Введение
Космический аппарат НАСА, предназначенный для изучения Луны, "Пионер-4" был американским беспилотным аппаратом, стабилизированным вращением, запущенным в рамках программы "Пионер" по траектории пролёта мимо Луны и на гелиоцентрическую орбиту, что сделало его первым аппаратом США, вышедшим за пределы гравитации Земли. Запущенный 3 марта 1959 года, он нёс полезную нагрузку, аналогичную "Пионеру-3": эксперимент по исследованию лучевой обстановки с использованием детектора счётчика Гейгера-Мюллера и эксперимент по лунной фотосъёмке. Он прошёл на расстоянии от поверхности Луны. Однако "Пионер-4" не приблизился достаточно, чтобы активировать свой фотоэлектрический датчик. В 1969 году аппарат всё ещё находился на солнечной орбите. Он был единственным успешным лунным зондом, запущенным США в 12 попытках между 1958 и 1963 годами; лишь в 1964 году "Рейнджер-7" превзошёл его успех, выполнив все задачи своей миссии. После того как советский аппарат "Луна-1" совершил первый успешный пролёт мимо Луны 3 января 1959 года, давление на США, чтобы добиться успеха в лунной миссии, было огромным, особенно учитывая, что неудачи американских миссий широко освещались в прессе, в то время как советские неудачи замалчивались.
Pioneer 4 was an American spin stabilized uncrewed spacecraft launched as part of the Pioneer program on a lunar flyby trajectory and into a heliocentric orbit making it the first probe of the United States to escape from the Earth's gravity. Launched on March 3, 1959, it carried a payload similar to Pioneer 3: a lunar radiation environment experiment using a Geiger–Müller tube detector and a lunar photography experiment. It passed within of the Moon's surface. However, Pioneer 4 did not come close enough to trigger its photoelectric sensor. The spacecraft was still in solar orbit as of 1969. It was the only successful lunar probe launched by the U. S. in 12 attempts between 1958 and 1963; only in 1964 would Ranger 7 surpass its success by accomplishing all of its mission objectives. After the Soviet Luna 1 probe conducted the first successful flyby of the Moon on 3 January 1959, the pressure felt by the US to succeed with a lunar mission was enormous, especially since American mission failures were entirely public while the Soviet failures were kept a secret.
Конструкция космических аппаратов
Пионер 4 был конусообразным зондом высотой 51 см и диаметром 23 см в основании. Конус состоял из тонкой стекловолоконной оболочки, покрытой золотым напылением для обеспечения электропроводности и окрашенной белыми полосами для поддержания температуры в диапазоне от 10 до 50 °C. На вершине конуса располагался небольшой зонд, который вместе с самим конусом функционировал как антенна. В основании конуса кольцо из ртутных батарей обеспечивало питание. Фотоэлектрический датчик выступал из центра кольца. Датчик был разработан с использованием двух фотоэлементов, которые должны были активироваться светом Луны, когда зонд находился на расстоянии около 30 000 км от Луны. В центре конуса находилась лампа питания и две трубки Гейгера-Мюллера. Система Microlock, использовавшаяся лабораторией для связи с более ранними спутниками Explorer, не обладала достаточной дальностью для выполнения этой миссии. Поэтому была разработана новая радиосистема под названием TRAC(E) (Tracking And Communication (Extraterrestrial)). TRAC(E) являлась неотъемлемой частью комплекса дальней космической связи Гольдстоун. Передатчик массой 0,5 кг передавал фазомодулированный сигнал мощностью 0,1 Вт на частоте 960,05 МГц. Мощность модулирующей несущей составляла 0,08 Вт, а общая эффективная излучаемая мощность – 0,18 Вт. Система деспина состояла из двух грузов массой 7 грамм каждый, которые разматывались на концах двух проводов длиной 150 см при срабатывании гидравлического таймера через 10 часов после запуска. Грузы были предназначены для замедления вращения космического аппарата с 400 об/мин до 6 об/мин, после чего грузы и провода освобождались. По сравнению со своим предшественником, Pioneer 4 получил несколько небольших модификаций, в частности, добавлено свинцовое экранирование вокруг трубок Гейгера и внесены изменения в телеметрическую систему для повышения ее надежности и мощности сигнала. Серийный номер зонда – S/N №4, а зонд №3 был отозван с предстартовой подготовки из-за технических проблем.
Запускная машина
Пионер-4 был запущен с помощью ракеты-носителя Juno II, которая также запускала Пионер-3. Juno II была очень похожа на Juno I (на базе Jupiter C), которая запустила Explorer 1. Первая ступень представляла собой удлиненную баллистическую ракету Jupiter IRBM длиной 19,51 м, использовавшуюся армией США. Над двигательным отсеком Jupiter находился отсек управления и наведения, поддерживавший вращающийся цилиндр, содержащий ракетные ступени 2, 3 и 4. Пионер-4 был установлен на вершине четвертой ступени.
Миссия
В 05:10:56 GMT в ночь на 3 марта 1959 года Pioneer 4 стартовал с LC 5 на мысе Канаверал. На этот раз ускоритель работал почти безупречно, благодаря чему Pioneer 4 достиг своей основной цели (траектории Земля-Луна), передал данные об излучении и обеспечил ценную практику отслеживания. Однако, немного более длительное, чем номинальное, включение второй ступени оказалось достаточным для внесения небольших ошибок в траекторию и скорость, в результате чего зонд прошел на расстоянии 58 983 км от поверхности Луны (7,2° в. д., 5,7° ю. ш.) 4 марта 1959 года в 22:25 GMT (17:25 по восточному времени) со скоростью 7230 км/ч. Этого расстояния было недостаточно для срабатывания фотоэлектрического датчика. Это сканирующее устройство испытывалось для использования в будущих зондах с целью активации пленочной или видиконной камеры. Зонд продолжал передавать данные об излучении в течение 82,5 часов и достиг перигелия 18 марта 1959 года в 01:00 GMT. Цилиндрический корпус четвертой ступени (длина 173 см, диаметр 15 см, масса 4,65 кг) вышел на орбиту вместе с зондом. Система связи работала исправно, и было подсчитано, что сигналы могли быть приняты на большем расстоянии, если бы заряда батареи хватило.