Ranger 4

Druhá sonda vypuštěná v rámci programu Ranger Block 2. Jejím úkolem bylo dopravit na měsíční povrch pouzdro se seismometrem a fotografovat povrch během dopadové fáze letu. Sonda byla navedena na perfektní trajektorii k Měsíci, bohužel během vzletu přestal pracovat palubní počítač (časovač) sondy a ta se stala neovladatelnou. Sonda dopadla jako první objekt USA na povrch Měsíce.

Výprava Rangeru 3, který přes závadu na nosné raketě demonstroval správnost konstrukce pro lunární a planetární mise, naplnila vedení projektu a americkou veřejnost důvěrou k dalším letům. Jednoznačný úspěch byl víc než žádoucí. Po mnoha amerických pokusech v uplynulých rocích, které přinesly hubené výsledky, zůstával Sovětský svaz stále jediným, který zasáhl Měsíc a v jeho okolí prováděl hodnotná vědecká měření. Další šanci pro USA představoval let Rangeru 4, což byl exemplář takřka identický se svým předchůdcem. Ačkoliv hlavní příčinou předchozích nezdarů byla nosná raketa, nyní tomu bylo naopak. Sonda přestala pracovat již několik minut po startu a ani tentokrát mise neskončila úspěchem.

Po zjevném zklamání měly NASA a JPL k dispozici ještě jeden exemplář sondy Ranger Block 2. Ten odstartoval téhož roku pod označením Ranger 5.

Konstrukce

Sondu postavila a provozuje Jet Propulsion Laboratory (JPL). Pasadena, Kalifornie (USA) pro NASA Office of Space Science (OSS), Washington, D.C. (USA). Dopadové pouzdro se seismometrem vyrobila Aeronautics Division of the Ford Motor Company, Newport Beach, Kalifornoe (USA).

Sonda o hmotnosti 331.1 kg je určena k pořízení snímků Měsíce během 10 minut dopadové fáze letu, k dopravení pouzdra seismometru na jeho povrch při tvrdém přistání, ke studiu záření gama a odrazivosti měsíčního povrchu. Dále má sloužit k dalšímu ověření technologie měsíčních a planetární přeletů v rámci programu Ranger Block 2. Hlavní těleso má tvar hranolu s šestiúhelníkovou základnou o průměru 1.504 m. Na horní podstavě je připojena konstrukce nesoucí dopadové pouzdro s brzdícím motorem na TPL. V dolní základně je instalován raketový korekční motor o tahu 222 N na jednosložkovou KPL (hydrazin). Motor je schopen udělit sondě přírůstek rychlosti od 0.03 m/s do 43.9 m/s. Celková výška sondy obnáší 3.124 m. Na protilehlých stranách základny jsou upevněny dva lichoběžníkovité panely fotovoltaických baterií o rozměrech 267x744x1844 mm, ploše 1.8 m² a rozpětí 5.182 m, které jsou tvořeny 8680 články. Sluneční články mají výkon necelých 200 W a dobíjejí AgZn akumulátorovou baterii o kapacitě 1000 Wh a hmotnosti 11.5 kg.

Telekomunikační systém sestává z výklopné vysokoziskové směrové parabolické antény o průměru 1.2 m instalované na spodní základně a všesměrové antény. Dva vysílače pracují v pásmu L (960 MHz, 3 W, resp. 50 mW). Řízení sondy provádí palubní počítač, sekvenční časovač a povelový systém ovládaný ze Země. Tepelná ochrana je provedena jako pasivní (bílé nátěry, pozlacení a pochromování, stříbrné plastické kryty).

Orientační systém tvoří 10 trysek na stlačený dusík, 3 gyroskopy, 2 primární a 4 sekundární čidla Slunce a 1 senzor Země.

Přístrojové pouzdro se seismometrem, které má tvrdě přistát na Měsíci rychlostí asi 130 až 160 km/h tvoří koule o průměru 305 mm a hmotnosti 25.7 kg. Kromě seismometru obsahuje elektroniku, 50 mW vysílač, anténu a 6 AgCd baterií zabezpečujících činnost na Měsíci po dobu asi 30 dnů. Tato koule je obalena balzovým dřevem, jež má částečně absorbovat dopadovou energii. Průměr pouzdra včetně obalu obnáší 635 mm a jeho hmotnost je 43.8 kg.

