Download this file

PDS_VERSION_ID                    = PDS3                                      
LABEL_REVISION_NOTE               = "                                         
J. MAFI (PPI), 1998-05-18;                                                    
R. SIMPSON, 2000-07-26"                                                       
                                                                              
RECORD_TYPE                       = FIXED_LENGTH                              
RECORD_BYTES                      = 78                                        
                                                                              
OBJECT                            = INSTRUMENT_HOST                           
 INSTRUMENT_HOST_ID                = VG1                                      
                                                                              
 OBJECT                            = INSTRUMENT_HOST_INFORMATION              
 INSTRUMENT_HOST_NAME              = "VOYAGER 1"                              
 INSTRUMENT_HOST_TYPE              = SPACECRAFT                               
 INSTRUMENT_HOST_DESC              = "                                        
                                                                              
  Instrument Host Overview                                                    
  ========================                                                    
    For most Voyager experiments, data were collected by                      
    instruments on the spacecraft.  Those data were then relayed              
    via the telemetry system to stations of the NASA Deep Space               
    Network (DSN) on Earth.  Radio Science experiments (such as               
    radio occultations) required that DSN hardware also participate           
    in data acquisition.  The following sections provide an                   
    overview first of the spacecraft and then of the DSN ground               
    system as both supported Voyager science activities.                      
                                                                              
                                                                              
  Instrument Host Overview - Spacecraft                                       
  =====================================                                       
    The Voyager 1 and Voyager 2 spacecraft were identical and were            
    built by the Jet Propulsion Laboratory (JPL).  With a mass of             
    815 kilograms, each carried its own power, propulsion, and                
    communications systems and its own science instruments.                   
    Spacecraft electrical power was supplied by Radioisotope                  
    Thermoelectric Generators (RTGs) that produced about 400 watts.           
    The Attitude and Articulation Control Subsystem (AACS),                   
    Computer Command Subsystem (CCS), and Flight Data Subsystem               
    (FDS) managed spacecraft operations.  Thrusters and gyros                 
    provided physical propulsion and attitude control.                        
    Communications between the spacecraft and Earth were carried              
    out via a high-gain radio antenna using both S-band and X-band            
    frequencies at data rates as high as 115.2 kilobits per second.           
    A Digital Tape Recorder (DTR) could save up to 500 million bits           
    when no Earth station was available for real-time data                    
    transmission.  Voyager control systems could record sets of               
    several thousand instructions, allowing autonomous operation              
    for days or weeks at a time.  More information on the                     
    spacecraft can be found in [MORRISON1982], [KOHLHASE1989], and            
    [JPLPD618-128].                                                           
                                                                              
    The spacecraft itself was built around its 'bus' -- a decagonal           
    prism, which was about 2 meters in diameter and about 60 cm               
    deep.  Each of the ten sides of the bus was associated with a             
    'bay' containing engineering systems or science instrument                
    electronics.  Bay 1, for example, contained the radio                     
    transmitter.  The High-Gain Antenna (HGA) was mounted to the              
    end of the bus facing Earth.  The bays were numbered 1 through            
    10 in a clockwise direction when viewed from Earth.  Extending            
    away from the bus were three booms: a science boom and scan               
    platform to which most instruments were mounted, a magnetometer           
    boom, and a boom to which the RTGs were mounted.                          
                                                                              
                                                                              
    Spacecraft Coordinate System                                              
    ----------------------------                                              
      The centerline of the bus was the roll axis of the                      
      spacecraft; it also served as the z-axis of the spacecraft              
      coordinate system with the high-gain antenna (HGA) boresight            
      defining the negative z-direction.  The HGA boresight was               
      also defined as cone angle 0 degrees and as azimuth 180                 
      degrees, elevation 7 degrees.  The science boom, supporting             
      the scan platform, extended in the general direction of                 
      positive y; this boom was also defined as being at cone angle           
      90 degrees, clock angle 215 degrees and at azimuth 180                  
      degrees, elevation 97 degrees.  A boom supporting the RTGs              
      was mounted on the bus in generally the negative y direction.           
      The positive y-axis (yaw axis) of the spacecraft coordinate             
      system passed through Bay 3; the negative y-axis passed                 
      through Bay 8.  The x-axis (pitch axis) was in a direction              
      which defined a right-handed rectangular coordinate system.             
      The positive x-axis was at cone angle 90 degrees, clock angle           
      305 degrees (azimuth 270 degrees, elevation 90 degrees).                
                                                                              
