Ranger 6

Úvodní let v programu Ranger Block 3. Sonda měla být navedena na dráhu směřující k Měsíci a během posledních minut před dopadem pořizovat snímky povrchu s vysokým rozlišením. Let probíhal až do poslední fáze podle očekávání, fotografie se však nepodařilo získat.

Spojené státy se pokoušely od konce padesátých let 20. století dosáhnout výrazného úspěchu při vědeckém výzkumu Měsíce pomocí kosmických aparátů. Ani sondy série Pioneer ani první dvě fáze projektu Ranger (Block 1 a Block 2) nesplnily očekávání vědců, veřejnosti a co bylo horší, politické reprezentace, která rozhodovala o přidělování finančních prostředků. Snahám techniků připravujících kosmické sondy a potýkajících se s nevolí správců peněz naštěstí pomohl ambiciózní program Apollo, mající za úkol dopravit amerického občana na Měsíc do konce šedesátých let. Tento program byl prezentován jako otázka národní prestiže a tudíž bez finančních restrikcí. Před vysláním člověka na náročnou lunární výpravu však bylo nezbytné získat základní poznatky o Měsíci, u něhož znalosti o povrchu i přes kosmické pokusy minulých let ustrnuly na úrovni jen o málo lepší než při pozorování pozemským dalekohledem. Toto šlo ale provést pouze dalšími automatickými stanicemi.

Sondy programu Ranger Block 3 byly jednoznačně koncipovány jako podpora pilotované expedice na Měsíc. Jejich cílem bylo získat fotografie povrchu z bezprostřední blízkosti a s největším možným rozlišením. Jediným vědeckým přístrojem na palubě sondy byla tudíž soustava kamer. Let Rangeru 6, i když až do posledního okamžiku probíhal takřka perfektně, skončil zklamáním, protože nebyl splněn hlavní cíl letu - fotografie Měsíce.

Konstrukce

Sondu postavila a provozuje Jet Propulsion Laboratory (JPL). Pasadena, Kalifornie (USA) pro NASA Office of Space Science (OSS), Washington, D.C. (USA).

Sonda o hmotnosti 368.7 kg je určena k pořízení snímků Měsíce během přibližně 10 min dopadové fáze letu.

Hlavní těleso má tvar hranolu s šestiúhelníkovou základnou o průměru 1.504 m. Kostra sondy je vyrobena z hliníkových slitin a její hmotnost je pouhých 43 kg. Ve středu dolní základny je instalován raketový korekční motor o tahu 224 N na jednosložkovou KPL (hydrazin). Motor je schopen udělit sondě přírůstek rychlosti od 0.03 m/s do 60 m/s. Z horní podstavy vystupuje kuželový stožár obsahující televizní aparaturu. Celková výška sondy obnáší asi 3.6 m. Na protilehlých stranách základny jsou upevněny dva obdélníkové panely výklopných fotovoltaických baterií o rozměrech 739x1537 mm, celkové ploše 2.3 m² a rozpětí 4.572 m, které jsou tvořeny 9792 křemíkovými články. Sluneční články mají výkon 200 W a dobíjejí dvě AgZn akumulátorové baterie o kapacitě 1000 Wh a 1200 Wh.

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 (60 W, 959.520 MHz a 960.05 MHz) a jeden vysílač o menším výkonu, rovněž vysílající v pásmu L (3 W, 960.58 MHz).

Orientační systém tvoří 12 trysek na stlačený dusík, 3 gyroskopy, 2 primární a 4 sekundární čidla Slunce a 1 senzor Země.

Vědecké vybavení

Vědecké vybavení sondy tvoří televizní kamerový systém sestávající z:

• soustava F (plně skanující kamery):
• dlouhoohnisková vidikonová televizní kamera;
• krátkoohnisková vidikonová televizní kamera;
• soustava P (částečně skanující kamery):
• 2 dlouhoohniskové vidikonové televizní kamery;
• 2 krátkoohniskové vidikonové televizní kamery.

