Провал лунной миссии Pioneer P-3 (1959)

Введение

1959 год, попытка США запустить лунный зонд

Пионер P 3 (также известный как Atlas Able 4 или Pioneer X) предназначался для выхода на лунную орбиту, но миссия завершилась неудачей вскоре после запуска. Целями были выведение на лунную орбиту высокооборудованного зонда, исследование среды между Землей и Луной, а также разработка технологий управления и маневрирования космическими аппаратами с Земли. Он был оснащен для получения изображений лунной поверхности с помощью телевизионной системы, оценки массы Луны и топографии полюсов, регистрации распределения и скорости микрометеоритов, изучения радиации, магнитных полей и низкочастотных электромагнитных волн в космосе. Система коррекции траектории и двигатель для выхода на орбиту должны были стать первой автономной двигательной установкой, разработанной в США и способной работать в течение многих месяцев после запуска на больших расстояниях от Земли, а также первыми в США испытаниями маневрирования спутника в космосе.

Миссия

Первоначально зонд планировалось запустить на ракете Atlas 9C в октябре, но пусковая установка была уничтожена при аварии во время статических испытаний 24 сентября, поэтому было решено использовать Atlas D (оперативную версию МБР Atlas) вместо Atlas C, которая все еще была экспериментальной моделью. Запуск состоялся 26 ноября 1959 года с площадки LC 14 на космодроме Кейп-Канаверал с использованием ракеты Atlas 20D, которая изначально была резервным ускорителем для испытаний Mercury Big Joe в сентябре. Поскольку этот полет прошел успешно, Atlas 20D был повторно использован для программы Able, в связке с верхними ступенями Thor Able, включая третью ступень ракеты Able x 248. Поскольку 20D был специально построен для программы Mercury, он имел более толстую обшивку, чем стандартная МБР Atlas, и мог выдерживать дополнительный вес верхних ступеней. Все шло нормально до 45 секунд после старта, когда гироскопы "Атласа" зарегистрировали удар, после чего обтекатель полезной нагрузки из стекловолокна отделился от ракеты-носителя. Третья ступень и полезная нагрузка были потеряны из-за воздействия сильных аэродинамических нагрузок при прохождении точки максимального аэродинамического давления (Max Q), а вторая ступень получила повреждения и потеряла телеметрию на 104 секунде после старта. Сам "Атлас" не пострадал от инцидента и завершил штатный полет, упав в Гвинейский залив. Причина аварии была установлена – неправильная вентиляция обтекателя полезной нагрузки, который разрушился, когда внутреннее давление воздуха превысило внешнее по мере разрежения атмосферы с увеличением высоты. Помимо изменения предстартовых процедур, обтекатель был перепроектирован для улучшения аэродинамических характеристик в будущих полетах.

Конструкция космических аппаратов

Pioneer P 3 представлял собой сферу диаметром 1 метр с двигательной установкой, расположенной в нижней части, что давало общую длину 1,4 метра. Масса конструкции и корпуса из алюминиевого сплава составляла 25,3 кг, а масса двигательных установок – 88,4 кг. Четыре солнечные панели размером 60 x 60 см каждая, содержащие 2200 солнечных элементов в 22 100 ячейковых модулях, крепились к бокам сферической оболочки в конфигурации, напоминающей "колесо с лопастями", с общей размахом около 2,7 метров. Солнечные панели заряжали химические аккумуляторы. Внутри оболочки большой сферический бак с гидразином занимал большую часть объема, над которым располагались два меньших сферических бака с азотом и тормозной ракетный двигатель тягой 90 Н для снижения скорости космического аппарата и выхода на лунную орбиту, который был рассчитан на два включения в течение миссии. К нижней части сферы был прикреплен корректировочный ракетный двигатель тягой 90 Н для маневрирования в полете и на лунной орбите, который можно было запускать четыре раза. Этот космический двигатель был спроектирован и построен по контракту с NASA Космическими технологическими лабораториями (STL) компании TRW. Вокруг верхней полусферы бака с гидразином располагалась кольцевая приборная платформа, на которой размещались аккумуляторы в двух блоках, два 5-ваттных УВЧ-передатчика и диплексеры, логические модули для научных приборов, два командных приемника, декодеры, буфер/усилитель, три преобразователя, телебит, командный блок и большая часть научных приборов. Две дипольные УВЧ-антенны выступали из верхней части сферы по обе стороны от сопла тормозного ракетного двигателя. Из нижней части сферы выступали две дипольные УВЧ-антенны и длинная ВЧ-антенна. Для обеспечения теплового контроля планировалось использовать большое количество небольших устройств, напоминающих "лопасти пропеллера", на поверхности сферы. Сами лопасти были изготовлены из отражающего материала и состояли из четырех пластин, плотно прилегающих к поверхности и перекрывающих нанесенный на сферу черный теплопоглощающий рисунок. К лопастям была прикреплена теплочувствительная катушка таким образом, что при низкой температуре внутри спутника катушка сжималась и поворачивала лопасти, открывая теплопоглощающую поверхность, а при высокой температуре лопасти закрывали черный рисунок. Квадратные радиаторы также были установлены на поверхности сферы для отвода тепла из внутреннего пространства.

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. This space engine was designed and built under contract with NASA by the Space Technology Laboratories (STL) of TRW. 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 that 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.

Бортовое оборудование

Научные приборы включали в себя ионную камеру и счетчик Гейгера-Мюллера для измерения общего потока радиации, пропорциональный счетчик-телескоп для измерения высокоэнергетической радиации, сцинтилляционный счетчик для контроля низкоэнергетической радиации, приемник ВLF для приема естественных радиоволн, транспондер для изучения плотности электронов, а также часть телевизионной факсимильной системы и магнитометры с поточными вентилями и поисковыми катушками, установленные на платформе приборов. Телевизионная камера была направлена через небольшое отверстие в сфере между двумя креплениями солнечных панелей. Детектор микрометеоритов также был установлен на сфере. Общая масса научного оборудования, включая электронику и систему питания, составляла 55 кг.