Введение
Vanguard 3 (обозначение Гарвардской обсерватории: 1959 Eta 1) – научный спутник, запущенный на околоземную орбиту ракетой Vanguard SLV 7 18 сентября 1959 года. Это был третий успешный запуск Vanguard из одиннадцати предпринятых попыток. Ракета Vanguard: Vanguard SLV 7 (SLV 7) представляла собой неиспользованную ракету Vanguard TV 4BU (TV 4BU = Test Vehicle Four BackUp), модернизированную до серийной ракеты-носителя (SLV). Проект Vanguard был программой, управляемой Научно-исследовательской лабораторией ВМС США (NRL), разработанной и построенной компанией Glenn L. Martin Company (ныне Lockheed Martin), целью которой был запуск первого искусственного спутника Земли с использованием ракеты Vanguard в качестве носителя с мыса Канаверал, Флорида. Vanguard 3 сыграл важную роль в космической гонке между США и Советским Союзом.
Космический корабль
Спутник "Авангард 3" представлял собой сферу диаметром с коническим выступом сверху. Нижние три четверти сферы были покрыты окисью кремния и изготовлены из магния, а верхняя четверть и конический выступ – из стеклопластика (стекловолокна на фенольной смоле). Масса спутника составляла приблизительно , а общая масса орбитального аппарата с прикрепленным корпусом третьей ступени – .
Протонный прецессионный магнитометр
В этом эксперименте использовался протонный прецессионный магнитометр для измерения магнитного поля Земли на высотах от … до … и на широтах от ±33,4°. Измерения проводились по команде при прохождении космического аппарата над семью станциями Minitrack в Северной и Южной Америке, одной станцией в Австралии и одной – в Южной Африке. При включении по команде поляризационная катушка вокруг образца протонов (нормальный гексан) активировалась на 2 секунды, за которыми следовало 2 секунды считывания сигнала прецессии. Во время каждого прохода над станцией снималось несколько показаний. Эксперимент успешно функционировал в течение 84 дней активной работы, и было зарегистрировано приблизительно 4300 показаний. Описание эксперимента приведено в работе J. C. Cain et al., "Measurements of the geomagnetic field by the Vanguard 3 satellite", NASA TN D 1418, Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, 1962. Общая точность измерений магнитного поля составляла около 10 нТ (гамм).
Рентгеновский эксперимент
Целью этого эксперимента было измерение рентгеновского излучения Солнца и его воздействия на атмосферу Земли. Детекторы представляли собой две идентичные камеры ионизации, чувствительные к рентгеновским длинам волн, возникающим при солнечных вспышках (2-8 Å, или 200-800 пм). Камеры ионизации располагались на расстоянии 120° друг от друга в экваториальной плоскости спутника и регистрировали максимальный сигнал, когда трубка ионной камеры была направлена на Солнце. Приборы были разработаны для измерения рентгеновского потока в диапазоне 2-8 Å (200-800 пм) и регистрации пиковой интенсивности солнечных вспышек с помощью запоминающего устройства для регистрации пиковых значений во время освещенной части каждой орбиты. Однако из-за интенсивного фонового излучения поясов Ван Аллена датчики были насыщены, и полезная информация о солнечном рентгеновском излучении получена не была.