Vědecké vybavení

Vědecké vybavení sondy tvoří:

• televizní kamera se zorným polem 1° a zobrazením 200 řádků na snímek;
• spektrometr záření gama;
• jednoosý seismometr;
• měření teploty dopadového pouzdra;
• radarový výškoměr.

Průběh letu

V březnu 1962 byla sonda Ranger 4 podrobena předepsané sérii testů na kosmodromu Cape Canaveral. Ve stejném období začaly zkoušky na nosné raketě Atlas Agena B (výr. číslo 133D/6004). Veškeré úsilí směřovalo k připravenosti mise na začátek startovního okna, které se otevíralo 1962-04-21. S malou úpravou trajektorie letu měl být zasažen Měsíc ve stejném bodě, který byl plánován pro předchozí neúspěšnou výpravu Rangeru 3. Snímkování povrchu a vysazení seismometru se mělo odehrát těsně pod rovníkem na východním okraji Oceánu bouří (Oceanus Procellarum).

1962-04-20 byly veškeré předletové zkoušky a prověrky ukončeny. Sonda byla usazena na vrcholek nosné rakety. Od své předchůdkyně se lišila pouze nátěrem dopadového pouzdra, která obdrželo atraktivní vzhled zubaté koule - příčinou změny ale nebyl umělecký dojem, ale lepší schopnost udržovat tepelnou rovnováhu v pouzdře během kosmického letu. Sonda byla podrobena konečné sterilizaci oxidem etylénu. Byly prověřeny sledovací stanice a poprvé byla do sítě zapojena anténa v Johannesburgu (Jižní Afrika) o průměru 25 m, která byla dovybavena vysílačem schopným komunikace se sondou. Jako podpora mise byly na trase letu od Karibského moře až po ostrov Acsension umístěny čtyři sledovací lodě.

Zahájení odpočítávání bylo odloženo o jeden den na 1962-04-21 po dohodě NASA a Air Force, kvůli tomu, že bylo v původním termínu potřeba použít kapacitu kosmodromu k vypuštění jiného kosmického objektu. I toto datum však bylo odsunuto o jeden den, protože připadalo právě na Velikonoční neděli a řízení projektu nechtělo negativně ovlivnit náboženské cítění veřejnosti.

Countdown byl zahájen v dopoledních hodinách na Velikonoční pondělí 1962-04-23. Veškeré předstartovní kontroly vykazovaly normální funkce všech systémů a konečně v 15:50 místního času (20:50:00 UT) s již známým bafnutím bílého kouře zahájila raketa Atlas vzlet na další výpravu k Měsíci. Sledovací anténa na Cape Canaveral monitorovala funkci Atlasu, Ageny i Rangeru do doby, než sestava zmizela po osmi minutách letu za obzorem. Kolem tohoto okamžiku motory Atlasu dohořely, stupně byly odděleny a Agena B poprvé nastartovala. Sledovací lodě hlásily, že let probíhá podle plánu. Agena B se sondou dosáhly parkovací oběžné dráhy, restart Ageny se uskutečnil ve správném okamžiku a telemetrie z Rangeru přicházela v pořádku. Parametry dráhy byly vypočítány a odvysílány na stanici v Jižní Africe. V předpokládaném okamžiku 23 minut po startu anténa v Johannesburgu zachytila objekt vycházející nad obzor. Agena mezitím ukončila svoji druhou fázi urychlování. Signály ze sondy však ukazovaly na velice vážné potíže. Ačkoliv se vysílač Rangeru na 960 MHz hlásil nosnou frekvencí, chyběla jakákoliv telemetrická data. Stav systémů sondy nemohl být ověřen.

