Ranger 1

Po malém úspěchu měsíčních sond realizovaných v programu Pioneer připravila NASA na začátek 60. let 20. století novou řadu pokročilejších průzkumníků pod společným názvem Ranger. První z nich měl za úkol ověřit funkci nového typu nosné rakety Atlas Agena B v rámci programu Ranger Block 1. Technologická sonda měla být umístěna na značně protáhlou dráhu kolem Země, zasahující ve svém nejvzdálenějším bodě až za dráhu Měsíce. Bohužel raketa nepracovala podle předpokladů a Ranger 1 zůstal na nízké oběžné dráze, na níž vytrval do svého zániku jen několik dní.

Primárním cílem letu sondy Ranger 1 bylo ověřit výkon a funkci všech komponent potřebných pro realizaci budoucích měsíčních a planetárních misí. Tyto plánované výpravy se měly uskutečňovat pomocí sond konstrukčně využívajících určitých unifikovaných a odzkoušených uzlů a systémů, jako například uspořádání základního tělesa sondy, způsobů orientace a stabilizace, elektrického zásobování atp. Pro tyto nové a výkonnější stanice bylo nutno připravit i výkonnější nosné prostředky. Ověření jednoho z nich - rakety Atlas Agena B - bylo rovněž cílem letu Rangeru 1. Druhým cílem bylo studium částic a polí v meziplanetárním prostoru od střední oběžné dráhy až do vzdálenosti asi 1 mil. km od Země.

Mise Ranger 1 skončila pouze částečným úspěchem. Nicméně byl plánován ještě další pokus, který se uskutečnil krátce po prvním letu a nesl označení Ranger 2.

Konstrukce

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

Technologický objekt je určen k ověření konstrukce pro chystané lunární mise. Jedná se o první modifikaci řady Ranger označenou jako Ranger Block 1. Hlavní těleso má tvar hranolu s šestiúhelníkovou základnou o průměru 1.504 m. Na horní podstavě je připojen příhradový jehlanovitý stožár z hliníkových profilů. Celková výška stožáru obnáší 3.962 m. Na protilehlých stranách základny jsou upevněny dva panely fotovoltaických baterií o rozpětí 5.182 m, které jsou tvořeny 8680 články. Sluneční články mají výkon 200 W a dobíjejí AgZn akumulátorovou baterii o hmotnosti 57 kg. Některé vědecké experimenty disponují vlastními menšími akumulátory.

Na základní desce a na stožáru jsou umístěny vědecké přístroje a další technické zařízení sondy.

Sonda je vybavena orientačními motorky na stlačený dusík. Stabilizace je udržována ve třech osách za pomocí zmíněných motorků a senzorů Slunce a Země. Tepelný režim je zajištěn pasivně - použitím pozlacení na určitých částech, bílým nátěrem a leštěnými hliníkovými povrchy.

Ze spodu základny hlavního tělesa vystupuje parabola směrové antény o průměru 1.2 m. Komunikační systém používá dále všesměrovou anténu se středním ziskem na konci stožáru a dva vysílače pracující v pásmu L (960.1 MHz, 0.25 W a 960.05 MHz, 3 W).

Celková hmotnost sondy obnáší 306.2 kg, z toho vědecké vybavení tvoří asi 65 kg.

Vědecké vybavení

Vědecké vybavení sondy tvoří:

• detektor záření v čáře Lyman-alfa;
• rubidiový magnetometr;
• elektrostatický analyzátor plazmatu;
• 2 detektory nabitých částic;
• senzor kosmického záření;
• detektor kosmického prachu;
• scintilační čítač.

Průběh letu

Při výrobě letového exempláře Rangeru 1 se v hojné míře využívalo zkušeností získaných během zkoušek na technologickém modelu. Tímto způsobem se podařilo v květnu 1961 ukončit konečnou montáž a kvalifikační testy bez vážnějších potíží. Sonda byla připravena k transportu z JPL na floridský kosmodrom.

Startovní okno pro vzlet bylo stanoveno na období mezi 1961-07-26 a 1961-08-02. Start měl proběhnout v časných ranních hodinách místního času. Na kosmodromu proběhla poprvé kompletní montáž veškerého hardwaru pro misi a bylo zahájeno poslední kolo zkoušek.

