Ключ на старт
Третье поколение американских лунных зондов представлено серией пусков с использованием РН Atlas Able. Все они были аварийными, так что ни одному аппарату не суждено было получить «личное» имя. Вспоминать неудачи мало кто любит, история этих пусков – одна из самых малоизвестных страниц американской космической программы. А она исключительно интересна! И начать надо с того, что создавались эти зонды не столько для Луны, сколько для Венеры.
1 октября 1958 года NASA приняло на себя ответственность за реализацию двух проектов лунных зондов, созданных Лабораторией космической техники STL для ВВС и Лабораторией реактивного движения JPL для Армии США. 3 декабря, за три дня до запуска Pioneer-3 командой фон Брауна. Армия передала JPL со всеми ее задачами и средствами в NASA. Теперь именно это агентство решало, что делать дальше.
Еще в начале ноября NASA в принципе поддержало новые предложения JPL по разработке лунных и планетных аппаратов. Но тогда JPL еще только планировала два своих лунных запуска на 5 и 19 декабря. На самом деле второй из них состоялся лишь 3 марта 1959 года, а свой весьма консервативный план лунных и межпланетных пусков лаборатория представила 30 апреля. Три его первых пункта предусматривали исследования Луны, Венеры и Марса с пролетной траектории с датами пусков в августе 1960 года, октябре 1960 года и январе 1961 года.
STL также направила в ноябре 1958 свои предложения в NASA через Управление баллистических ракет AFBMD. Они были одобрены, ВВС получили от NASA 16 млн $(*), и, так как STL уже «отстрелялась» по Луне, она энергично взялась за новую работу. Возглавил проект один из «отцов» ракеты Thor, руководитель отдела экспериментальных космических проектов д-р Адольф Тиль (Adolph K. Thiel) – кстати сказать, член команды фон Брауна из Пенемюнде, ранее перешедший в STL из Редстоунского арсенала. Созданием космического аппарата руководил Джордж Глегхорн (George J. Gleghorn).
На этот раз целью была Венера. В начале июня 1959 года открывалось исключительно удачное стартовое окно: можно было с минимальной отлетной скоростью «положить» зонд в плоскость орбиты Венеры, которая к тому же в момент прилета, в первых числах ноября 1959 года, находилась вблизи узла своей орбиты.
В STL параллельно создавались четыре сходных по конструкции КА, отличительной особенностью которых были четыре панели солнечных батарей, установленные на откидных штангах. Они торчали по бокам аппарата на манер лопастей гребного колеса или велосипедных педалей, и новые зонды так и прозвали – Paddlewheel.
Опытный аппарат получил индекс S-2 (Science-2). Его предполагалось запустить 15 апреля носителем Thor Able III на вытянутую околоземную орбиту с апогеем примерно 48000 км для отработки систем и детального и продолжительного исследования радиационных поясов Земли.
3 июня ракета Thor Able IV должна была вывести на траекторию полета к Венере аналогичный по конструкции пролетный зонд с обозначением P-2 (Probe-2) массой всего 35 кг . Коррекция не предусматривалась, так что минимальное расстояние от планеты определялось точностью выведения и могло быть достаточно большим.
Третий аппарат P-1 должен был стать первым в истории спутником Венеры и исследовать ближайшую к Земле планету. Он был крупнее первых двух, так как оснащался двигательной установкой для коррекций траектории и выхода на орбиту вокруг Венеры. Масса орбитального зонда оценивалась в 99 кг , и для его запуска планировалось использовать более грузоподъемный носитель Atlas Able IV. Расчетной датой старта было 4 июня 1959 г .
Наконец, еще один аппарат массой 122 кг предназначался для выхода на окололунную орбиту после запуска в августе 1959 г .
На относительно небольших расстояниях от Земли с АМС должны были работать станции STL, развернутые в период первой лунной программы. Однако три последних месяца полета к Венере связь была возможна только через 76-метровую антенну в Джодрелл-Бэнк.
