Рейнджер-3: неудачная лунная миссия NASA 1962 года.

Введение

1962 год, роботизированная лунная миссия НАСА; неисправность

"Рейнджер-3" — космическая миссия, осуществленная НАСА для изучения Луны. Роботический космический аппарат "Рейнджер-3" был запущен 26 января 1962 года в рамках программы "Рейнджер". Из-за серии неисправностей аппарат пролетел мимо Луны и вышел на гелиоцентрическую орбиту. Космический зонд "Рейнджер-3" был разработан для передачи изображений лунной поверхности в течение 10 минут полета непосредственно перед столкновением с Луной, для жесткой посадки капсулы с сейсмометром на Луну, для сбора данных о гамма-излучении в полете, для изучения радиолокационной отражающей способности лунной поверхности и для продолжения испытаний в рамках программы "Рейнджер" с целью разработки лунных и межпланетных космических аппаратов.

Конструкция космических аппаратов

Рейнджер-3 был первым аппаратом в серии Block II. Основной модуль имел высоту 3,1 м и состоял из лунной капсулы, покрытой амортизатором из бальзы диаметром 635 мм (25 дюймов), монодвигателя для коррекции траектории, ретроракеты с тягой 5080 фунтов силы (22,6 кН) и шестигранного основания, покрытого золотом и хромом, диаметром 1,5 м. К основанию была прикреплена большая высокоусиливающая антенна. Два разворачиваемых солнечных крыла (шириной 5,2 м) были прикреплены к основанию и раскрыты в начале полета. Энергия вырабатывалась 8680 солнечными элементами, расположенными на солнечных панелях, которые заряжали аккумулятор AgZn емкостью 1 кВт·ч и весом 11,5 кг, предназначенный для запуска и резервного питания. Управление космическим аппаратом осуществлялось твердотельным компьютером и секвенсером, а также системой команд, управляемой с Земли. Ориентация в пространстве обеспечивалась датчиками Солнца и Земли, гироскопами и реактивными струями тангажа и крена. Система телеметрии на борту аппарата включала два передатчика частотой 960 МГц – один мощностью 3 Вт, другой – 50 мВт, высокоусиливающую антенну и всенаправленную антенну. Тепловой контроль обеспечивался белой краской, золотым и хромированным покрытием, а также серебристой пластиковой оболочкой, покрывающей ретроракету. Инвертированные командные сигналы приводили к отклонению аппарата от правильного курса и потере захвата Земли телеметрической антенной, что делало невозможной коррекцию траектории в середине полета. В конечном итоге, ложный сигнал во время завершающего маневра помешал передаче полезных изображений. 28 января Рейнджер-3 пролетел мимо Луны на расстоянии около 36 800 км и вышел на гелиоцентрическую орбиту. В ходе полета были получены некоторые полезные инженерные данные.

Подготовка к запуску

Подготовка к Ranger 3 была осложнена проблемами с блоком Agena B, который не функционировал должным образом на Ranger 1 и Ranger 2. Agena B в основном находился в ведении ВВС США, которые планировали использовать его для военных полезных нагрузок, и NASA первоначально предполагало, что он начнет совершать полеты в конце 1960 или начале 1961 года, к этому времени любые проблемы с разработкой блока могли быть устранены. Однако, запуск Agena B в эксплуатацию занял больше времени, чем ожидалось, а его характеристики оказались несколько ниже прогнозируемых, что вынудило отменить некоторые из запланированных экспериментов на аппаратах Ranger Block II. В то время как Thor Agena B начал совершать полеты в октябре 1960 года, Atlas Agena B совершил свой первый полет только в июле 1961 года, что означало, что Ranger 1 стал лишь вторым полетом данной комбинации ракеты-носителя. Эта задержка объяснялась тем, что программы ВВС, такие как MIDAS, требовали значительно больше времени на разработку, чем Ranger. Кроме того, к концу 1961 года Agena B дала сбой не менее семи раз (два запуска Ranger и пять запусков Thor Agena). Генерал-майор Осмонд Дж. Ритланд, командующий подразделением космических систем ВВС в Инглвуде, Калифорния, заверил NASA, что все проблемы с Agena будут устранены, и поскольку они также затрагивали программы Министерства обороны, к этому вопросу относились "с полной серьезностью". Среди прочих изменений планировался тщательный пересмотр всего полевого оборудования и процедур Lockheed. Кроме того, будут предприняты усилия для обеспечения идентичности процедур предстартовой проверки на Agena ВВС США и NASA и устранения любых различий между ними. В середине декабря 1961 года Atlas 121D и Agena 6003 прибыли на мыс Канаверал и были установлены на стартовой площадке LC 12. 18 января 1962 года Ranger 3 был установлен на ракету-носитель, но на следующий день попытка заправки Atlas провалилась из-за обнаружения трещины в промежуточной переборке, разделяющей баки LOX и RP 1. Это означало, что ракету-носитель придется снять со стартовой площадки для ремонта, что отложит запуск на целый месяц. Однако, представители ВВС и компании Convair предложили новаторское решение – провести ремонт прямо на LC 12. Двигатель Atlas был снят и опущен в приямок пламеотвода, а затем были установлены деревянные леса, чтобы техники могли подняться в бак RP 1, снять поврежденную промежуточную переборку и заменить ее. К 26 января ремонт был завершен.