1961-05-29 byla na startovní rampě instalována nosná raketa Atlas Agena B (výr. číslo 111-D) a koncem června na ni byl připojen stupeň Agena B (výr. číslo 6001). Následovala montáž sondy na adaptér Ageny a aerodynamického krytu. Montáž byla ukončena závěrečnou zkouškou 1961-07-13 a komplex raketa/sonda byl prohlášen za schopný letu. Mezitím proběhly zkoušky součinnosti sledovacích stanic DSN [=Deep Space Network], řídícího střediska JPL a stanic určených k monitorování letu nosné rakety. Ačkoliv se vyskytla řada problémů, obzvláště se stanicí v Jižní Africe, byly zkoušky označeny za úspěšné.

Aby bylo možno sledovat raketu v kritickém okamžiku, kdy měla opouštět parkovací dráhu, byla zbudována malá mobilní stanice poblíž Johannesburgu s anténou o průměru 3 m a zorném úhlu 10°. Tato anténa měla oproti standardním pevným anténám desetkrát větší zorný úhel a mohla vykonávat desetkrát rychlejší pohyb (10°/s) než hlavní sledovací antény. To byly hlavní předpoklady, aby bylo možno sledovat objekt pohybující se velkou rychlostí nízko nad obzorem. Ostatní velké antény byly naproti tomu připraveny pozorovat sondu na trase vzdalující se od Země s malou úhlovou rychlostí vůči pozorovateli.

1961-07-26 bylo všechno připraveno a odzkoušeno a mohl být odstartován závěrečný countdown.

Skutečný countdown začal až večer 1961-07-29, o tři dny později, než se předpokládalo. Jeden den zdržení způsobily chybějící informace o situaci na dráze letu, které požadovaly bezpečnostní složky kosmodromu, druhý den se vyskytla závada na naváděcím systému Atlasu a třetí den byla zjištěna chyba v programu na řídícím počítači na Cape Canaveral. Odpočítávání pokračovalo normálně až do rána 1961-07-29. 83 minut před startem vypadl elektrický proud a musely být přerušeny všechny zkoušky sledovacích stanic. Poté, v 05:02 místního času, 28 minut před vzletem zkolabovala i komerční elektrická síť a kosmodrom se zahalil do temnoty. Start byl odložen na další den.

Druhé odpočítávání bylo zrušeno 1961-07-30, když technici objevili netěsnost v rozvodu plynu u orientačního systému Rangeru. Třetí countdown o den později nevyšel kvůli špatné funkci ventilu v potrubí kapalného kyslíku na stupni Atlas.

Během čtvrtého odpočítávání 1961-08-01 byl na povel pozemních kontrolorů zapojen povelový systém sondy a na vědecké přístroje bylo přivedeno napětí kvůli jejich kalibraci. Vzápětí byla hlášena na všech kanálech fatální porucha. Chyba v elektrickém rozvodu zapojila několik sekvencí v palubním časovači a Ranger se aktivoval, jako by byl na oběžné dráze. Pyrotechnické roznětky se zapálily, sluneční panely se pokusily rozklopit uvnitř ochranného krytu a všechny vědecké přístroje začaly pracovat. Start byl samozřejmě zrušen a odložen prozatím na nejbližší možný termín koncem srpna. Sonda byla sejmuta z rakety a odvezena do montážního hangáru.

Večer 1961-08-22 byl spuštěn pátý countdown, kterému tentokrát bylo konečně souzeno doběhnout až k času T=0. Start sondy se uskutečnil 1961-08-23 v 10:02:00 UT z kosmodromu na Cape Canaveral pomocí nosné rakety Atlas Agena B. Zprávy ze sledovacích stanic na trase letu byly sporadické a rušené, nicméně naznačovaly, že jak stupeň Atlas, tak i Agena B pracují podle předpokladů a bylo dosaženo parkovací dráhy. Ale další zpráva z mobilní sledovací stanice v Jižní Africe zchladila prvotní nadšení. Podle měření stanice se Ranger 1 objevil nad obzorem o 5 minut později, než bylo očekáváno. Jak se dále vesmírné těleso řítilo nad Indickým oceánem, bylo čím dál zřejmější, že se druhý zážeh Ageny, který měl sondu navést na dráhu do vzdálenosti až 1100000 km, nezdařil. Po devadesáti minutách letu, když Ranger prolétal v dosahu stanice Goldstone v Kalifornii byla tato skutečnost potvrzena. Dosažena byla dráha jen ve výšce 168 až 501 km a Ranger 1 zůstal na této nestabilní nízké orbitě. Hlavní cíle letu nemohly být již splněny a bylo rozhodnuto pokusit se splnit alespoň některé dílčí technologické úkoly.

