Download this file

PDS_VERSION_ID                 = PDS3                                         
LABEL_REVISION_NOTE            = "Initiated        JMAFI, 2004-03-01"         
RECORD_TYPE                    = STREAM                                       
                                                                              
OBJECT                         = INSTRUMENT_HOST                              
  INSTRUMENT_HOST_ID           = P11                                          
                                                                              
  OBJECT                       = INSTRUMENT_HOST_INFORMATION                  
    INSTRUMENT_HOST_NAME       = "PIONEER 11"                                 
    INSTRUMENT_HOST_TYPE       = SPACECRAFT                                   
    INSTRUMENT_HOST_DESC       = "                                            
                                                                              
  Instrument Host Overview                                                    
  ========================                                                    
    The Pioneer 11 spacecraft was designed to fit within the 3-meter          
    diameter shroud of the Atlas-Centaur launch vehicle. To do so it had      
    to be stowed with its booms retracted, and with its antenna dish          
    facing forward (i.e. upward on the launch pad).                           
                                                                              
    The spacecraft comprises several distinct subsystems: a general           
    structure, an attitude control and propulsion system, a                   
    communications system, thermal control system, electrical power           
    system, navigation system, and, most important to the scientific          
    mission, a payload of 11 onboard instruments.                             
                                                                              
    To communicate over long distances the spacecraft's dish-shaped           
    antenna has to be pointed toward Earth. A simple and inexpensive way      
    to do this is to spin stabilize the spacecraft and keep the spin          
    axis pointed to Earth. So the spacecraft is stabilized by rotation.       
                                                                              
                                                                              
    General Structure                                                         
    -----------------                                                         
      Each spacecraft is 2.9-meters long from its cone-shaped,                
      medium-gain antenna to the adapter ring which fastened the              
      spacecraft to stage three of the launch vehicle.                        
                                                                              
      Spacecraft structure centers around a 36-cm deep, flat, equipment       
      compartment, the top and bottom of which are regular hexagons. Its      
      sides are each 71-cm long. One joins to a smaller 'squashed'            
      hexagonal compartment that carries most of the scientific               
      experiments.                                                            
                                                                              
      The 2.74-meter diameter, 46-cm deep, parabolic, dish-shaped,            
      high-gain antenna of aluminum honeycomb sandwich material is            
      attached to the front of the equipment compartment. Its feed is         
      topped with a medium-gain antenna on three struts which project         
      about 1.2 meters forward. A low-gain, omni antenna extends about        
      0.76 meters behind the equipment compartment, mounted below the         
      high-gain dish.                                                         
                                                                              
      Two three-rod trusses, 120 degrees apart, project from two sides        
      of the equipment compartment. At their ends, nuclear electric           
      power generators are held about 3 meters from the center of the         
      spacecraft. A third boom, 120 degrees from the other two, projects      
      from the experiment compartment and positions a magnetometer            
      sensor about 6.6 meters from the center of the spacecraft. All          
      three booms are extended after launch.                                  
                                                                              
                                                                              
    Attitude Control and Propulsion                                           
    -------------------------------                                           
      The spacecraft possesses a star sensor to provide a reference on        
      the bright southern star Canopus, and two sun sensors to provide a      
      reference to the Sun. Attitude position is calculated from the          
      reference direction to the Earth and the Sun, with the known            
      direction to Canopus provided as backup. Pioneer 11 's star sensor      
      gain and threshold settings were modified to improve performance        
      based on experience with this sensor on Pioneer 10.                     
                                                                              
      Three pairs of rocket thrusters located near the rim of the             
      antenna dish are used to direct the spin axis of the spacecraft,        
      to keep it spinning at the desired rate of 4.8 revolutions per          
      minute, and to change the spacecraft's velocity. The system's six       
      thruster nozzles can be fired steadily or pulsed by command.            
                                                                              
      Each thruster develops its propulsive jet force from the                
      decomposition of liquid hydrazine by a catalyst in a small rocket       
      thrust chamber attached to the nozzle of the thrusters.                 
                                                                              
