais da nave espacial estão dentro de uma estrutura semelhante a uma caixa de 1,65 metros de largura. Apontada para a Terra temos uma antena de alto-ganho, que estabelece comunicações entre a sonda e o centro de controle da Terra, além do gerador termoelétrico de radioisótopos, que fornece a energia elétrica necessária ao funcionamento da sonda. Esta sonda não dispõem de painéis solares, pois estará parte do tempo viajando muito distante do Sol.

Alguns instrumentos como o detector de raios gama, o vector-helium magnetometer e o flux-gate magnetometer, estão montados bem afastados da nave espacial, a fim de evitar a interferência do corpo da sonda.

Um par de antenas de fio monopolo, possui junto um comprimento de 72 metros, situadas externamente perpendicularmente à linha central da rotação da sonda, uma em cada lado. E uma outra antena de 75 metros, também monopolo projeta-se ao longo da linha central da rotação, oposto à posição da antena de alto-ganho. Elas compõem as antenas de três eixos, destinada a captação e análise das ondas de plasma.

Os subsistemas de eletrônica da nave espacial e os seus experimentos estão dentro do corpo principal da sonda.

Os instrumentos científicos para a sonda Ulysses foram fornecidos pelas equipes da ciência dos Estados Unidos e da Europa. A nave espacial foi construída pela Dornier Systems da Alemanha para a ESA, que é responsável para operações em órbita. A NASA forneceu o veículo lançador que foi um Ônibus Espacial, além da construção dos estágios superiores dos instrumentos IUS e do PAM-S. Também forneceu o gerador termoelétrico de radioisótopos (radioisotope thermoelectric generator (RTG)), que foi construído pela General Electric Co.

A sonda Ulysses está sendo monitorada e os dados coletados estão sendo recebidos pela Rede de Espaço Profundo da NASA, que é operada pelo JPL – (Jet Propulsion Laboratory). A análise dos dados recebidos está sendo feito pelo JPL em conjunto com a equipe dos ESA.

Júpiter

Para colocar uma sonda em órbita polar em torno do Sol, seria necessário o uso de muita energia e mesmo os foguetes de hoje, não tem condições de fazer isso. A Terra gira e torno do Sol a uma velocidade de 30 km/segundo e seria necessário cancelar esta velocidade e ainda depois, lançar a sonda em uma órbita polar. Desta forma foi descartada a possibilidade de lança uma sonda de órbita 100 % polar.

A outra maneira seria usar a vantagem da atração da gravidade de outro planeta. Júpiter é o planeta mais próximo capaz de realizar tal tarefa. Mesmo com o auxílio da força de gravidade de Júpiter, do Ônibus Espacial e de um foguete de três estágios, a sonda que pesava 370 kg, deixou a força de atração da Terra e viajou para Júpiter a uma velocidade de 11,3 km/s, tornando-se a nave espacial mais veloz nunca antes lançada.

Ulysses chegou a Júpiter 16 meses depois de sair da Terra. Havia viajado algo próximo a um bilhão de quilômetros em uma trajetória elíptica. A maior aproximação ocorreu em 8 de Fevereiro de 1992. Depois a sonda seguiu uma trajetória hiperbólica e no final voltou a seguir uma trajetória elíptica, tudo para garantir que a sonda ficasse livre de maiores perigos. O estudo da magnetosfera de Júpiter foi considerado o segundo objetivo da missão Ulysses. Os resultados obtidos superaram todas as expectativas dos cientistas.

Júpiter é um planeta que têm um poderoso campo magnético. Sua magnetosfera é bastante grande e é a maior de todos os planetas. De fato durante 12 dias a sonda viajou no interior deste campo, indo de 2 até 14 de fevereiro. Grandes satélites deste planeta como todas as Luas de Galileu, orbitam no interior de sua magnetosfera, além da lua de Io, conhecida abundante fonte de íons e de partículas neutras, que interagem com sua magnetosfera.

A trajetória de chegada a Júpiter foi bastante similar a de quartos espaçonaves anteriores, que visitaram este planeta. Pioneer 10, 11 (1972, 1973) e a Voyager 1, 2 (1979). Diferente das missões anteriores, Ulysses atingiu Júpiter em uma alta latitude; 40 graus de latitude ao norte do equador de Júpiter, em sua fase de máxima aproximação com este planeta.