Как оказалось, STL взвалила на себя непосильную задачу: подготовить зонды к Венере к астрономическому сроку не удалось. Сведения об этом просочились в прессу, и 2 мая NASA вынуждено было признать, что по рекомендации AFBMD и STL из-за технических трудностей, возникших как при создании самих КА, так и ракет-носителей, пуски откладываются, «пока эти проблемы не будут преодолены». Но если для экспериментального спутника и для лунного аппарата задержка не была существенна, то для станций к Венере пропуск астрономического окна означал смену задачи.
Новый вариант программы был подготовлен 1 июня и вскоре также «утек» в прессу. Сообщалось, что пролетный зонд решено отправить на гелиоцентрическую орбиту для разведки свойств космической среды без сближения с Венерой, а орбитальный – запустить в октябре 1959 г . на орбиту искусственного спутника, но не Венеры, а Луны. Похоже, однако, что эта информация была не совсем точной: на орбиту вокруг Луны предполагалось вывести именно лунный аппарат, а не «опоздавший» венерианский.
7 августа 1959 г . на ракете Thor Able III ушел в космос экспериментальный объект S-2, получивший имя Explorer 6.
В октябре на стартовый комплекс LC-17A установили еще один Thor, на этот раз для пуска зонда P-2 в сторону орбиты Венеры.
Отряд состоял из аппаратов Pioneer, называемых также Pioneer-P или Atlas-Able. Они должны были проводить исследования Луны с орбиты её искусственного спутника, выход на которую должен был произойти через 62 часа после старта. Разработаны аппараты были в Лаборатории космических технологий (Space Technology Laboratories) при Управлении баллистических ракет ВВС США (Air Force Ballistic Missile Division).
Конструктивно космический аппарат представлял собой сферу диаметром 1 м .. Установленная под сферой двигательная установка увеличивала длину аппарата до 1,4 м. Вес корпуса и алюминиевого защитного экрана КА Р-1 и Р-3 составлял 25,3 кг (для Р-30 и Р-31 – 30 кг ). Вес двигательной установки КА Р-1 и Р-3 составлял 88,4 кг (для Р-30 и Р-31 – 90 кг ). Двигательная установка была двухкамерная, первая камера расположена в передней части аппарата с соплом, обращенным по направлению полета, вторая — с противоположной стороны с соплом против полета.
Для зарядки аккумуляторов КА использовались 4 солнечные батареи, каждая из которых имела размер 60 на 60 см и содержала 2 200 ячеек. Батареи размещались по сторонам КА под углом 90°, при этом плоскости батарей были повернуты относительно осевой линии КА, образуя своеобразный «гребной винт». Общий размах батарей составлял 2,7 метра . В корпусе КА размещался бак диаметром 66 см для гидразина и два меньших бака для азота, а также тормозной двигатель тягой 90 Н, который должен был затормозить КА для его перехода на орбиту вокруг Луны. Корректирующий ракетный двигатель, предназначенный для выполнения маневров на лунной орбите, мог включаться/выключаться четыре раза.
Научное оборудование каждого КА этой серии состояло из ионизационной камеры и счетчика Гейгера-Мюллера для измерения плотности радиационного потока. Также были установлены телескоп со счетчиками из меди для улавливания частиц с высокой энергией, сцинцилляционного счётчика для измерения частиц с малой энергии, низкочастотного приемника для приема электромагнитных волн космического происхождения и ретранслятора для измерения электронной плотности пространства. На поверхности КА был установлен счетчик микрометеоритов.
Для поддержания внутри станции необходимой температуры было применено очень остроумное решение. Внешняя поверхность КА была покрыта большим количеством маленьких пластин (воздушных винтов). Сами пластины были сделаны из отражающего материала и состояли из четырех лепестков, которые могли поворачиваться и закрывать покрашенное теплопоглощающей черной краской покрытие КА. Если температура внутри КА понижалась, ниже заданной нормы, лепестки поворачивались и открывали черную поверхность, которая быстро нагревалась. Если же температура оказывалась слишком высокой, лепестки поворачивались обратно и закрывали собой темное покрытие КА, что приводило к понижению температуры.
На первых двух КА была также установлена телевизионная камера с факсимильной системой, для объектива которой было проделано небольшое отверстие между двумя солнечными батареями.