                                                                              
    Telecommunications Subsystem                                              
    ----------------------------                                              
      The high-gain antenna was mounted to the spacecraft bus,                
      pointing in the negative z-direction.  It was a parabolic               
      reflector 3.7 meters in diameter with a feed that permitted             
      simultaneous operation at both S-band (13 cm wavelength) and            
      X-band (3.6 cm).  The half-power full-width of the antenna              
      beam was 0.6 degrees at X-band and 2.3 degrees at S-band.               
      The Low-Gain Antenna (LGA) was mounted on the feed structure            
      of the HGA and radiated approximately uniformly over the                
      hemisphere into which the HGA pointed.                                  
                                                                              
      The Telecommunications Subsystem (TCS) electronics included a           
      redundant pair of transponders, meaning that a failed                   
      functional unit in one transponder could be bypassed by                 
      swapping to the redundant unit.  The TCS could transmit                 
      science data on the X-band link at rates between 4.8 and                
      115.2 kilobits per second and engineering data on the S-band            
      link at 40 bits per second.  It could receive instructions              
      sent (uplinked) from ground stations at a rate of 16 bits per           
      second.  Commands were extracted from the uplink signal by              
      the Command Detector Unit (CDU) and were then sent to the               
      Computer Command Subsystem (CCS).                                       
                                                                              
      Spacecraft receivers were designed to lock to the uplink                
      signal.  Without locking, Doppler effects -- resulting from             
      relative motion of the spacecraft and ground station -- could           
      result in loss of the radio link as the frequency of the                
      received signal drifted.  Unfortunately, a series of failures           
      in the Voyager 2 receivers left that transponder unable to              
      track the uplink signal.  Beginning in April 1978, Doppler              
      shifts were predicted and the uplink carrier was tuned so               
      that Voyager 2 would see what appeared to be a signal at                
      constant frequency (to an accuracy of 100 Hz).                          
                                                                              
                                                                              
    Attitude and Articulation Control Subsystem                               
    -------------------------------------------                               
      The Attitude and Articulation Control Subsystem (AACS)                  
      provided three-axis-stabilized control so that the spacecraft           
      could maintain a fixed orientation in space.  Attitude                  
      control was accomplished using gyroscopes or by celestial               
      reference.  The AACS also controlled motion of the scan                 
      platform, upon which the four 'remote sensing' instruments              
      were mounted.                                                           
                                                                              
      Gyro control was used in special situations (e.g., trajectory           
      corrections and solar conjunctions) for periods of up to                
      several days.  The inertial reference unit operated with                
      tuned rotor gyros having an uncalibrated drift rate of less             
      than 0.5 degrees per hour and a calibrated drift rate of less           
      than 0.05 degrees per hour.                                             
                                                                              
      Celestial control was based on viewing the Sun (through a               
      sensor mounted on the high-gain antenna) and a single bright            
      star (through a second sensor named the Canopus Star Tracker,           
      after the star used most frequently as the reference).  When            
      the spacecraft attitude drifted by more than a small amount             
      from the reference objects, the AACS fired small thrusters              
      which returned the spacecraft to the proper orientation.  The           
      Sun sensor was an optical potentiometer with a cadmium                  
      sulfide detector; its error was less than 0.01 degrees and              
      its limit cycle was +/-0.05 degrees.  The Canopus Star                  
      Tracker was an image dissector tube with a cesium detector,             
      an error of less than 0.01 degree, and a limit cycle of                 
      +/-0.05 degrees.                                                        
                                                                              