Детектор микрометеоритов
В этом эксперименте были две герметичные зоны давления, расположенные вдоль внутренних стенок спутника, предназначенные для регистрации воздействия микрометеоритов, достаточно крупных, чтобы пробить оболочку спутника. Эти зоны давления представляли собой частичный вакуум, каждая при различном давлении, и были защищены стенками из магния толщиной 0,66 мм, обеспечивающими общую площадь поверхности 0,162 м², что составляло 20% площади оболочки. Пробоины в стенках любой из зон обнаруживались дифференциальным датчиком давления, установленным между ними, и телеметрировались как изменение длины одного из телеметрических каналов. Эрозия оболочки спутника, вызванная бомбардировкой космической пылью, микрометеоритами и другими частицами, регистрировалась тремя хромовыми полосками эрозионных датчиков, установленными на поверхности спутника, и фоточувствительным детектором. Электрическое сопротивление датчиков изменялось по мере эрозии их поверхности. Фоточувствительный детектор, представляющий собой ячейку из сульфида кадмия, защищенную непрозрачным покрытием из алюминизированной полиэтилентерефталатной (ПЭТ) пленки, также демонстрировал изменение сопротивления при эрозии или пробитии покрытия. Данные об эрозии также телеметрировались в виде длины каналов, что позволяло оценивать скорость эрозии. Четыре микрофона на титанате бария регистрировали удары микрометеоритов о поверхность спутника. Сигнал с микрофонов усиливался, формировался и подавался на магнитный счетчик, который непрерывно отображал общее количество ударов в трех знаках после запятой. Счетчик достигал значения 1000, после чего сбрасывался на ноль. За 66 дней работы спутник зарегистрировал 6600 ударов микрометеоритов, из которых 2800 пришлись на 70-часовой интервал с 16 по 18 ноября 1959 года, что, вероятнее всего, было связано с ежегодным прохождением Земли через облако обломков кометы Темпеля-Таттла, вызывающее метеорный поток Леониды, пик которого приходится на 17 ноября 1959 года. В датчиках эксперимента по исследованию пробития поверхности не было зарегистрировано ни пробоин, ни трещин. Поскольку датчики эрозии не были повреждены, получить достоверные результаты из этого эксперимента не удалось.
Плотность атмосферы спутника
Из-за своей симметричной формы, Vanguard 3 был выбран исследователями для определения плотности верхних слоев атмосферы в зависимости от высоты, широты, сезона и солнечной активности. По мере непрерывного вращения аппарата по орбите, он незначительно отклонялся от расчетных позиций, накапливая все большую задержку из-за сопротивления остаточной атмосферы. Измеряя скорость и время орбитальных сдвигов, можно было ретроспективно рассчитать параметры атмосферы, зная характеристики сопротивления аппарата. Было установлено, что атмосферное давление, а следовательно, сопротивление и потеря орбиты, оказались выше ожидаемых, поскольку верхние слои атмосферы Земли постепенно рассеивались в космическом пространстве. Этот эксперимент был тщательно спланирован до запуска. Первоначальные предложения Военно-морской исследовательской лаборатории по проекту "Авангард" предусматривали использование конических спутниковых корпусов; это позволило избежать необходимости в отдельных обтекателях и механизмах отделения, а также связанных с ними проблем веса и возможных отказов. Радиослежение должно было собирать данные и определять положение аппарата. В начале программы к нему добавили оптическое слежение (с использованием сети камер Baker-Nunn и визуальных наблюдателей). Группа ученых предложила изменить конструкцию на сферы, диаметром не менее, а в идеале – и больше. Сфера обладала бы постоянным оптическим отражением и постоянным коэффициентом сопротивления, зависящим только от размера, в то время как коэффициент сопротивления конуса менялся бы в зависимости от ориентации. Джеймс Ван Аллен предложил цилиндр, который в итоге и был запущен (Explorer 1). В конечном итоге, проект "Авангард" принял спутники диаметром и 50,8 см.
Почтовое задание
После завершения научной миссии, когда передача данных прекратилась 11 декабря 1959 года, через 84 дня после начала работы, спутник "Вангард-3" и две части верхней ступени ракеты-носителя, использованной для его запуска, превратились в недействующие объекты. "Вангард-3" остаётся на орбите. Поскольку "Вангард-1", "Вангард-2" и "Вангард-3" до сих пор находятся на орбите, практически не изменив свои аэродинамические характеристики, они представляют собой базовый набор данных об атмосфере Земли, насчитывающий более 60 лет и постоянно пополняющийся. Ожидаемый срок службы "Вангарда-3" составляет 300 лет.