      Attitude and velocity changes are made by two thruster pairs            
      mounted on opposite sides of the antenna dish rim. One thruster of      
      each pair points forward, the other, aft. To change attitude, the       
      spacecraft spin axis is rotated in the desired direction by firing      
      two thrusters, one on each side of the antenna dish. One thruster       
      is fired forward, one aft, in brief thrust pulses at a precise          
      position in the circle of spacecraft rotation. Each thrust pulse,       
      timed to the spacecraft's rotation, moves (precesses) the spin          
      axis a few tenths of a degree, until the desired attitude is            
      reached.                                                                
                                                                              
      To change velocity, the spin axis is precessed until it points in       
      the desired direction, then two thruster nozzles, one on each side      
      of the antenna dish, are fired continuously, both in the same           
      direction, i.e., forward or aft to increase or decrease the flight      
      path velocity.                                                          
                                                                              
      To adjust spin rate, two more pairs of thrusters, also set along        
      the rim of the antenna dish, are used. These thrusters are aligned      
      tangentially to the antenna rim, one pointing against the               
      direction of spin and the other with it. Thus to reduce spin rate,      
      two thrusters fire against spin direction.                              
                                                                              
                                                                              
    Communications                                                            
    --------------                                                            
      The spacecraft carries two identical receivers. The omni and            
      medium-gain antennas operate together and as such are connected to      
      one receiver while the high-gain is connected to the other, though      
      the receivers do not operate together. The receivers can be             
      interchanged by command, or, should there be a period of                
      inactivity, automatically. Thus, should a receiver fail during the      
      mission, the other can automatically take over.                         
                                                                              
      Two radio transmitters, coupled to two traveling-wave-tube power        
      amplifiers, each produce 8 watts of power in S-band.                    
                                                                              
      The communication frequency uplink from Earth to the spacecraft is      
      at 2110 MHz, the downlink to Earth at 2292 MHz. The turnaround          
      ratio, downlink to uplink, is precisely controlled to be                
      compatible with the Deep Space Network.                                 
                                                                              
      The spacecraft data system turns science and engineering                
      information into a specially coded stream of data bits for radio        
      transmission to Earth. A convolutional encoder rearranges the data      
      in a form that allows detection and correction of most errors by a      
      ground computer at the receiving site of the Deep Space Network.        
      There are 11 data formats divided into science and engineering          
      data groups. Some science formats are optimized for interplanetary      
      data, others for the Jovian encounter. Engineering data formats         
      specialize in data handling, electrical, communications,                
      orientation, and propulsion data. All formats are selected by           
      ground command.                                                         
                                                                              
                                                                              
    Thermal Control                                                           
    ---------------                                                           
      Temperature on the spacecraft is controlled at between -23 and 38       
      degrees C inside the scientific instrument compartment, and at          
      various other levels elsewhere for satisfactory operation of the        
      onboard equipment.                                                      
                                                                              
      The temperature control system coped with gradually decreasing          
      heating as the spacecraft moved away from the Sun, and with two         
      frigid periods - one when Pioneer 10 passed through Earth's shadow      
      at launch; the other at the time of passage through Jupiter's           
      shadow during flyby. The system also controlled the effects of          
      heat from the third-stage engine, atmosphere friction, spacecraft       
      nuclear electric power generators, and other equipment.                 
                                                                              
      The equipment compartments are insulated by multi-layered blankets      
      of aluminized plastic. Temperature-responsive louvers at the            
      bottom of the equipment compartment, opened by bi-metallic              
      springs, allow controlled escape of excess heat. Other equipment        
      has individual thermal insulation and is warmed by electric             
      heaters and 12 one-watt radioisotope heaters, fueled with               
      plutonium-238.                                                          
                                                                              