      Redundant (backup) sun sensors, star trackers, and computers            
      were also part of the AACS.  The non-redundant portions of              
      the AACS were those controlling the pointing of the                     
      instrument scan platform, which had two degrees of freedom --           
      elevation and azimuth (see below).                                      
                                                                              
                                                                              
    Propulsion Subsystem                                                      
    --------------------                                                      
      The propulsion system was part of the AACS and consisted of             
      16 hydrazine thrusters.  These thrusters were also used to              
      control the three-axis stabilization of the spacecraft.  Two            
      thrusters on opposite sides of the spacecraft were used to              
      perform positive roll turns around the +Z axis.  Two                    
      oppositely pointed thrusters were used to perform negative              
      roll turns.  One thruster was used to perform positive yaw              
      turns (around the +Y axis) and one was used to perform                  
      negative yaw turns.  One thruster was used to perform                   
      positive pitch turns (around the +X axis) and one was used to           
      perform negative pitch turns.  A backup hydrazine system was            
      connected to a redundant set of eight thrusters.                        
                                                                              
                                                                              
    Power Subsystem                                                           
    ---------------                                                           
      Spacecraft power was provided by three Radioisotope                     
      Thermoelectric Generators (RTGs) mounted on a boom in the               
      negative y-direction.  At Launch the three RTGs converted               
      7000 watts of heat into 475 watts of electrical power.  RTG             
      electrical output decreased by about 7 watts per year because           
      of decay of the plutonium dioxide fissionable material and              
      degradation of the silicon-germanium thermocouples.  The                
      difference between available electrical power and the power             
      required to operate spacecraft subsystems was called the                
      'power margin.' Voyager Project guidelines required a power             
      margin of at least 12 watts to guard against electrical                 
      transients and miscalculations; excess electrical power was             
      dissipated as heat in a shunt radiator.                                 
                                                                              
                                                                              
    Data Storage Subsystem                                                    
    ----------------------                                                    
      The Digital Tape Recorder (DTR) was used to store data when             
      real-time communications with Earth were either not possible            
      or not scheduled.  The DTR recorded data on eight tracks;               
      rates were 115.2 kilobits per second (record only), 21.6                
      kilobits per second (playback only), and 7.2 kilobits per               
      second (record and playback).  Capacity of each track was 12            
      images or equivalent.                                                   
                                                                              
                                                                              
    Computer Command Subsystem                                                
    --------------------------                                                
      The Computer Command Subsystem (CCS) consisted of two                   
      identical computer processors, their software algorithms, and           
      associated electronic hardware.  The CCS was the central                
      controller of the spacecraft.  During most of the Voyager               
      mission the two CCS computers on each spacecraft were used              
      non-redundantly to increase the command and processing                  
      capability of the spacecraft.                                           
                                                                              
                                                                              
    Flight Data Subsystem                                                     
    ---------------------                                                     
      The Flight Data Subsystem (FDS) consisted of two                        
      reprogrammable digital computers and associated encoding                
      hardware.  The FDS collected and formatted science and                  
      engineering telemetry data for transmission to Earth.                   
      Convolutional coding was imposed on all data transmitted from           
      the spacecraft.  Additionally, both Golay encoding and Reed-            
      Solomon encoding were available for use on spacecraft data.             
      Data compression was also performed within the FDS.                     
                                                                              
                                                                              
    Science Boom                                                              
    ------------                                                              
      The Voyager science instrument boom carried the plasma                  
      detector, cosmic ray detector and the low energy charged                
      particle detector.  The scan platform was mounted on the                
      science boom.                                                           
                                                                              