Dvě minuty poté se Ranger 4 oddělil od stupně Agena B a pomalu rotujíc se pohyboval na dráze vedoucí do oblasti Měsíce. Kritický okamžik nastal, když se sonda měla zorientovat v prostoru, vyklopit panely slunečních baterií a směrovou anténu. Bez telemetrických údajů nešlo ověřit, jestli tyto operace proběhly. Nicméně kolísání v síle přijímaného signálu ukazovaly na to, že se sonda v prostoru převrací, panely jsou stále ve složené pozici a parabolická anténa se nachází ve startovní poloze před korekčním motorem. Osud mise vypadal beznadějně.

Sledovací stanice ve Woomeře (Austrálie) zachytila vysílač Rangeru a začala ho sledovat na odletové dráze od Země. Pozorované údaje, předané do JPL a počítačově zpracované, umožnily první stanovení trajektorie. Tentokrát nosná raketa Atlas Agena B pracovala téměř perfektně a sonda byla schopna zasáhnout Měsíc dokonce i bez korekčního manévru. Zjištění to bylo obzvlášť trpké, protože hlavní příčinou předchozích měsíčních neúspěchů byla doposud chybná funkce rakety. Nyní byla na velice dobré dráze nefunkční kosmická stanice. Přes stanici v Johannesburgu byla na sondu vyslána celá série povelů, které mohly odstranit závady a nebo pomoci zjistit skutečný stav palubních systémů. Byly učiněny pokusy o zapojení telemetrie, o přepojení vysílání na směrovou anténu, o změnu natočení antény apod. Vše bylo marné. JPL stanovila podstatu problému: hlavní hodiny v palubním počítači a v řadiči povelů se zastavily. Bez časovače přestal pracovat dekomutátor telemetrie, všechny funkce, které byly jakkoliv svázány s určitým časovým údajem byly zastaveny a kosmické těleso nebylo schopno přijímat povely ze Země. Ranger 4 byl pro své uživatele prakticky mrtvý. Představitelé na Mysu a u NASA to vyjádřili velmi expresívně: "Jediné co máme, je idiot s vysílačkou."

Bezchybná funkce nosné rakety byla slabou náplastí na zřejmý neúspěch. Pouhý zásah Měsíce nemohl být dostatečnou útěchou. Příčina selhání časovače nemohla být odhalena. Sledovací lodě jižně od ostrova Antigua byly schopny sledovat jen činnost nosné rakety, žádná nebyla vybavena přijímačem schopným zachytit frekvenci 960 MHz, na které vysílal Ranger. Existovala tedy mezera 6 min 17 s, kdy byl Ranger mimo dosah přijímačů poté, co opustil oblast Karibského moře a než se vynořil v dosahu antény v Jižní Africe. A k závadě došlo jednoznačně v tomto období. V literatuře se často uvádí, že příčinou poruchy mohlo být poškození sondy během předletové sterilizace.

Zatímco ochromený Ranger mířil k Měsíci, sešlo se vedení projektu v Goldstone v Mojavské poušti se zástupci tisku. Zásoba elektřiny v akumulátoru sondy již došla a utichly i signály hlavního vysílače sondy. Jediné, co ještě pracovalo, byl slabý 50 mW vysílač v pouzdře se seismometrem napájený vlastní baterií. Pomocí jeho signálu bylo možno nadále sledovat průběh letu. Účastníci setkání mohli ze zesilovače poslouchat tyto vzdálené známky života a na uzavřeném televizním okruhu byly přenášeny záběry měsíčního povrchu pořízené ze Země. Vysílání umlklo v okamžiku, kdy se Ranger schoval za okraj Měsíce a asi dvě minuty poté dopadl na povrch.

Ranger 4 se stal, přes zřejmý neúspěch, prvním americkým umělým kosmickým tělesem, které dosáhlo povrchu Měsíce. Po vyhodnocení všech dostupných údajů o trajektorii, byla vydána oficiální zpráva, která oznamovala, že 1962-04-26 v 12:47:50 UT minula sonda Měsíc a zmizela za odvrácenou stranou. Ve 12:49:53 UT dopadla na měsíční povrch v bodě o souřadnicích 229.5° v.d. a 15.5° j.š. Toto místo se nachází u kráteru Joffe (v době letu Rangeru o existenci kráteru samozřejmě nebylo nic známo - zatím jediné údaje o odvrácené straně Měsíce poskytl let Luny 3). Tyto údaje vyplývaly z balistických propočtů a pro případné pochybovače doporučil vedoucí JPL Pickering, aby "se přesvědčili na místě."