Jelikož se sonda pohybovala po velmi nízké dráze, nebylo možno použít všechny připravené sledovací stanice. Ke spojení s Rangerem se dala využít jenom malá mobilní anténa u Johannesburgu a anténa v Goldstone.

V kosmu se zatím vedl zápas o alespoň částečné zhodnocení probíhajícího letu. Telemetrické údaje potvrdily, že se sonda úspěšně oddělila od raketového nosiče, rozklopily se sluneční baterie a parabolická anténa a především orientační systém zajistil tříosou stabilizaci tělesa. V takovém stavu byl Ranger schopen přijímat povely ze Země a jeho elektrický systém mohl čerpat energii ze Slunce. Bohužel ale nebylo možno ovlivnit fakt, že místo na "translunární" dráze se sonda pohybuje na dráze kolem Země. Na ní se každých 90 minut dostávala do zemského stínu, ztrácela orientaci a zaměření slunečních panelů a tento stav se snažila automaticky opravovat. Tyto procesy prudce snižovaly zásoby dusíku v orientačním systému.

1961-08-24, den po startu, došel dusík a Ranger 1, neschopen udržovat orientaci, se začal nekontrolovatelně převracet na oběžné dráze. Sluneční baterie již nebyly schopny dobíjet akumulátory a zásoba energie na palubě začala klesat. Další tři dny pokračovalo vysílání telemetrie a dat z vědeckých měření. Konečně 1961-08-27 se hlavní baterie definitivně vybila a Ranger se odmlčel. Za další tři dny 1961-08-30 zanikl po 7 dnech letu a 111 obězích v atmosféře Země nad Mexickým zálivem. I když při tomto letu nebylo dosaženo plánované dráhy a skutečná životnost byla nesrovnatelně kratší než plánovaná, byly některé dílčí technologické úkoly mise splněny. Vědecký zisk mise byl naopak minimální.

Poletová analýza telemetrických dat naznačila příčinu nezdaru nosné rakety. Sekvence restartu stupně Agena B byla zahájena ve správný okamžik ale okamžitě byla přerušena, když vada na spínači přerušila přívod kyseliny dusičné do motoru. Nehledě na to bylo uvolněno dostatek okysličovadla, aby bylo možno zdůvodnit přírůstek rychlosti o asi 70 m/s, což přivedlo Ranger na dráhu poněkud vyšší, než byla parkovací.

Parametry dráhy

Vysvětlivky:

Typ: G - geocentrická

Experimenty a výsledky

Detektor záření Lyman-alfa

Experiment je určen ke sledování Země v oblasti Lyman-alfa (0.105 až 0.135 µm) a ke studiu obsahu vodíku v exosféře. Měření se provádí teleskopem s parabolickým zrcadlem a ionizační komůrkou umístěnou v ohnisku. Teleskop je uložen ve válcovém krytu chránícím zařízení před rozptýleným světlem. Teleskop mechanicky snímá zvolenou oblast a detektor produkuje elektrický signál proporcionální k úrovni záření Lyman-alfa. Výsledkem je hrubý obraz podobný televiznímu zobrazení.
Získaná data nebylo možno vyhodnotit, protože se sonda nevzdálila dostatečně od Země.

Magnetometr

Pro měření velikosti a směru magnetického pole v meziplanetárním prostředí a zjišťování výskytu jeho časových a prostorových fluktuací je určen rubidiový magnetometr umístěný uprostřed dutého kulového pláště z laminátu o průměru 330 mm. Kolem pláště se nachází vinutí, kterým prochází během měření proud o známé velikosti. Vhodným nastavením elektrického proudu lze určovat jak velikost tak směr magnetického pole. Přístroj měří rychlé změny pole až do 30 gama/s a tím umožňuje studium jemné struktury pole. Rozsah citlivosti se nachází mezi 0.05 až 105 gama a přesnost je 0.05 gama.
Přístroj byl navržen pro práci ve větších výškách (asi od 40000 km), kterých během letu nebylo dosaženo. Rovněž kvůli omezené životnosti nemohlo být zcela dosaženo očekávaných cílů.

Fotogalerie

Fotogalerie obsahuje celkem 2 obrázky, nejnovější byl přidán 2003-09-13.

Literatura

1. NSSDC Master Catalog: Spacecraft Ranger 1 - 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: 2
Poslední: 2007-06-22 16:01:05

Verze pro tisk