Embora seus instrumentos fossem otimizados para analisar o vento solar, eles obtiveram grande quantidade de informação sobre a magnetosfera de Júpiter

O Sol

Primeira passagem

O retrato geral que se obteve da primeira órbita solar a respeito da estrutura global e tri-dimensional do vento solar foi quando a atividade solar era mínima ou o próximo disso. Constatou-se que o vento solar de latitude elevada, é originário de furos coronais polares, ficando caracterizado por um fluxo rápido, uniforme, com uma velocidade média de 750 km/s.

Os jatos lentos ou médios que são originários da corona estão confinados a uma escala relativamente estreita de latitudes próximo do equador do Sol. Nesta faixa equatorial, em que a maioria das variações do vento solar se produz, observa-se que ele contem o também um plano de separação (heliospheric current sheet (HCS)), que separa os campos magnéticos em dois grandes grupos opostos, cada qual se dirigindo a um hemisfério, um para o norte e outro para o sul.

Embora o plano de separação e os jatos de vento solar estejam alinhados quando da mínima atividade do Sol, constatou-se alterações significativas.

Em outro resultado chave das passagens polares de Ulysses concerne à estrutura global do campo magnético da heliosfera. As observações de Ulysses revelaram que o componente radial do campo magnético é independente da latitude, ao contrário à maioria das previsões feitas em modelos. Este resultado implica que o HCS é o fator dominante em determinar o campo radial na órbita de Ulysses, em vez de do vento solar dos pólos.

Segunda passagem

Ulysses encontrou uma heliosfera inteiramente diferente quando ao chegar ao pólo norte, encontrou o Sol com grande atividade solar.

No mínimo solar, a heliosfera era dominada pelo vento rápido dos furos coronais polares do sul e do norte. No contraste, durante o máximo solar, os grandes furos coronais havia desaparecidos, e a heliosfera pareceu muito mais simétrica.

Os fluxos dos ventos solares medidos durante toda a passagem polares sul, eram muito velozes, e não demonstraram nenhuma dependência sistemática com a latitude.

O vento próprio era geralmente mais lento e muito mais variável do que na fase de mínima atividade solar, para todas as latitudes. Não obstante, quando a sonda Ulysses alcançou latitudes elevadas no pólo norte no final de 2001, testemunhou a formação e o crescimento de um novo furo coronal polar. O vento solar registrado pelo Ulysses, tornou-se mais rápido e mais uniforme, assemelhando-se aos fluxos vistos sobre o pólo sul na mínima atividade solar.

Um outro fenômeno de grande interesse foi o da reversão de polaridade magnética do Sol que ocorreu durante as passagens polares. Constatou-se que o processo da reversão de polaridade magnética é complexo e que se processa em um período de alguns meses.

Na passagem anterior da sonda Ulysses viu-se a falta da dependência do componente radial do campo magnético com a latitude. Agora esta relação passou a ser verdadeira quando o campo se apresentava na sua fase de máxima atividade solar.