Průběh letu

V prosinci 1963 byly ukončeny montážní práce na letovém exempláři Rangeru 6 a televizním systému. Zkoušky systémů skončily v dobrém čase, který umožňoval vzlet ve startovním okně připadajícím na 1964-01-30 až 1964-02-06. Vzápětí napsal ředitel JPL Pickering vedení NASA dopis, ve kterém navrhoval, aby byla provedena nezávislá komplexní prověrka všech prvků chystané mise od nosné rakety a sledovací sítě až po samotnou sondu. Smyslem tohoto dopisu bylo získat jistotu jak v technických otázkách, tak jakousi pojistku proti politickému tlaku v případě další havárie. Komise se dostavila do Pasadeny 1963-12-17 a závěr zkoumání jednoznačně přiznal schopnost Rangeru vyplnit úkoly ve stanoveném termínu. O dva dny později pečlivě zabalená sonda opustila Kalifornii a v klimatizovaném automobilu zamířila na floridský kosmodrom, kam dorazila 1963-12-23. Po připojení na sestavu Atlas Agena B začalo poslední kolo předstartovních kontrol.

Zatímco Ranger putoval na Floridu, vědecký tým vybíral cílovou plochu na Měsíci. Ve svém výběru byl v první řadě ovlivněn potřebami projektu Apollo. V té době ovšem procházela konstrukce přistávacího modulu Apollo-LEM [=Lunar Excursion Module] krizí a samotná NASA nevěděla, do které oblasti své astronauty pošle. První let nového Rangeru byl tedy přenechán zcela v kompetenci vědců. Druhou zásadní podmínkou výběru dopadové oblasti byly světelné podmínky na Měsíci. Sonda musela být nasměrována do oblasti ležící blízko měsíčního terminátoru (hranice mezi osvětlenou a neosvětlenou částí). V takovémto místě vrhají terénní nerovnosti dlouhé stíny a fotografovaný povrch vyniká vysokou plastičností. Na snímcích je možno rozeznat maximum povrchových detailů. Za těchto okolností, pokud Ranger odstartuje na začátku startovního okna), se jako vhodný cíl jevila oblast Julius Caesar v Moři klidu (Mare Tranquilitatis) o souřadnicích 8.5° s.š. a 21° v.d. Shodou okolností právě tato oblast byla rovněž uvažována jako jedna z primárních přistávacích ploch programu Apollo.

1963-12-24 na Štědrý den proběhla závěrečná zkouška sledovací sítě DSN [=Deep Space Network]. Při ní byly simulovány podmínky letu jak při plánovaném průběhu, tak při abnormálním chování sondy jako například při poruchách spojení, nečekaných poruchách a nouzových stavech.

Jako zajímavost je třeba ještě uvést, že v lednu 1964 se NASA pokusila po všech předchozích nezdarech opticky vylepšit skóre měsíčních sond. Bylo navrženo, aby první pokus v sérii Ranger Block 3 byl prozatímně pojmenován na Ranger A a následující dalšími písmeny. Pouze v případě úspěšného startu měl obdržet pořadové číslo 6. Pokud by start Rangeru A skončil havárií, čekalo by se s přidělením pořadového čísla 6 na start Rangeru B, C atd. Tento trik ale byl zákonitě prohlédnut a všeobecně médii ignorován.