Experimenty a výsledky

Televizní kamera

Vidikonová televizní kamera byla určena k pořizování snímků měsíčního povrchu ze vzdálenosti od 4000 do 47 km během dopadové fáze letu. Systém je tvořen vidikonovou snímací elektronkou s rychlým mazáním. Doba expozice je 20 ms a snímky jsou pořizovány s periodou 13 s, přičemž jeden kompletní snímek se zpracuje za 10 s. Snímek je tvořen 200 řádky. Optický systém je tvořen cassergainovou konstrukcí astronimického dalekohledu, který obsahuje primární konkávní parabolické zrcadlo a středově umístěné sekundární hyperbolické zrcadlo, kterým se odráží obraz povrchu Měsíce na fotocitlivou vrstvu obrazového snímače. Kvůli poruše na sondě v úvodní fázi letu, televizní snímky nebyly pořízeny. Na experimentu se podílely JPL, University of Arizona, U. S. Geological Survey a UC San Diego.

Spektrometr záření gama

Spektrometr sestává z detektoru, 32-kanálového analyzátoru amplitudy záblesků a vysokonapěťového zásobování elektrickou energií a je určen k měření záření gama emitovaného povrchem Měsíce. Detektor obsahuje krystal z jodidu cesia o průměru 76.2 mm obalený plastickým scintilátorem o tloušťce 3.17 mm. Je připojen na trubici fotonásobiče o průměru 76.2 mm. Záblesky gama záření pronikají do analyzátoru, který má kapacitu 2 až 16 pulsů/kanál. Na přípravě experimentu se podílely UC San Diego, LASL a JPL.
Kvůli poruše na sondě v úvodní fázi letu nebyla vysunuta tyč s detektorem a nebyly získány žádné vědecké výsledky.

Radarový výškoměr

Úkolem radarového výškoměru bylo měřit odrazivost měsíčního povrchu a studovat jeho vlastnosti. Dále byl zapojen do sekvence oddělování pouzdra se seismometrem, k němuž měl být vydán povel ve výšce 19 až 25 km. Přistroj byl standardní radar pulsního typu se špičkovým proudovým výstupem mezi 150 až 400 W. Pracoval na frekvenci 9400 MHz a s opakováním od 500 do 600 pulsů/s. Šířka paprsku byla 4.5°. Výškoměr měl zahájit měření na základě povelu ze Země ve výšce 198 až 55 km (nominálně 137 km). Plánovaná doba práce byla 9 s až 2 min. Kvůli poruše na sondě v úvodní fázi letu nebyla získána žádná data. Přístroj připravila JPL.

Seismometr

Přístroj o hmotnosti 3.36 kg byl určen k detekci možných seismických pohybů a rozlišení lávových příkrovů, prachových vrstev či případných jiných struktur povrchu. Sestával z cívky, permanentního magnetu podepřeného na pružině a vnitřního kalibračního zařízení. Jeho konstrukce umožňovala získat data při libovolné poloze pouzdra. Aby se ztlumil prudký náraz při dopadu, byl přístroj naplněn ochrannou tekutinou. Po dopadu se měl seismometr v tekutině orientovat do svislé polohy. Kapalina se poté měla vypustit a tlakový spínač měl aktivovat experiment. Plánovaná doba životnosti byla 30 dní. Kalibrace přístroje byla provedena v laboratoři a během letu. Kvůli poruše na sondě v úvodní fázi letu nebyla získána žádná data. Experiment přípravila Columbia University a Cal Tech.

Literatura

1. NSSDC Master Catalog: Spacecraft Ranger 4 - http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/sc-query.html
2. Ing. Pavel Knapp: Listy z historie. Ranger - Letectví a kosmonautika [53] (1977) - číslo 7, strana 263-264
3. Lunar Impact: A History of Project Ranger - http://history.nasa.gov/SP-4210/pages/Cover.htm

Reakce čtenářů (číst/přidat)

Počet reakcí: 0

Verze pro tisk