Общий вес научного оборудования этих КА, включая электронику и источники питания, составлял 55 кг . На двух оставшихся КА вместо телевизионной камеры в корпусе аппарата был установлен сцинтилляционный спектрометр для изучения земных (и поиска лунных) радиационных поясов. На поверхности сферы был установлен плазменный зонд для измерения энергии и момента импульса протонов и для изучения радиационного воздействия солнечных вспышек. Общий вес научного оборудования был увеличен до 60 кг . Стоимость изготовления каждого из этих КА и их запуска оценивалась в $9-10 млн.
Взрыв на пусковой площадке Pioneer [P-1]
24 сентября 1959 года на стартовом комплексе № 12 космодрома Cape Canaveral во время проведения стационарных испытаний ракеты-носителя Atlas-C Able (Atlas C Able 9C / Able-5) в рамках программы Pioneer произошел взрыв ракеты-носителя. По этой причине на год задержалось использование ракеты-носителя Atlas-C Able. Для запусков пришлось использовать ракеты-носители Atlas-D Able.
При взрыве космический аппарат весом 169 кг был уничтожен.
Русскоязычная Wikipedia присвоила этому космическому аппарату наименование «Пионер П1».
Pioneer [P-3]
26 ноября 1959 года со стартового комплекса № 14 космодрома Cape Canaveral произведен старт ракеты-носителя Atlas-D Able-5 (Atlas Able 20D / Able-5). Предполагалось вывести на траекторию полета к Луне американскую автоматическую межпланетную станцию Pioneer [P-3] (1959 1126F ).
Целью запуска являлось фотографирование поверхности Луны, включая ее обратную сторону, изучение космических лучей, определение магнитных полей в межпланетном пространстве, регистрация частоты соударений с микрометеорами и др. Намечалось с помощью системы управления, контролируемой с Земли, вывести искусственный спутник на расчетную орбиту вокруг Луны за 62 часа.
Однако через 45 секунд после запуска произошло разрушение головного обтекателя ракеты-носителя, и третья ступень ракеты вместе с полезной нагрузкой оказались под воздействием сильной аэродинамической нагрузки. Через 104 секунды после запуска связь с КА и с третьей ступенью носителя была потеряна.
Первая и вторая ступень, согласно поступавшей телеметрической информации, отработали в соответствии с заданной программой. Космический аппарат упал в Атлантический океан. Вес космического аппарата составлял 168,7 кг .
Запуск NSSDC ID PIONX
Pioneer P-3 (Atlas-Able 4) was intended to be a lunar orbiter probe, but the mission failed shortly after launch. The objectives were to place a highly instrumented probe in lunar orbit, to investigate the environment between the Earth and Moon, and to develop technology for controlling and maneuvering spacecraft from Earth. It was equipped to take images of the lunar surface with a television-like system, estimate the Moon's mass and topography of the poles, record the distribution and velocity of micrometeorites, and study radiation, magnetic fields, and low frequency electromagnetic waves in space. A mid-course propulsion system and injection rocket would have been the first U.S. self-contained propulsion system capable of operation many months after launch at great distances from Earth and the first U.S.
The spacecraft was launched on an Air Force-Convair Atlas intercontinental ballistic missile coupled to Thor-Able upper stages including an Able x 248 rocket third stage. The plastic payload shroud broke away 45 seconds after launch, subjecting the payload and third stage rocket to critical aerodynamic loads. At 104 seconds after launch communications with the upper stages was lost and the payload was stripped off followed by the third stage. Telemetry indicated the first and second stages continued as programmed.
Spacecraft and Subsystems
Pioneer P-3 was a 1 meter diameter sphere with a propulsion system mounted on the bottom giving a total length of 1.4 meters . The mass of the structure and aluminum alloy shell was 25.3 kg and the propulsion units 88.4 kg . Four solar panels, each 60 x 60 cm and containing 2200 solar cells in 22 100-cell nodules, extended from the sides of the spherical shell in a "paddle-wheel" configuration with a total span of about 2.7 meters . The solar panels charged chemical batteries. Inside the shell, a large spherical hydrazine tank made up most of the volume, topped by two smaller spherical nitrogen tanks and a 90 N injection rocket to slow the spacecraft down to go into lunar orbit, which was designed to be capable of firing twice during the mission. Attached to the bottom of the sphere was a 90 N vernier rocket for mid-course propulsion and lunar orbit maneuvers which could be fired four times.
