- Разработка планов создания аппаратов Pioneer началась в конце 1957 г.—начале 1958 г. Работы по программе проводились под руководством NASA (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства). Планами предусматривалось изучение Луны и окололунного пространства с пролетной траектории и с селеноцентрической орбиты, межпланетного пространства, отработка бортовых систем. Этапы выполнения программы Pioneer приводятся ниже.
2. Экспериментальный космический аппарат
(1—5, 7)*
Рис. 1. Экспериментальный
космический аппарат.
- Запускам космических аппаратов Pioneer предшествовал запуск экспериментального космического аппарата, который специального названия не получил, но имел обозначение Project Able 1. Основная цель запуска—доставка в район Луны космического аппарата и получение телевизионных изображений обратной стороны Луны. Аппарат предназначался так же для измерения космической радиации и напряженности магнитного поля Земли и в пространстве между Землей и Луной, обнаружения магнитного поля Луны и регистрации микрометеорных частиц. Запуск аппарата (рис. 1) произведен 17 августа 1958 г. со стартового комплекса м. Канаверал (с 1963 г.—м. Кеннеди), входящего в состав Атлантического ракетного испытательного полигона (с 1963 г.—Восточный испытательный полигон) ракетой-носителем Thor-Able. Через 77 сек после старта из-за неисправности I ступени ракета-носитель взорвалась на высоте 16 км.
- Суммарный вес аппарата — 37,9 кГ, в т. ч. корпуса с тормозным РДТТ—20 кГ, бортового оборудования—17,9 кГ. Аппарат имеет форму двух усеченных конусов, сложенных большими основаниями с цилиндрической проставкой между ними. Высота аппарата — 76,2 см, диаметр большего основания — 73,6 см. Корпус изготовлен из стекловолокна. Система связи включает две штыревые антенны и два передатчика с рабочей частотой 108,06 Мгц и 108,09 Мгц и мощностью 300 мвт и 1 вт, соответственно; второй передатчик имеет пиковую мощность на выходе 50 вт. Первый передатчик предназначен для передачи телеметрических данных, второй — телевизионных изображений обратной стороны Луны. Система энергопитания — на химических батареях.
- Ионизационная камера предназначена для измерения суммарной космической радиации в диапазоне 0,5-106 рентген/час. Камера представляет собой цилиндрический алюминиевый сосуд объемом 43 см3, заполненный чистым аргоном под давлением 13,6 атм при температуре 20° С. Камера всенаправленного действия, разработана Университетом штата Айова и Лабораторией космической техники. Магнитометры (3 шт.) предназначены для измерения напряженности магнитного поля Земли и в пространстве между Землей и Луной, а также обнаружения магнитного поля Луны. Рассчитаны на измерение напряженности в диапазоне 10-5-2·10-2 э. Разработаны Лабораторией космической техники. Детектор микрометеорных частиц предназначен для регистрации микрометеорных частиц. Имеет два пороговых уровня чувствительностью 1,5х10-4 гсм/сек и 0,5х10-2 гсм/сек и площадь чувствительной поверхности 0,038 м2. Разработан Кембриджской научно-исследовательской лабораторией ВВС. Сканирующая телевизионная установка предназначена для получения телевизионных изображений обратной стороны Луны. Разработана Испытательной станцией Управления вооружения ВВС.
- Головная организация по разработке аппарата — Лаборатория космической техники при участии Управления перспективного планирования научно-исследовательских работ Министерства обороны.
3. Космический аппарат Pioneer I
(1—5, 7)
- Цель запуска и назначение—как у экспериментального аппарата. Программа исследований предусматривала решение задач в рамках МГГ. Запуск аппарата произведен 11 октября 1958 г. с м. Канаверал ракетой-носителем Thor-Able. Расчетная скорость не была обеспечена, аппарат не вышел на траекторию полета к Луне и 12 октября упал в южной части Тихого океана. Максимальное удаление от Земли— 113 830 км. После отделения от ракеты-носителя аппарат получил обозначение по международной системе 1958η. Конструкция, состав служебного оборудовании и научной аппаратуры—как у экспериментального аппарата. Вес аппарата — 34,2 кГ.
- Основные организации-разработчики те же, что и у экспериментального аппарата, программа исследований разработана ВВС США и Лабораторией космической техники.