Startovní operace byly zahájeny ještě za tmy ráno 1964-01-30. Odpočet probíhal bez zdržení. Hlavní představitelé JPL a vědecký tým se shromáždili v nově zařízené speciální místnosti v horním patře budovy JPL. Úsvit nad Floridou ukázal zataženou oblohu s oblaky hnanými lehkým pobřežním vánkem. Předpověď počasí byla nicméně příznivá. Countdown dospěl k nule v 15:49:00 UT (10:49 místního času EST) a v tomtéž okamžiku se zažehly motory prvního stupně rakety Atlas (výrobní číslo 199D). Za několik okamžiků zmizel nosič s drahocenným nákladem v oblačnosti. I když raketa nebyla vidět, telemetrické údaje přijímané na zemi hlásily, že let probíhá bez problémů. Atlas pracoval bezchybně a potvrdil, že předchozí zkoušky se provedly svědomitě a vylepšení byla úspěšná. Ale dvě minuty po startu v okamžiku oddělování stupňů nastal úlek v řadách letových specialistů. Telemetrie ukázala, že se neočekávaně zapojil televizní systém sondy a po šesti sekundách se opět bez vnějšího povelu vypojil. Zatímco Atlas pokračoval v letu, horečně probíhala kontrola telemetrie. Všechno nasvědčovalo tomu, že systémy sondy jsou v pořádku. Napětí pozvolna opadalo.

Ve výšce 160 km mezitím nastartovala Agena B (výrobní číslo 6008) poprvé raketový motor a umístila letovou sestavu na parkovací eliptickou dráhu kolem Země. Nad Atlantickým oceánem po 25 min od startu byl zaregistrován druhý zážeh Ageny. Kosmický objekt pohybující se rychlostí 11.82 m/s vystoupal nad obzor a byl zachycen sledovací stanicí v Jižní Africe v 16:19 UT. Ranger se oddělil od nosné rakety. Podle hlášení z Jižní Afriky se televizní systém zapojil korektně a žádné další závady nebyly hlášeny. Během několika minut rozložila sonda panely slunečních baterií, parabolickou anténu, senzory zachytily Slunce a Zemi a stanice se stabilizovala. V řídícím středisku zavládlo nadšení, po dlouhé době byla opět na cestě k Měsíci další americká sonda.

Rozbor dráhy letu potvrdil perfektní práci nosné rakety. Odchylka od ideální trajektorie byla zcela v možnostech kompenzace manévrem korekčního motoru. Pro tuto operaci byla okamžitě zpracována sekvence povelů. Ale záhada s neočekávaným zapojením televizní aparatury zůstávala stále nevyjasněná. Měla událost nějaký vliv na televizní systém? Telemetrická data neustále ukazovala, že je vše v pořádku. Uvažovalo se o zkušebním zapojení kamer. Bylo zde ale nebezpečí, že pokud by se je nepodařilo z jakéhokoliv důvodu znovu vypojit, vyčerpala by se elektrická energie v bateriích pohánějících systémy kamer ještě před příletem k Měsíci. To bylo příliš velké riziko, a proto bylo rozhodnuto pokračovat podle původního letového plánu.

Následujícího dne 1964-01-31 byly předány na palubu povely pro chystanou korekci dráhy. Sonda zareagovala perfektně. Zaujala správnou polohu v prostoru a ve stanovený okamžik se zažehl korekční motor. Okamžitě poté se sonda natočila zpět do letové polohy. Operace proběhla perfektně a dopad sondy se měl uskutečnit v požadované oblasti. Mimo záhadu s kamerami byla mise zatím čítankovým příkladem kosmického letu. Přesto ředitel Pickering před novináři prohlásil pouze: "Jsem opatrně optimistický".

V den dopadu na Měsíc 1964-02-02 se opět shromáždili všichni hlavní zainteresovaní pracovníci v řídícím středisku JPL, aby sledovali poslední fázi letu. Spolu s nimi celá veřejnost očekávala první snímky lunárního povrchu z bezprostřední blízkosti.

Ranger 6 se mezitím řítil se vzrůstající rychlostí k cíli v Mare Tranquilitatis. Analýza dráhy ukazovala, že odchylka oproti výpočtům bude pouze několik km. Rozbor orientace stanice rovněž udával, že kamery míří ve správném směru uvnitř přijatelných tolerancí. V řídícím středisku se diskutovala ještě poslední možnost upravit orientaci posledním manévrem, aby mohly být získány snímky s maximálním rozlišením. Tak blízko k úspěchu však bylo rozhodnuto od riskantní operace upustit. Amerika potřebovala konečně hmatatelné výsledky lunárních experimentů. Byl vydán povel, aby se dvě plně skanující kamery zapnuly automaticky časovačem systému, zatímco zbylé čtyři částečně skanující kamery měly být oživeny povelem ze Země.

