Ranger 5

Třetí a poslední sonda programu Ranger Block 2. Aparát měl dopravit na Měsíc seismometr a pořídit snímky během pádu na měsíční povrch. Vinou závady v elektrickém napájení sonda nemohla provést korekční manévr a prolétla v minimální vzdálenosti kolem cíle. Následně skončila na heliocentrické dráze.

Po fiasku, který technici JPL a NASA utrpěli při letu Rangeru 4, zůstávala ze série Ranger Block 2 k dispozici jediná sonda. Původně byl její start plánován na červen 1962 ale byl odložen, protože ve stejném termínu byly podniknuty první dva americké pokusy o vyslání stanice k Venuši a k jiné planetě vůbec. Sondy Mariner 1 a Mariner 2 použily stejné koncepce, jaká byla zkoušena v programu Ranger, a na dráhu je dopravila stejná kombinace nosného prostředku. I když start prvního Marineru skončil havárií, průběh letu druhého vzbuzoval velké naděje a částečně otupil kritiku, která se na vedení NASA snesla po tolika neúspěšných lunárních pokusech. Start Rangeru 5 se uskutečnil až v říjnu 1962, ale ani ten nepřinesl očekávaný úspěch.

Letem Rangeru 5 skončily pokusy v rámci fáze Ranger Block 2 a NASA společně s JPL přešly k realizaci nové série Ranger Block 3, která měla sloužit jako podpora pilotovaného programu Apollo a která měla získat detailní fotografie povrchu během tvrdého dopadu Rangeru na Měsíc.

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 342.5 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

Start Rangeru 5 byl původně plánován na červen 1962, ale vzhledem k tomu, že ve stejném termínu se otevíralo startovní okno pro let k Venuši, pro které připravila NASA první dvě sondy projektu Mariner, bylo rozhodnuto odložit let až na říjen. Odklad měl zároveň technikům vytvořit prostor pro analýzu problémů předchozího Rangeru 4 a umožnit případné úpravy konstrukce. Ačkoliv u nešťastného předešlého letu chyběly údaje z kritického časového intervalu, byla příčina poruchy palubního počítače připsána na vrub krátkému spojení způsobenému patrně kouskem hliníkové nebo zlaté fólie použité pro tepelnou izolaci, která v beztížném stavu propojila některé nechráněné kontakty. Na základě toho byly do Rangeru namontovány další diody a pojistky, aby izolovaly živé části konektorů. Protože se již částečně vyřešily problémy s limitovanou nosností rakety, byly dále zdvojeny palubní hodiny, přidána další nádrž dusíku stabilizačního systému a pro korekční motor byla přidána záložní pyrotechnika, která měla zajistit jeho spolehlivý zážeh. Jedna zásadní věc ale nebyla změněna, i přes varování mnohých odborníků, a sice systém sterilizace sondy horkem. Tento způsob má nesporně vliv na životnost a spolehlivost citlivých elektronických součástek a mohl být příčinou mnohých minulých problémů.

Ranger 5 opustil floridskou JPL 1962-08-20 a dorazil na Cape Canaveral 1962-08-27, v den, kdy startoval ke své misi Mariner 2. Krátce poté dorazily na kosmodrom i obě části nosné rakety Atlas (výr. číslo 215D) a Agena B (výr. číslo 6005). Všechny tři stroje zahájily cyklus testů s cílem odstartovat k Měsíci 1962-10-16. Na mysu se hlavní pozornost soustředila na systémy nosné rakety a hlavně stupně Atlas, protože ta, až na jednu výjimku, byla primární příčinou nezdaru předchozích misí. Bohužel bylo konstatováno, že posledně dodaný stroj jeví stejné technické těžkosti jako první exepláře. S ohledem na připravované mise v projektu Ranger Block 3 byly rovněž stanoveny priority tohoto letu. Hlavním úkolem bylo dopravení pouzdra na povrch, snímkování povrchu bylo cílem dalších Rangerů, a proto jako druhý vědecký experiment bylo specifikováno měření záření gama, které mohlo být prováděno i v případě, že sonda nezasáhne Měsíc.

Zkoušky zařízení a spolupráce sledovacích stanic DSN [=Deep Space Network] se tentokrát nemusely provádět, protože bylo neustále ověřováno sledováním úspěšně probíhajícího letu Marineru 2. V případě komplikací během současného sledování dvou letů, měl mít Ranger prioritu a Mariner mohl jistou dobu počkat.