4. Космический аппарат Pioneer II
(1—5, 7)
- Цель запуска и назначение—как у экспериментального аппарата, программа исследований предусматривала решение задач в рамках МГГ. Запуск аппарата произведен 8 ноября 1958 г. с м. Канаверал ракетой-носителем Thor-Able. В результате неисправности III ступени ракеты-носителя (не включилась двигательная установка) аппарат не вышел на траекторию полета к Луне, вернулся в атмосферу и 8 ноября упал в Атлантический океан недалеко от Африки. Максимальное удаление от Земли — 1550 км.
Конструкция, состав служебного оборудования и научной аппаратуры—как у экспериментального аппарата, за исключением сканирующей телевизионной установки, разработанной Лабораторией космической техники; в состав научной аппаратуры дополнительно включен пропорциональный счетчик. Суммарный вес аппарата—39,2 кГ, в т. ч. бортового оборудования—16,0 кГ. Основные организации-разработчики аппарата, за исключением телевизионной установки, те же, что и у экспериментального аппарата.
5. Космический аппарат Pioneer III
(8, 10)
Рис. 2. Космический
аппарат Pioneer III
(на подставке)
- Основная цель запуска—доставка аппарата на Луну.(попадание в область радиусом 20 тыс. км. вокруг Луны-Хл.) Аппарат предназначался также для изучения радиации во внешней зоне радиационного пояса. Запуск аппарата (рис. 2) произведен 6 декабря 1958 г. с м. Канаверал. Ракета-носитель Juno II не обеспечила расчетную скорость, аппарат не вышел на траекторию полета к Луне. 7 декабря вернулся в атмосферу и сгорел. Максимальное удаление от Земли 102 320 км. После отделения от ракеты-носителя аппарат получил обозначение по международной системе 1958θ.
- Суммарный вес аппарата — 5,9 кГ. Аппарат имеет форму конуса высотой 58,4 см и диаметром основания 25 см. Корпус изготовлен из стекловолокна и покрыт золотой пленкой.
- Система связи включает (10) передатчик мощностью 180 мвт и рабочей частотой 960,05 Мгц. Антенной служит позолоченный корпус аппарата. Система энергопитания — на химических батареях.
- В состав научной аппаратуры входят 2 счетчика Гейгера-Мюллера различных типов для измерения радиации во внутренней зоне радиационного пояса. Счетчики предназначены для измерения интенсивности и протяженности поясов радиации и регистрации электронов, протонов, рентгеновских и гамма-лучей. Счетчиком первого типа служит трубка Гейгера—Мюллера типа Anton 302 со средней защитой 1,0 г/см2 на более, чем 80% поверхности трубки, при минимальной защите 0,67 г/см2. Счетчик второго типа предназначен для разрешения неоднозначных измерений, получаемых при измерениях счетчиком первого типа. Им служит трубка Гейгера—Мюллера типа Anton 213 с защитой приблизительно такой же, как у счетчика первого типа. Оба счетчика разработаны Университетом штата Айова.
- Головная организация по разработке аппарата—Лаборатория реактивного движения, программа научных исследований разработана NASA.
6. Космический аппарат Pioneer IV
(8, 10)
- Цель запуска и назначение—как у аппарата Pioneer III. Запуск аппарата произведен 3 марта 1959 г. с м. Канаверал ракетой-носителем Juno II. После выхода на траекторию полета к Луне аппарат получил обозначение по международной системе 1959 ν. 4 марта аппарат достиг района Луны и прошел от нее на расстоянии 60 050 км (расчетное значение-32 000 км). Из-за отклонения от зоны пролета не включился фотоэлектрический датчик спускового механизма устройства фотографирования Луны, и оно не было испытано. Связь с аппаратом поддерживалась в течение 82 час. до расстояния 655 300 км от Земли. При дальнейшем движении аппарат вышел на гелиоцентрическую орбиту с перигельным расстоянием 147,1 млн. км, афелийным расстоянием 173,6 млн. км, наклолением к плоскости эклиптики 0,127° и периодом обращения 406,9 сут. Время существования аппарата — неограниченное. В результате исследований получены данные о космической радиации.