Around the upper hemisphere of the hydrazine tank was a ring-shaped instrument platform which held the batteries in two packs, two 5 W UHF transmitters and diplexers, logic modules for scientific instruments, two command receivers, decoders, a buffer/amplifier, three converters, a telebit, a command box, and most of the scientific instruments. Two dipole UHF antennas protruded from the top of the sphere on either side of the injection rocket nozzle. Two dipole UHF antennas and a long VLF antenna protruded from the bottom of the sphere.
Thermal control was planned to be achieved by a large number of small "propeller blade" devices on the surface of the sphere. The blades themselves were made of reflective material and consist of four vanes which were flush against the surface, covering a black heat-absorbing pattern painted on the sphere. A thermally sensitive coil was attached to the blades in such a way that low temperatures within the satellite would cause the coil to contract and rotate the blades and expose the heat absorbing surface, and high temperatures would cause the blades to cover the black patterns. Square heat-sink units were also mounted on the surface of the sphere to help dissipate heat from the interior.
Scientific Instrumentation
The scientific instruments consisted of an ion chamber and Geiger-Mueller tube to measure total radiation flux, a proportional radiation counter telescope to measure high energy radiation, a scintillation counter to monitor low-energy radiation, a VLF receiver for natural radio waves, a transponder to study electron density, and part of the television facsimile system and flux-gate and search coil magnetometers mounted on the instrument platform. The television camera pointed through a small hole in the sphere between two of the solar panel mounts. The micrometeorite detector was mounted on the sphere as well. The total mass of the science package including electronics and power supply was 55 kg .
Pioneer [P-31]
15 февраля 1960 года на стартовом комплексе № 13 космодрома Cape Canaveral в рамках предстартовой подготовки произошло не санкционированное включение двигателей ракеты-носителя Atlas D Able-5. Предполагалось использовать ракету-носитель для полета к Луне американской межпланетной автоматической станции Pioneer [P-31] (1959 0215F ). Ракета-носитель взорвалась на стартовом стенде в статическом состоянии. Спутник остался цел.
Pioneer [P-30]
25 сентября 1960 года со стартового комплекса № 12 космодрома Cape Canaveral произведен старт ракеты-носителя Atlas-D Able-5 (Atlas Able 80D / Able-5). Предполагалось вывести в космос американскую автоматическую межпланетную станцию Pioneer [P-30] (1960 0925F ).
Первая ступень отработала 275 секунд в полном соответствии с заданной программой, и на высоте около 370 км произошло успешное разделение ступеней. Однако вторая ступень из-за неисправности в насосе окислителя на режим не вышла. Аппарат не смог набрать необходимую скорость и не вышел на орбиту. Судя по всему, он разрушился в атмосфере над Индийским океаном. По некоторым сообщениям позднее обломки аппарата были обнаружены в Южной Африке. Телеметрическая информация с КА поступала в течение 1020 секунд после запуска.
Вес космического аппарата составлял 175,5 кг .
Запуск NSSDC ID PIONY
Pioneer P-30 (Atlas-Able 5A) was intended to be a lunar orbiter probe, but the mission failed shortly after launch. The objectives were to place a highly instrumented probe in lunar orbit, to investigate the environment between the Earth and Moon, and to develop technology for controlling and maneuvering spacecraft from Earth. It was equipped to estimate the Moon's mass and topography of the poles, record the distribution and velocity of micrometeorites, and study radiation, magnetic fields, and low frequency electromagnetic waves in space. A mid-course propulsion system and injection rocket would have been the first U.S. self-contained propulsion system capable of operation many months after launch at great distances from Earth and the first U.S.
The spacecraft was launched on an Air Force-Convair Atlas D intercontinental ballistic missile coupled to Thor-Able upper stages including a Hercules ABL solid propellant third stage. The first stage burned normally for 275 seconds, the two Atlas booster engines were jettisonned as planned after ~250 seconds. At an altitude of about 370 km the first stage separated from the second stage. When the second stage was ignited telemetry showed abnormal burning and the stage failed due to a malfunction in the oxidizer system. The vehicle was unable to achieve Earth orbit, re-entered and was believed to have come down somewhere in the Indian Ocean . Signals were returned by the payload for 1020 seconds after launch. The mission was designed to reach the Moon approximately 62 hours after launch.