                                                                              
    Electrical Power                                                          
    ----------------                                                          
      Nuclear-fueled electric power for Pioneer Jupiter comes from the        
      four SNAP-19 type Radioisotope Thermoelectric Generators (RTGs),        
      developed by the Atomic Energy Commission (AEC), similar to those       
      used to power the Nimbus-3 meteorological satellite. These units        
      turn heat from plutonium-238 into electricity.                          
                                                                              
      The RTGs are on the opposite side of the spacecraft from the            
      scientific instrument compartment to reduce the effects of their        
      neutron radiation on the instruments. Mounted two each on the end       
      of each boom, these four RTGs developed about 155 watts of              
      electrical power at launch, which decayed to approximately 140          
      watts by the time the spacecraft reached Jupiter. One hundred           
      watts output is expected five years after launch. The depletion of      
      power is not from the nuclear source itself but from deterioration      
      of the junctions of the thermocouples which convert heat into           
      electricity. The RTGs supply adequate power for the mission since       
      the spacecraft needs only 100 watts to operate all systems, of          
      which 26 watts are for the science instruments. Excess power from       
      the RTGs over that needed by the spacecraft is radiated to space        
      thermally through a shunt radiator, or charges a battery which          
      automatically supplies additional power needed for short periods        
      when the spacecraft demands more power than the output of the           
      RTGs.                                                                   
                                                                              
                                                                              
    Navigation                                                                
    ----------                                                                
      The axis of the high-gain antenna dish is slightly offset from,         
      but parallel to, the spin axis of the spacecraft within close           
      tolerances throughout the mission. Except during initial stages of      
      the flight near Earth and for periods when alignment must be            
      changed to suit course correction, the spin axis of the spacecraft      
      is always pointed toward Earth within a tolerance of one degree to      
      provide best communication.                                             
                                                                              
      Analysts use the shift in frequency of the Pioneer radio signal         
      and angle tracking by the antennas of the Deep Space Net to             
      calculate the speed, distance, and direction of the spacecraft          
      from Earth. Motion of the spacecraft away from Earth causes the         
      frequency of the spacecraft's radio signals to drop and their           
      wavelength to increase. Known as a Doppler shift, this effect           
      allows the speed of the spacecraft to be calculated from                
      measurement of the frequency change in the signal received at           
      Earth.                                                                  
                                                                              
      The radio beam is offset one degree from the spin axis. As a            
      result, when the spin axis is not directed exactly towards Earth,       
      uplink signals received at the spacecraft from Earth vary in            
      intensity synchronously with rotation of the spacecraft. A system       
      on the spacecraft, known as Conical Scan (CONSCAN), was originally      
      intended to be automatically used to change the spacecraft's            
      attitude in a direction to reduce these variations in signal            
      strength, thereby returning the spin axis to the precise Earth          
      point to within the threshold of 0.3 degrees. However, flight           
      operations personnel developed and used a direct command technique      
      that results in conserving the spacecraft's gas supply.                 
                                                                              
                                                                              
    Scientific Payload                                                        
    ------------------                                                        
      Investigation of interplanetary space on the way to and beyond          
      Jupiter aimed to resolve a number of unknowns about the magnetic        
      field in interplanetary space; cosmic rays, fast moving parts of        
      atoms from both the Sun and the Galaxy; the solar wind, a flow of       
      charged particles from the Sun, and its relationships with the          
      interplanetary magnetic field and cosmic rays; and interplanetary       
      dust concentrations, if any, in the asteroid belt.                      
                                                                              
  [INSTRUMENT_HOST_DESC was adapted from FIMMELETAL pp. 39-45.]"              
                                                                              
                                                                              
  END_OBJECT                   = INSTRUMENT_HOST_INFORMATION                  
                                                                              
  OBJECT                       = INSTRUMENT_HOST_REFERENCE_INFO               
    REFERENCE_KEY_ID           = "FIMMELETAL1977"                             
  END_OBJECT                   = INSTRUMENT_HOST_REFERENCE_INFO               
                                                                              
END_OBJECT                     = INSTRUMENT_HOST                              
END