                                                                              
    Scan Platform                                                             
    -------------                                                             
      Four instruments (Imaging, PhotoPolarimeter, Infra-Red                  
      Interferometric Spectrometer, and Ultra Violet Spectrometer)            
      were mounted on the scan platform, which could be slewed by             
      motors and gears (called actuators).  Elevation of the scan             
      platform was measured with respect to a plane slightly offset           
      (by approximately 7 degrees) from the spacecraft x-z plane;             
      the spacecraft positive y-axis was at 97 degrees elevation              
      (see Spacecraft Coordinate System above).  The scan platform            
      azimuth reference was defined by the y-z plane, with zero               
      azimuth being in the negative z-direction.  Drive actuators             
      were controlled by fine feedback potentiometers; the error of           
      each was less than 0.03 degrees, and the final pointing error           
      of the scan platform was nominally +/-0.1 degrees (2-sigma              
      per axis).  Subsequent analysis by the Navigation and                   
      Ancillary Information Facility (NAIF) at JPL has shown larger           
      errors during at least the Jupiter and Saturn encounters.               
      High rate slews of 1 deg/sec were discontinued after the                
      azimuth drive mechanism on Voyager 2 temporarily froze a                
      short time after Saturn closest approach.  The medium slew              
      rate was 0.33 deg/sec, and the low slew rate was 0.08                   
      deg/sec.                                                                
                                                                              
                                                                              
    Magnetometer Boom                                                         
    -----------------                                                         
      Two low-field magnetometers were mounted on a 13-meter-long             
      boom that was unfurled and extended automatically after                 
      Launch.  One low-field magnetometer was mounted at the end of           
      the boom and a second was mounted about 3 meters from the               
      end.  Two high-field magnetometers were mounted at the base             
      of the boom.                                                            
                                                                              
                                                                              
    Science Sensors                                                           
    ---------------                                                           
      Each Voyager spacecraft carried instrumentation to support              
      eleven science investigations.  Target body (or remote                  
      sensing) instruments included:                                          
                                                                              
      (1) Imaging Science Subsystem (ISS)                                     
      (2) Photopolarimeter Subsystem (PPS)                                    
      (3) Infrared Radiometer Interferometer Spectrometer (IRIS)              
      (4) Ultraviolet Spectrometer (UVS)                                      
                                                                              
      Fields, waves, and particles (or in situ) sensors included:             
                                                                              
      (1) Plasma Subsystem (PLS)                                              
      (2) Low-Energy Charged Particle (LECP)                                  
      (3) Cosmic-Ray Subsystem (CRS)                                          
      (4) Magnetic Fields (MAG)                                               
      (5) Plasma Wave Subsystem (PWS)                                         
      (6) Planetary Radio Astronomy (PRA)                                     
                                                                              
      The Radio Science (RSS) investigation was carried out using             
      the on-board and ground elements of the Telecommunications              
      Subsystem (TCS).  More information on instrumentation for               
      each of the science investigations can be found elsewhere.              
                                                                              
                                                                              
  Instrument Host Overview - DSN                                              
  ==============================                                              
    Voyager Radio Science investigations utilized instrumentation             
    with elements on both the spacecraft and at ground stations of            
    the NASA Deep Space Network (DSN).  Much of this was shared               
    equipment, used for routine telecommunications as well as for             
    Radio Science.                                                            
                                                                              
    The DSN is a telecommunications facility managed by the Jet               
    Propulsion Laboratory of the California Institute of Technology           
    for NASA.  The primary function of the DSN is to provide                  
    two-way communications between the Earth and spacecraft                   
    exploring the solar system.  To carry out this function the DSN           
    is equipped with high-power transmitters, low-noise amplifiers            
    and receivers, and appropriate monitoring and control systems.            
                                                                              
    During the Voyager era the DSN consisted of three complexes               
    situated at approximately equally spaced longitudinal intervals           
    around the globe at Goldstone (near Barstow, California),                 
    Robledo (near Madrid, Spain), and Tidbinbilla (near Canberra,             
    Australia).  Two of the complexes are located in the northern             
    hemisphere while the third is in the southern hemisphere.                 
                                                                              