Již běžící countdown byl 1962-10-16 ukončen, když technici objevily zkrat v rádiovém vysílači sondy. Ranger byl sejmut z nosného prostředku a převezen do montážního hangáru a vadná součást byla vyměněna, takže start mohl proběhnou s jednodenním zpožděním. Nicméně i toto datum bylo zrušeno kvůli silnému větru způsobeného hurikánem Ella, který právě řádil nad karibskou oblastí. Následujícího dne bylo zataženo ale vítr již zeslábl pod povolenou úroveň. Nosná raketa a sonda absolvovaly všechny předletové zkoušky a 1962-10-18 v 16:59 UT (12:59 místního času) se Ranger 5 nesený raketou Atlas Agena B vznesl z rampy LC-12 k obloze. Ještě než se ztratil stoupající stroj za obzorem selhal maják v naváděcím systému Atlasu, raketa ale pokračovala v letu podle záložních povelů z pozemního počítače. Stejná závada byla příčinou nedávné ztráty Marineru 1 ale tentokrát se obešla bez fatální havárie.

Nálada v řídícím středisku se opět zlepšila, když přišla hlášení z dalších sledovacích stanic. Stupně rakety se oddělily a Agena B se poprvé zažehla a umístila sondu na parkovací dráhu podle plánu. Sledovací lodě, které byly pro tentokrát schopné sledovat i telemetrii Rangeru, hlásily, že je vše v pořádku. Mobilní anténa v Jižní Africe zachytila letící kosmický objekt v 17:30 UT. Druhý zážeh Ageny proběhl úspěšně a Ranger byl naveden na translunární dráhu. Několik minut nato bylo zaznamenáno oddělení sondy od urychlovacího stupně a v 17:46 navázala spojení se sondou velká anténa ve Woomeře (Austrálie). Všechno probíhalo bezchybně. Ranger rozložil sluneční baterie, zachytil Slunce, stabilizoval se v prostoru a fotočlánky začaly generovat elektrický proud. Následně se měla vyklopit parabolická anténa, měla být zaměřena na Zemi a měly být zahájeny normální letové operace.

V 18:12 UT (14:12 floridského času) přišlo hořké zklamání. V tomto okamžiku prudce stoupla teplota ve spínacím a logickém modulu palubního počítače a časovače. Elektrické napájení z fotovoltaických článků se ztratilo. I když sonda přepnula na napájení z baterií, pracovala nespolehlivě. Naprogramovaný povel na zapojení experimentu měření záření gama byl vyslán, ale elektronický mozek sondy nebyl schopen vydat povel na zaměření Země. Aby toho nebylo dost, rádiový signál přijímaný v USA byl deformovaný a znemožňoval detailní analýzu. Příjem telemetrie ve stanicích v Jižní Africe a Austrálii už selhal zcela.

Tým analyzující data došel k závěru, že na sondě došlo ke krátkému spojení, který vyřadil sluneční články z činnosti. Nedalo se prakticky nic dělat. Akumulátor na palubě sondy měl zásobu energie jen na několik hodin a pak sonda umlkne úplně. Bylo proto rozhodnuto okamžitě vykonat korekci dráhy, aby alespoň dopad na Měsíc mohl být označen za technologickou zkoušku. Ale bez zaměření na Zemi nikdo neznal přesnou orientaci sondy v kosmu. Korekce měla být provedena pouze na základě slunečních čidel.

Ve 20:00 místního času byly z Floridy přes stanici Johannesburg vyslány povely k přesunu parabolické antény, která byla doposud v poloze před korekčním motorem. Vlastní manévr potom proběhl ve 20:59. Ochromená sonda potvrdila zprávu a zahájila půlhodinovou korekční sekvenci. Několik minut poté nastal na palubě další zkrat, telemetrie vypadla na 13 s, ale opět se obnovila. Korekční manévr nemohl být dokončen. Baterie se vyčerpala. Uprostřed prováděného manévru rádiové vysílání utichlo a když doběhly gyroskopy, sonda se začala na dráze převracet.

Dva dny nato 1962-10-21 v 15:53 UT hluchý a slepý Ranger 5 prolétl v minimální vzdálenosti 720 km od měsíčního povrchu a pokračoval na dráze kolem Slunce. Stanice DSN pokračovaly ve sledování slabého vysílače v dopadovém pouzdře se seismometrem napájeném vlastní baterií ještě několik dní, dokud se signál neztratil v rádiovém šumu. Let Rangeru 5 skončil fiaskem a s ním i celý program Ranger Block 2.

Parametry dráhy

Vysvětlivky:

Typ: H - heliocentrická

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.
Přístroj byl uveden v činnost čtyři hodiny po vzletu. Kvůli poruše v elektrickém napájení sondy bylo vysílání po dalších čtyřech hodinách přarušeno.

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 5 - 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