Введение

Лунный космический зонд США Ranger 6 был лунным зондом в рамках программы NASA Ranger — серии роботизированных космических аппаратов начала и середины 1960-х годов, предназначенных для получения детальных изображений поверхности Луны. Он был запущен 30 января 1964 года и спроектирован для передачи фотографий лунного рельефа с высоким разрешением в последние минуты полета, вплоть до столкновения с поверхностью. Для выполнения этих задач космический аппарат нес на борту шесть телевизионных видеокамер — две широкоугольные (канал F, камеры A и B) и четыре узкоугольные (канал P). Камеры были организованы в две отдельные цепочки, или канала, каждый из которых был полностью автономным, с собственными источниками питания, таймерами и передатчиками, что обеспечивало максимальную надежность и вероятность получения высококачественных телевизионных снимков. Других экспериментов на борту аппарата не проводилось. Из-за отказа системы камер, изображения получены не были.

Конструкция космических аппаратов

Рейнджеры 6, 7, 8 и 9 назывались версиями «Блок 3» космического аппарата «Рейнджер». Космический аппарат состоял из шестиугольного алюминиевого основания диаметром 1,5 м, на котором были установлены двигательная установка и источники энергии, увенчанные усечённой конической башней, на которой размещались телевизионные камеры. Два крыла солнечных панелей, каждое шириной 739 мм и длиной 1537 мм, простирались от противоположных краев основания, образуя размах 4,6 м, а высокоусиливающая параболическая антенна на поворотном креплении была установлена в одном из углов основания, вдали от солнечных панелей. На вершине конической башни располагалась цилиндрическая квази-всенаправленная антенна. Общая высота космического аппарата составляла 3,6 м. Коррекция траектории на среднем участке полёта обеспечивалась двигателем на монопропелланте – гидразине – тягой 224 Н с четырьмя управляющими соплами. Ориентация и стабилизация по трем осям осуществлялись с помощью двенадцати газовых реактивных двигателей, работающих от системы из трех гироскопов, четырех основных солнечных датчиков, двух вспомогательных солнечных датчиков и датчика Земли. Электропитание обеспечивалось 9792 кремниевыми солнечными элементами, расположенными на двух солнечных панелях, общей площадью 2,3 квадратных метра и выдающих мощность 200 Вт. Две аккумуляторные батареи AgZnO емкостью 1200 ватт-часов, номинальным напряжением 26,5 В и обеспечивающие 9 часов работы, питались каждой из отдельных цепей связи и телевизионных камер. Две аккумуляторные батареи AgZnO емкостью 1000 ватт-часов накапливали энергию для работы космического аппарата. Связь осуществлялась через квази-всенаправленную антенну с низким усилением и параболическую антенну с высоким усилением. Передатчики на борту космического аппарата включали 60-ваттный телеканал F на частоте 959,52 МГц, 60-ваттный телеканал P на частоте 960,05 МГц и 3-ваттный транспондер канала 8 на частоте 960,58 МГц. Телекоммуникационное оборудование преобразовывало композитный видеосигнал от передатчиков камер в радиочастотный сигнал для последующей передачи через высокоусиливающую антенну космического аппарата. Была обеспечена достаточная полоса пропускания видеосигнала для быстрой смены кадров как широкоугольных, так и узкоугольных телевизионных изображений.