    The network comprised several subnets, each of which included             
    one antenna at each complex.  The subnets were defined                    
    according to the properties of their respective antennas.  Over           
    the course of the Voyager Mission, those antennas were expanded           
    and improved.  Nominal dimensions at the end (and beginning) of           
    the Voyager Mission were: 70-m diameter (initially 64-m),                 
    standard 34-m diameter (initially 26-m), and high-efficiency              
    34-m diameter (did not exist at beginning of Voyager).                    
                                                                              
    Additional ground equipment was provided by the Commonwealth              
    Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) in                
    Australia, the Institute of Space and Astronautical Science               
    (ISAS) in Japan, and the National Radio Astronomy Observatory             
    (NRAO) in the United States.  For the Voyager 2 encounters with           
    Uranus and Neptune, the CSIRO 64-m diameter radio astronomy               
    antenna near Parkes (Australia) was included in the receiving             
    system for both telemetry and Radio Science.  For the Voyager 2           
    encounter with Neptune, the ISAS 64-m diameter antenna near               
    Usuda (Japan) was added for Radio Science and the NRAO Very               
    Large Array (VLA) near Socorro (New Mexico) was added for                 
    telemetry.  The VLA consisted of 27 25-m antennas.  Parkes,               
    Usuda, and the VLA were integrated with the permanent stations            
    at Goldstone, Robledo, and Tidbinbilla by DSN personnel.                  
                                                                              
                                                                              
  Acronyms and Abbreviations                                                  
  ==========================                                                  
    AACS       Attitude and Articulation Control Subsystem                    
    CCS        Computer Command Subsystem                                     
    CDU        Command Detector Unit                                          
    CRS        Cosmic Ray (investigation) Subsystem                           
    CSIRO      Commonwealth Scientific and Industrial Research                
                 Organization                                                 
    DSN        Deep Space Network                                             
    DTR        Digital Tape Recorder                                          
    FDS        Flight Data Subsystem                                          
    HGA        High-Gain Antenna                                              
    IRIS       Infra-Red Interferometric Spectrometer                         
    ISAS       Institute for Space and Astronautical Science                  
    ISS        Imaging Science Subsystem                                      
    JPL        Jet Propulsion Laboratory                                      
    kbps       kilobits per second                                            
    LECP       Low-Energy Charged Particle (investigation subsystem)          
    LGA        Low-Gain Antenna                                               
    MAG        Magnetometer (subsystem)                                       
    NAIF       Navigation and Ancillary Information Facility                  
    NASA       National Aeronautics and Space Administration                  
    NRAO       National Radio Astronomy Observatory                           
    PLS        Plasma (science investigation) Subsystem                       
    PPS        PhotoPolarimeter Subsystem                                     
    PRA        Planetary Radio Astronomy (investigation subsystem)            
    PWS        Plasma Wave (investigation) Subsystem                          
    RSS        Radio Science Subsystem                                        
    RTG        Radioisotopic Thermoelectric Generator                         
    TCS        TeleCommunications Subsystem                                   
    UVS        Ultra-Violet Spectrometer                                      
    VLA        Very Large Array  "                                            
                                                                              
 END_OBJECT                        = INSTRUMENT_HOST_INFORMATION              
                                                                              
 OBJECT                            = INSTRUMENT_HOST_REFERENCE_INFO           
 REFERENCE_KEY_ID                  = "MORRISON1982"                           
 END_OBJECT                        = INSTRUMENT_HOST_REFERENCE_INFO           
                                                                              
 OBJECT                            = INSTRUMENT_HOST_REFERENCE_INFO           
 REFERENCE_KEY_ID                  = "KOHLHASE1989"                           
 END_OBJECT                        = INSTRUMENT_HOST_REFERENCE_INFO           
                                                                              
 OBJECT                            = INSTRUMENT_HOST_REFERENCE_INFO           
 REFERENCE_KEY_ID                  = "JPLPD618-128"                           
 END_OBJECT                        = INSTRUMENT_HOST_REFERENCE_INFO           
                                                                              
END_OBJECT                        = INSTRUMENT_HOST                           
END