- Конструкция, состав слубежного оборудования и научной аппаратуры—как у аппарата Pioneer III, с некоторыми изменениями. Счетчик второго типа снабжен дополнительной защитой: цилиндром из свинца с закрытым сверху дном, закрывающим счетчик сверху, и внутренним цилиндром из нержавеющей стали. Свинцовый цилиндр обеспечил защиту 4,0 г/см2, цилиндр из нержавеющей стали—0,6 г/см2. Вес аппарата— 6,1 кГ.
- Основные организации-разработчики аппарата те же, что и для аппарата Pioneer
III.
7. Космический аппарат Pioneer V
(Atlas-Able 4) (1—5, 7)
- Основная цель запуска—вывод аппарата на селеноцентрическую орбиту. Аппарат предназначался для исследования окололунного пространства, получения телевизионных изображений Луны, изучения космических лучей, измерения напряженности магнитного поля Земли и в пространстве между Землей и Луной, обнаружения магнитного поля Луны, регистрации микрометеорных частиц, изучения проблем радиосвязи на больших расстояниях.
- Запуск аппарата Pioneer V (рис 3) произведен 26 ноября 1959 г. с м. Канаверал ракетой-носителем Atlas-Able с РДТТ ABL-248 в качестве III ступени. На 45-й сек. преждевременно отделился носовой обтекатель, прикрывавший аппарат, и под воздействием аэродинамических сил III ступень с аппаратом оторвалась от ракеты-носителя и упала в Атлантический океан около Африки. Причина отделения обтекателя — сохранение в пространстве под обтекателем давления 1 атм. Для устранения этого явления при последующих запусках аппаратов Pioneer VI в обтекателе просверливалось отверстие.
- Состав служебного оборудования—как у аппарата Pioneer VI (см. ниже). Одно из различий—применение двух передатчиков мощностью 5 и 150 вт и оборудования, связанного с телевизионным устройством. Вес аппарата—169 кГ.
Рис. 3. Космический аппарат Pioneer V.
- В состав научной аппаратуры входят телевизионное устройство, детекторы космических лучей, магнитометры, детекторы метеорных частиц.
- Головная организация по разработке аппарата и научной аппаратуры—Лаборатория космической техники, программа исследований разработана NASA и Управлением баллистических ракет ВВС. Стоимость создания и запуска аппарата Pioneer V—14 млн. долл. Такое же название имел и аппарат, запущенный успешно 11 марта 1960 г. и предназначенный для исследования не Луны, а межпланетного пространства между орбитами Земли и Венеры.
8. Космический аппарат Pioneer VI (Atlas-Able 5A)
(1—7)
- Основная цель запуска—вывод аппарата на селеноцентрическую орбиту. Аппарат предназначался для исследования: окололунного пространства, измерений космической радиации, радиации в радиационном поясе Земли, напряженности магнитного поля Земли и в пространстве между Землей и Луной, обнаружения магнитного поля Луны, изучения солнечной плазмы, определения связи космической радиации и явлений в радиационном поясе Земли с солнечной активностью, регистрации метеорных частиц, измерения температуры поверхности аппарата. Запуск аппарата (рис. 4) произведен 25 сентября 1960 г. с. м. Канаверал ракетой-носителем Atlas-Able с РДТТ ABL-248 в качестве III ступени. До момента выключения двигателя II ступени полет проходил по траектории, близкой к расчетной. Для вывода аппарата на селеноцентрическую орбиту с высотой периселения 6100 км. и апоселения 9150 км предусматривалось проведение 5 коррекций траектории: 1 коррекция—не позже чем через 60 сек после выключения двигателя III ступени с приращением скорости 0,44 км/сек, еще 3 коррекции с приращением скорости и последняя, 5-я коррекция с уменьшением скорости на 0,9 км/сек и доведением ее до 1,33 км/сек, через 60,5 час. после старта. Однако двигатель II ступени проработал меньше расчетного времени и не обеспечил требуемой скорости, аппарат не вышел на траекторию полета к Луне и 25 сентября упал в Африке.
Рис. 4. Космический аппарат Pioneer
VI.