Профиль миссии

Кубинский ракетный кризис на мгновение отвлек внимание от неудачи "Рейнджера-5", но эта миссия вынудила провести всесторонний пересмотр всей программы "Рейнджер". Было выдвинуто множество теорий о причинах неудач, включая слабое управление в JPL, чрезмерно амбициозные конструкции аппаратов, которые оказались неработоспособными и ненадежными с использованием современных технологий, а также менее значительные причины, такие как тепловая стерилизация зондов. 29 октября 1962 года НАСА создало комиссию по расследованию программы "Рейнджер" во главе с Альбертом Дж. Келли, которой было поручено к 30 ноября установить причины продолжающихся неудач программы. Комиссия пришла к выводу, что конструкция "Рейнджера" была "сложнее, чем требовалось" для лунной миссии и предъявляла очень высокие требования к инженерной подготовке и качеству изготовления, которые не выполнялись. Также было установлено, что тепловая стерилизация повреждает чувствительные системы аппаратов и должна быть немедленно прекращена. Кроме того, комиссия констатировала, что JPL плохо управляло программой, аппараты не имели резервных систем на случай отказа, экипажи сети слежения за дальним космосом НАСА были недостаточно обучены и их оборудование имело недостатки, и, наконец, надежность ракеты-носителя Atlas Agena была низкой: к концу ноября 1962 года зафиксировано восемь неудачных запусков ракеты как ВВС, так и НАСА. Если учитывать и Thor Agena, то всего было девять случаев отказа ступени Agena B во время полета. Рекомендации комиссии включали улучшение управления проектами, отказ от тепловой стеризации и испытания компонентов, предназначенных для будущих планетарных миссий, передачу сборки зондов на субподряд и исключение JPL из участия в закупках и запусках Atlas Agena. Кроме того, было предложено НАСА улучшить предстартовые испытания и подготовку ракет-носителей. Аппарат Block III должен был быть упрощен до минимального набора приборов, при этом восемь научных приборов, установленных на "Рейнджерах-3 и 5", должны были быть удалены, чтобы освободить место для резервного оборудования систем. Это вызвало протесты в научном сообществе, поскольку измерения гамма-излучения и другие данные считались гораздо более ценными, чем просто получение фотографий Луны. Лаборатория реактивного движения начала более тщательное тестирование компонентов "Рейнджера", и была создана вторая комиссия для оценки надежности Atlas Agena. Проблемы с ракетами-носителями оказались особенно сложными, поскольку ответственность за Atlas Agena лежала на ВВС США, а не на НАСА. Хотя НАСА надеялось запускать планетарные зонды на "Центавре", который находился под их полным контролем, эта программа была задержана из-за серьезных технических проблем и не будет готова к полетам в течение долгого времени. Разделение ракеты-носителя с ВВС США и их миссиями Министерства обороны на Западном побережье приводило к частым путаницам, задержкам и техническим проблемам. Поэтому было рекомендовано, чтобы НАСА получило полный контроль над закупками и запуском Atlas Agena без участия ВВС. Важной частью программы "Рейнджер" был мониторинг всех запусков Atlas и Thor Agena для выявления отказов, которые могли напрямую повлиять на программу. Эта задача была поручена Центру космических полетов Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, но затем была передана в Исследовательский центр Льюиса (LRC) в Кливленде, штат Огайо. LRC направила дополнительный персонал на сборочный завод Convair в Сан-Диего для контроля за строительством ракет Atlas. Комиссия сосредоточилась на неисправностях, поражающих Atlas Agena, в частности, на системе наведения General Electric, как на модификации Mod III G, используемой на ракетах Atlas Agena с Восточного побережья, так и на Mod II A, используемой на ракетах с Западного побережья, которые неоднократно выходили из строя. Было рекомендовано установить более подробные и строгие требования к испытаниям ракет Atlas и обеспечить, чтобы система наведения могла выдерживать уровни вибрации в полете, а также улучшить качество изготовления проводки. Кроме того, было рекомендовано Convair установить единую стандартизированную конфигурацию ракеты-носителя для всех запусков ВВС США и НАСА вместо индивидуальных модификаций для каждой миссии, заменять оборудование с известными дефектами конструкции на более надежные аналоги и улучшить тестирование всех компонентов. Поскольку ответственность за Atlas Agena лежала на ВВС, все эти изменения требовали их одобрения. Наконец, НАСА впервые получит полный контроль над всеми своими космическими запусками. Участие ВВС в закупках, подготовке и запусках ракет-носителей, а также в составлении отчетов о полетах для миссий НАСА должно быть прекращено, что значительно упростит и повысит эффективность программы. Проблемы продолжались, на этот раз с приведением в рабочее состояние телевизионных камер для "Рейнджера-6". Камеры, поставляемые Radio Corporation of America, были непостоянного качества, и потребовалось некоторое время, чтобы найти камеру, соответствующую стандартам JPL. Во время испытаний систем наведения Atlas в General Electric было обнаружено, что золотое покрытие на диодах отслаивается и вызывает короткие замыкания. Хуже того, "Рейнджер-6" был оснащен сотнями таких же диодов. Эту проблему было легко упустить при тестировании, более того, наземные испытания не могли имитировать условия невесомости в космосе, где золотые хлопья могли бы плавать и создавать короткое замыкание между выводами диода. В итоге не оставалось другого выбора, кроме как заменить все несколько сотен диодов в схемах "Рейнджера-6". В апреле 1963 года Конгресс США также решил сократить финансирование программы "Рейнджер" почти на 50% на основании того, что "ни одна из миссий на сегодняшний день не была успешной". Это означало отмену планов по созданию зондов "Рейнджер" до 13-го включительно. Будут запущены только "Рейнджеры-6, 7, 8 и 9", и они будут нести лишь телевизионную камеру. Одной из целей программы "Рейнджер" был поиск потенциальных мест посадки для пилотируемых лунных миссий. В то время не было ясно, какова поверхность Луны, и существовали опасения, что там есть зыбучие пески, которые поглотят космические аппараты и астронавтов. Поскольку базовая конструкция лунного модуля "Аполлон" уже была завершена к 1963 году, посадка на Луну должна была лишь "подтвердить или опровергнуть эту конструкцию". JPL решило выбрать точку приземления вблизи экватора Луны, в Море Спокойствия, отчасти потому, что это место считалось перспективным для посадки "Аполлона", а также потому, что условия освещения должны были соответствовать времени запуска в январе-феврале. "Рейнджер-6" и его ракета-носитель (Atlas 199D и Agena 6008) прибыли на мыс Канаверал в середине декабря, и, пока страна оплакивала убийство президента Кеннеди в прошлом месяце, начались предстартовые испытания. Старт состоялся 30 января 1964 года в 10:49 по восточному времени. "Атлас" плавно поднялся в пасмурное небо и исчез из виду. Во время фазы ускорения все шло хорошо, и характеристики ракеты-носителя были отличными, что свидетельствовало об упорной работе по повышению надежности ракеты-носителя. Вскоре после BECO "Атласа" и отделения ступеней произошло тревожное событие: телеметрия показала, что телеметрия телевизионной камеры на "Рейнджере-6" включилась, а затем выключилась через 67 секунд. Данные телеметрии показали, что все остальное функционирует нормально, и напряжение в JPL ослабло. Agena вывела зонд на опорную орбиту, а затем произвела импульс для выхода на окололунную траекторию через 25 минут после запуска. После отделения "Рейнджера-6" были развернуты солнечные панели и высокочастотная антенна, и все выглядело нормально. Ракета-носитель вывела зонд на достаточно точную траекторию полета, что потребовало лишь небольшого корректирующего импульса в середине полета. Однако активация телеметрии телевизионной камеры во время запуска оставалась поводом для беспокойства. Техники JPL хотели включить камеру, чтобы проверить ее работоспособность, однако существовал риск не отключить ее снова в случае короткого замыкания...