Spacecraft and Subsystems
Pioneer P-30 was almost identical to the earlier Pioneer P-3 satellite which failed (PIONX), a 1 meter diameter sphere with a propulsion system mounted on the bottom giving a total length of 1.4 meters . The mass of the structure and aluminum alloy shell was about 30 kg and the propulsion units roughly 90 kg . Four solar panels, each 60 x 60 cm and containing 2200 solar cells in 22 100-cell nodules, extended from the sides of the spherical shell in a "paddle-wheel" configuration with a total span of about 2.7 meters . The solar panels charged nickel-cadmium batteries. Inside the shell, a large spherical hydrazine tank made up most of the volume, topped by two smaller spherical nitrogen tanks and a 90 N injection rocket to slow the spacecraft down to go into lunar orbit, which was designed to be capable of firing twice during the mission. Attached to the bottom of the sphere was a 90 N vernier rocket for mid-course propulsion and lunar orbit maneuvers which could be fired four times.
Around the upper hemisphere of the hydrazine tank was a ring-shaped instrument platform which held the batteries in two packs, two 1.5 W UHF transmitters and diplexers, logic modules for scientific instruments, two command receivers, decoders, a buffer/amplifier, three converters, a telebit, a command box, and most of the scientific instruments. Two dipole UHF antennas protruded from the top of the sphere on either side of the injection rocket nozzle. Two dipole UHF antennas and a long VLF antenna protruded from the bottom of the sphere. The transmitters operated on a frequency of 378 megacycles.
Thermal control was planned to be achieved by fifty small "propeller blade" devices on the surface of the sphere. The blades themselves were made of reflective material and consist of four vanes which were flush against the surface, covering a black heat-absorbing pattern painted on the sphere. A thermally sensitive coil was attached to the blades in such a way that low temperatures within the satellite would cause the coil to contract and rotate the blades and expose the heat absorbing surface, and high temperatures would cause the blades to cover the black patterns. Square heat-sink units were also mounted on the surface of the sphere to help dissipate heat from the interior.
Scientific Instrumentation
The scientific instruments consisted of an ion chamber and Geiger-Mueller tube to measure total radiation flux, a proportional radiation counter telescope to measure high energy radiation, a scintillation counter to monitor low-energy radiation, a VLF receiver for natural radio waves, a transponder to study electron density, and part of the flux-gate and search coil magnetometers mounted on the instrument platform. The micrometeorite detector and sun scanner were mounted on the sphere. The difference between the payload of Pioneer P-30 and the earlier Pioneer P-3 was the replacement of the TV facsimile system on P-3 with a scintillation spectrometer to study the Earth's (and possible lunar) radiation belts, mounted on the instrument platform, and a plasma probe mounted on the sphere to measure energy and momentum distribution of protons above a few kilovolts to study the radiation effect of solar flares. The total mass of the science package including electronics and power supply was roughly 60 kg . Total cost of the mission was estimated at 9 - 10 million dollars
Pioneer [P-31]
15 декабря 1960 года со стартового комплекса № 12 космодрома Cape Canaveral произведен старт ракеты-носителя Atlas-D Able-5 (Atlas Able 91D / Able-5). Предполагалось вывести в космос американскую автоматическую межпланетную станцию Pioneer [P-31] (1960 1215F ).
Через 68 секунд после старта на высоте 12 км ракета-носитель взорвалась из-за отказа первой ступени. Обломки ракеты и КА упали в Атлантический океан на расстоянии от 12 до 20 км от места старта
Вес космического аппарата составлял 175 кг .
Запуск NSSDC ID PIONZ
Pioneer P-31 (Atlas-Able 5B) was intended to be a lunar orbiter probe, but the mission failed shortly after launch. The objectives were to place a highly instrumented probe in lunar orbit, to investigate the environment between the Earth and Moon, and to develop technology for controlling and maneuvering spacecraft from Earth. It was equipped to take images of the lunar surface with a television-like system, estimate the Moon's mass and topography of the poles, record the distribution and velocity of micrometeorites, and study radiation, magnetic fields, and low frequency electromagnetic waves in space. A mid-course propulsion system and injection rocket would have been the first U.S. self-contained propulsion system capable of operation many months after launch at great distances from Earth and the first U.S.