18 min před dopadem (09:05 UT) přišel signál, že první dvě kamery zahájily pětiminutové žhavení. Několik minut poté (09:09 UT) se začaly oživovat zbylé čtyři kamery. V okamžiku T-13 min (resp. T-10 min) před dopadem se měly kamery automaticky zapojit a zahájit vysílání snímků. V pozemním středisku v Goldstone se rozběhla záznamová zařízení přicházejících obrázků. Stanovený okamžik uplynul a na Zemi nedorazil žádný snímek. Místo toho se čekající svět dozvěděl: "Třináct minut do dopadu, není indikováno plné napětí na videu." Po dalších třech minutách: "Deset minut do dopadu, stále očekáváme vysílání z kosmického aparátu."

Ze střediska JPL v horečném úsilí putovaly příkazy na provedení nouzových operací, které měly na poslední chvíli oživit televizní kamery. Bohužel bez žádané odezvy. A z řídícího centra se neustále opakovala stejná věta: "Stále nemáme videosignál." Ranger se ale stále blížil k Měsíci až konečně vysílání v 09:24 UT umlklo. Sonda dopadla aniž byl získán jediný obrázek.

Příčina závady televizního systému není zcela jasná. Obecně se přijímá hypotéza, že viníkem byl zkrat, ke kterému došlo v prvních minutách letu při oddělování stupně Atlas a který se projevil záhadným zapojením a vypojením kamer.

Neúspěch Rangeru 6, celkem již dvanáctý v pořadí amerických pokusů, přišel v málo vhodný okamžik. Právě byla zahájena diskuse o rozpočtu NASA na další fiskální rok a pouze hrdost USA a snaha pokračovat se Sovětským svazem v závodě na Měsíc, zabránila drastickým škrtům v rozpočtu.

Experimenty a výsledky

Televizní kamerový systém

Přístroje vyvinula a dodala společnost RCA.
Televizní systém o hmotnosti 173 kg tvoří šest kamer uspořádaných do dvou oddělených kanálů. Kamery jsou určeny k pořízení fotografií s vysokým rozlišením z bezprostřední blízkosti v období asi 10 min před dopadem sondy na měsíční povrch. Zmíněné dva kanály mají nezávislé zásobování elektrickou energií a oddělené telekomunikační cesty aby se dosáhlo maximální záruky dosažení vědeckého cíle letu.
Základním prvkem všech kamer je jednopalcová (cca. 25 mm) vidikonová trubice s fotocitlivým povrchem ASOS [=antimony-sulfide oxy-sulfide]. První kanál, označený jako F [=Full] používá úplného skanování a obsahuje jednu dlouhofokální kameru (ohnisková délka 76 mm, světelnost f/25, zorný úhel 8.4°, 1152 řádků) a jednu krátkofokální kameru (ohnisková délka 25 mm, světelnost f/0.95, zorný úhel 25°, 1152 řádků). Aktivní plocha obrazu je 11 mm² a skanování trvá 2.5 s.
Druhý kanál, označený P [=Partial], tvoří čtyři částečně skanující kamery. Dvě kamery jsou dlouhofokální (ohnisková délka 76 mm, světelnost f/25, zorný úhel 2.1°, 300 řádků) a dvě krátkofokální (ohnisková dálka 25 mm, světelnost f/0.95, zorný úhel 25°, 300 řádků). Aktivní plocha obrazu je 2.8 mm² a skanování vyžaduje 0.2 s.
Závěrka všech šesti objektivů je poháněna elektromagneticky a je vytvořena štěrbinou na desce umístěné před objektivy. Rozložení objektivů je takové, že se záběry překrývají.
Kvůli závadě na elektrickém systému sondy nebyly získány žádné snímky měsíčního povrchu.

Literatura

1. NSSDC Master Catalog: Spacecraft Ranger 6 - 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