Etapas da missão

Data	Evento
06 Out 1990	Lançamento do ônibus Espacial Discovery
30 Dez 1990	1ª Oposição (SUT = 3.4°, STU = 174.7°)
21 Ago 1991	1ª Conjunção (SUT = 0.3°, STU = 1.1°)
08 Fev 1992	Máxima aproximação com Júpiter (6.3 Rj)
15 Fev 1992	1ª Afélio (5.40 AU)
27 Fev 1992	2ª Oposição (SUT = 0.1°, STU = 179.4°)
26 Ago 1992	Máxima distância da Terra (6.27 UA)
02 Set 1992	2ª Conjunção (SUT = 1.5°, STU = 7.7°)
01 Mar 1993	3ª Oposição (SUT = 4.6°, STU = 156.4°)
04 Set 1993	3ª Conjunção (SUT = 5.8°, STU = 25.6°)
26 Jun 1994	Início da primeira passagem sobre o Pólo Sul
13 Set 1994	Máxima Latitude Sul (-80.2°)
05 Nov 1994	Fim da primeira passagem sobre o Pólo Sul
04 Mar 1995	4ª Conjunção (SUT = 4.3°, STU = 5.8°)
12 Mar 1995	1ª Periélio (1.34 UA)
13 Mar 1995	Cruzamento com a Eclíptica
09 Jun 1995	Mínima distância da Terra (2.01 UA)
19 Jun 1995	Início da primeira passagem sobre o Pólo Norte
31 Jul 1995	Máxima Latitude Norte (+80.2°)
29 Set 1995	Fim da primeira passagem sobre o Pólo Norte
24 Fev 1997	4ª Oposição (SUT = 5.6°, STU = 151.6°)
30 Ago 1997	5ª Conjunção (SUT = 2.0°, STU = 10.5°)
26 Fev 1998	5ª Oposição (SUT = 0.8°, STU = 175.7°)
17 Abr 1998	2ª Afélio (5.41 UA)
09 Mai 1998	Cruzamento com a Eclíptica
28 Ago 1998	Máxima distancia da Terra (6.36 UA)
01 Set 1998	6ª Conjunção (SUT = 0.9°, STU= 4.8°)
01 Mar 1999	6ª Oposição (SUT = 3.5°, STU = 161.5°)
05 Set 1999	7ª Conjunção (SUT = 4.6°, STU = 21.6°)
06 Set 2000	Início da segunda passagem sobre o Pólo Sul
27 Nov 2000	Máxima Latitude Sul (-80.2º)
16 Jan 2001	Fim da segunda passagem sobre o Pólo Sul
23 Mai 2001	2ª Periélio (1.34 UA)
25 Mai 2001	Cruzamento com a Eclíptica
19 Jul 2001	Mínima distancia da Terra (1.34 UA)
31 Ago 2001	Início da segunda passagem sobre o Pólo Norte
13 out 2001	Máxima Latitude Sul (+80.2°)
10 Dez 2001	Fim da segunda passagem sobre o Pólo Norte
30 Ago 2003	8ª Conjunção (SUT = 2.7°, STU = 13.6°)
04 Fev 2004	Máxima aproximação com Júpiter (1684 Rj)
26 Fev 2004	7ª Oposição (SUT = 1.6°, STU = 171.6°)
30 Jun 2004	3ª Afélio (5.41 UA)
14 Jul 2004	Cruzamento com a Eclíptica
29 Ago 2004	Máxima distância da Terra (6.40 UA)
01 Set 2004	9ª Conjunção (SUT = 0.4°, STU = 2.0°)
28 Fev 2005	8ª Oposição (SUT = 2.7°, STU = 165.8°)
04 Set 2005	10ª Conjunção (SUT = 3.8°, STU = 18.4°)
17 Nov 2006	Início da terceira passagem sobre o Pólo Sul
07 Fev 2007	Máxima Latitude Sul (-79.7°)
03 Abr 2007	Fim da segunda passagem sobre o Pólo Sul
18 Ago 2007	3ª Periélio
19 Ago 2007	Cruzamento com a Eclíptica
27 Ago 2007	Mínima distância da Terra (0.42 UA)
30 Nov 2007	Início da terceira passagem sobre o Pólo Norte
14 Jan 2008	Máxima Latitude Norte Solar Latitude (79.8°)
15 Mar 2008	Final da terceira passagem sobre o Pólo Norte
30 Jun 2009	Última comunicação com a terra

• Rj - Raio de Júpiter
• UA - Unidade astronômica, equivale a distancia entre o Sol e a Terra.
• Eclíptica - Plano da órbita terrestre.

O termo Conjunção acima descreve o alinhamento entre o Sol, a Terra e a sonda Ulysses, com o Sol no meio (SUT). O ângulo visto da sonda entre a Terra e o Sol (SUT) e o ângulo visto da Terra entre a sonda e o Sol (STU), estão próximos de 0º.

Durante a conjunção, a interferência solar é grande nas ondas de rádio emitidas pela sonda, para que cheguem a Terra, após viajarem através do plasma da corona solar. As assinaturas destas interferências contém informações sobre a densidade e sobre a movimentação da corona solar. É uma boa oportunidade para utilizar o equipamento de Radio-Science Solar Corona(SCE), que equipa a sonda Ulysses.

O termo Oposição acima descreve o alinhamento entre o Sol, a Terra, a sonda Ulysses, com a Terra no meio (STU). Embora o ângulo visto da Sonda Ulysses entre o Sol e a Terra seja próximo de 0º (SUT), o ângulo visto da Terra entre a sonda Ulysses e o Sol é de quase 180º (STU)

Durante a oposição, a interferência solar é mínima, para o tráfego das ondas de rádio da sonda até a Terra. É uma boa oportunidade para experimentar detectar as ondas gravitacionais. O Gravitational Wave Experiment (GWE) é um equipamento científico da sonda Ulysses feito para tentar detectar as ondas gravitacionais de baixa frequência.

Ligações externas

• «Detalhamentos dos subsistemas da sonda Ulysses» (em inglês)