The spacecraft was launched on an Air Force-Convair Atlas D intercontinental ballistic missile coupled to Thor-Able upper stages including an Able solid propellant third stage. The vehicle exploded 68 seconds after launch at an altitude of 12 km due to a malfunction in the first stage. The payload fell into the Atlantic Ocean 12 to 20 km from Cape Canaveral in about 20 meter deep water.
Spacecraft and Subsystems
Pioneer P-31 was virtually identical to the earlier Pioneer P-30 satellite which failed (PIONY), a 1 meter diameter sphere with a propulsion system mounted on the bottom giving a total length of 1.4 meters . The mass of the structure and aluminum alloy shell was about 30 kg and the propulsion units roughly 90 kg . Four solar panels, each 60 x 60 cm and containing 2200 solar cells in 22 100-cell nodules, extended from the sides of the spherical shell in a "paddle-wheel" configuration with a total span of about 2.7 meters . The solar panels charged nickel-cadmium batteries. Inside the shell, a large spherical hydrazine tank made up most of the volume, topped by two smaller spherical nitrogen tanks and a 90 N injection rocket to slow the spacecraft down to go into lunar orbit, which was designed to be capable of firing twice during the mission. Attached to the bottom of the sphere was a 90 N vernier rocket for mid-course propulsion and lunar orbit maneuvers which could be fired four times.
Around the upper hemisphere of the hydrazine tank was a ring-shaped instrument platform which held the batteries in two packs, two 1.5 W UHF transmitters and diplexers, logic modules for scientific instruments, two command receivers, decoders, a buffer/amplifier, three converters, a telebit, a command box, and most of the scientific instruments. Two dipole UHF antennas protruded from the top of the sphere on either side of the injection rocket nozzle. Two dipole UHF antennas and a long VLF antenna protruded from the bottom of the sphere. The transmitters operated on a frequency of 378 megacycles.
Thermal control was planned to be achieved by fifty small "propeller blade" devices on the surface of the sphere. The blades themselves were made of reflective material and consist of four vanes which were flush against the surface, covering a black heat-absorbing pattern painted on the sphere. A thermally sensitive coil was attached to the blades in such a way that low temperatures within the satellite would cause the coil to contract and rotate the blades and expose the heat absorbing surface, and high temperatures would cause the blades to cover the black patterns. Square heat-sink units were also mounted on the surface of the sphere to help dissipate heat from the interior.
Scientific Instrumentation
The scientific instruments consisted of an ion chamber and Geiger-Mueller tube to measure total radiation flux, a proportional radiation counter telescope to measure high energy radiation, a scintillation counter to monitor low-energy radiation, a scintillation spectrometer to study the Earth's (and possible lunar) radiation belts, a VLF receiver for natural radio waves, a transponder to study electron density, and part of the flux-gate and search coil magnetometers mounted on the instrument platform. A plasma probe was mounted on the sphere to measure energy and momentum distribution of protons above a few kilovolts to study the radiation effect of solar flares. The micrometeorite detector and sun scanner were mounted on the sphere as well. The only difference between Pioneer P-31 and the earlier Pioneer P-30 was the addition of a solid state detector sensitive to low energy protons on the satellite and an STL-designed rubidium frequency standard experiment placed on a pod attached to the booster. The total mass of the science package including electronics and power supply was roughly 60 kg . Total cost of the mission was estimated at 9 - 10 million dollars.
При работе были использованы материалы по ссылкам:
http://www.jpl.nasa.gov/missions/missiondetails.cfm?mission=Pioneer3and4
http://epizodsspace.testpilot.ru/e2/tab/zap-als58-60.html
http://space.skyrocket.de/
http://www.astronaut.ru/index.htm
С Новым годом!
ОтветитьУдалитьЗдоровья, успехов в труде, семейного благополучия,
чтоб денег хватало на задумки всякие!