Preparation for Ranger 3 was complicated by developmental issues with the Agena B stage, which had failed to operate correctly on Rangers 1 2. Agena was primarily the domain of the U. S. Air Force, who intended to use it for military payloads, and NASA had originally assumed it would begin flying in late 1960 or early 1961 by which time any developmental issues with the stage could be weeded out. However, Agena B ended up taking longer to put into service than originally anticipated and its performance also turned out to be somewhat less than expected, which forced some of the planned experiments on the Block II Rangers to be cancelled. While the Thor Agena B had begun flying in October 1960, the Atlas Agena B did not make its maiden voyage until July 1961, meaning that Ranger 1 was only the second time this launch vehicle combination been flown. This delay was explained by the fact that Air Force programs such as MIDAS were taking much longer to develop than Ranger. In addition, as 1961 ended, Agena Bs had malfunctioned no less than seven times (the two Ranger launches and five Thor Agena launches). Major General Osmond J. Ritland, Commander of the Air Force Space Systems Division in Inglewood, California, promised NASA that all problems with Agena would be corrected and, because they also affected DoD programs, the issue was being taken "quite seriously". Among other changes made would be a thorough review of all Lockheed field operating equipment and procedures. In addition, an effort would be made to ensure that checkout procedures on U. S. Air Force and NASA Agenas were identical and any differences in them eliminated. In mid December 1961, Atlas 121D and Agena 6003 arrived at Cape Canaveral and were erected on LC 12. On January 18, 1962, Ranger 3 was stacked atop the booster, but the following day attempted fueling of the Atlas went awry when a tear was found in the intermediate bulkhead separating the LOX and RP 1 tanks. This would mean that the launch vehicle would have to be taken down from the pad for repairs, delaying the launch an entire month. However, Air Force and Convair officials instead suggested the novel solution of doing the repairs right there on LC 12. The Atlas's sustainer engine was removed and lowered into the flame deflector pit and wooden scaffolding installed so that technicians could go up into the RP 1 tank, remove the damaged intermediate bulkhead, and replace it. By January 26, repairs were completed.

Неисправности оборудования и ошибки траектории

Полёт состоялся в 15:30 по восточному времени 26 января, за час и 15 минут до закрытия окна запуска, после чего Ranger 3 не мог быть запущен ещё в течение месяца. На 49-й секунде полёта пульсовый маяк системы наведения Atlas вышел из строя, что помешало передаче каких-либо команд управления или отключения двигателей на оставшееся время полёта. Резервные команды от программиста ракеты были использованы для отделения ускорителей и Агены, но без программы наведения было невозможно выполнить необходимые корректирующие манёвры для вывода Atlas на правильную траекторию. Второй останов двигателя произошёл из-за исчерпания топлива, а не по команде, что привело к ускорению Агены и зонда выше и быстрее запланированного. Ещё хуже, оборудование на станции слежения во Флориде дало сбой и зафиксировало орбитальные параметры Ranger 3 с опозданием на 5 минут. Тем временем, Агена повторно запустилась и вывела зонд на траекторию, уходящую с орбиты Земли, но другая ошибка в программе наведения привела к очередной ошибке траектории. В результате, космический аппарат достиг Луны на 14 часов раньше и 28 января пролетел мимо Луны на расстоянии 36 793 километров (22 862 мили). Ошибки траектории исключили возможность столкновения с Луной, но Ranger 3 всё ещё мог быть использован для исследований дальнего космоса. Поэтому диспетчеры полётов отдали команду развернуть камеру, и 28 января была загружена исправленная компьютерная программа. Однако, в середине загрузки, мощность сигнала зонда начала ослабевать, и бортовая компьютерная система полностью вышла из строя. Без работающего компьютера космический аппарат не мог удерживать высокочастотную антенну, направленной на Землю, что затрудняло связь с наземными службами управления.

Провал миссии, исчерпание топлива и отмена

Телевизионная камера действительно передавала изображения, но поскольку антенна была теперь направлена от Земли, полученные изображения были крайне слабыми и зашумленными. Было видно перекрестия на объективе камеры, подсвеченные отраженным солнечным светом от корпуса зонда, но Луны не было видно. С выведенным из строя компьютером, «Рейнджер-3» полностью перестал реагировать на команды с Земли, а датчики ориентации по Земле и Солнцу стали бесполезными. Гироскопы продолжали маневрировать зондом, и наземные операторы на мгновение восстановили захват сигнала антенны, но без стабильной системы управления ориентацией они не могли зафиксировать её положение. Поскольку они не знали о неисправности компьютера, они продолжали безуспешно отправлять команды на «Рейнджер-3». Эпизодическое сопровождение зонда продолжалось до 31 января, когда двигатели управления ориентацией исчерпали запас топлива, после чего миссия была официально прекращена.