- Суммарный вес аппарата—176 кГ. Корпус шаровой формы диаметром 99 см изготовлен из алюминиевого сплава (9). Корректирующая двигательная установка (9) предназначена для коррекции траектории и перевода аппарата на селеноцентрическую орбиту. Вес установки—26 кГ. Двигательная установка двухкамерная, первая камера расположена в передней части аппарата с соплом, обращенным по направлению полета, вторая—с противоположной стороны с соплом против полета. Камеры расположены по оси вращения аппарата, сопла длиной по 20 см выступают за корпус. Топливом служит гидразин (вес 80 кГ), хранящийся в сферическом баке при начальном давлении 28,5 кГ/см2. Для воспламенения в камеры двигательной установки подается четырехокись азота, образующая с гидразином самовоспламеняющуюся смесь; четырехокись азота хранится в 6 бачках объемом по 8 см3, катализатором служит окись аммония. Система подачи топлива — вытеснительная с помощью сжатого азота, хранящегося в двух сферических баллонах при давлении 140 кГ/см2. По мере расходования азота давление в баллонах понижается и в устройство, определяющее длительность импульса при коррекции, автоматически вводится соответствующая поправка. Для подачи топлива в условиях невесомости аппарату придается с помощью 10 микроракетных двигателей вращение вокруг продольной оси, а горловины заборных трубопроводов расположены по «экватору» бака. К первой камере топливо подается по 2 трубопроводам, ко второй — по 4. Камеры имеют тягу от 7,3 до 11,3 кГ в зависимости от давления наддува бака с гидразином. Продолжительность импульса определяется потребной величиной коррекции, максимальный суммарный импульс в направлении полета—3400 кГ/сек, против полета—12 200 кГ/сек. Удельная тяга каждой камеры 230 сек.Степень расширения сопел—50. Установка разработана Лабораторией космической техники.
- Система связи включает 2 передатчика мощностью по 1,5 вт с рабочей частотой 378,2 Мгц, 2 приемника и 4 алюминиевые дипольные антенны. В системе терморегулирования (9) использованы активные и пассивные средства. В нескольких местах снаружи корпуса нанесено темное покрытие, прикрываемое четырехлопастными створами белого цвета. При понижении температуры внутри корпуса до минимально допустимого уровня, темные участки открываются и поглощают тепло, при повышении температуры до максимально допустимой эти участки прикрываются лопастями и тепло излучается в пространство.
- Система энергопитания имеет химические никель-кадмиевые батареи и солнечные элементы (1800 шт), расположенные на 4-х панелях.
- Телескопы тройных совпадений (2 шт.) предназначены для изучения космической радиации высокой и низкой энергий в межпланетном пространстве, именно — определения типа и энергии космических частиц (протонов, электронов, альфа-частиц и более тяжелых частиц), изучения рентгеновских лучей и тормозного излучения. Каждый
телескоп состоит из 7 пропорциональных счетчиков в виде пакета трубок—6 трубок расположены по кольцу вокруг седьмой, центральной трубки; оба телескопа имеют свинцовую защиту 5 Г/см2 вокруг пакета счетчиков. Телескоп для частиц высокой энергии имеет счетчики из меди диаметром 12,6 мм, длиной 76,2 мм и толщиной стенок 0,71 мм; этим телескопом предполагалось регистрировать протоны с энергией E≥75 Мэв, электроны с энергией E≥ 13 Мэв и (центральным счетчиком) тормозное излучение с энергией E≥200 кэв. Телескоп для частиц низкой энергии имеет счетчики из стали с толщиной стенок 2,0 ±0,1 мм и свинцовой защитой на половине длины счетчиков; этим телескопом предполагалось регистрировать протоны с энергией E≥10 Мэв и электроны с энергией E≥0,5 Мэв. Поле зрения телескопов более 180°, их общий вес—4,1 кГ, энергопотребление—0,5 вт. Телескопы разработаны Университетом г. Чикаго.
- Ионизационная камера интегрирующего типа, объединенная со счетчиком Гейгера, предназначена для изучения космической радиации. Камера разработана Калифорнийским технологическим институтом и Лабораторией реактивного движения и подобна камере, установленной на аппарате Ranger I, галогенный счетчик Гейгера с трубкой типа Anton 302, разработанный Университетом штата Айова, аналогичен счетчику, устанавливавшемуся на аппарате Pioneer IV. Объединенная аппаратура разработана Университетом штата Миннесота. Ионизационная камера предназначена для изучения радиации в космическом пространстве вне атмосферы Земли. Предполагалась регистрация протонов с энергией E≥10 Мэв, альфа-частиц с энергией E>40 Мэв и электронов с энергией E>0,5 Мэв. Точность измерений ±(0,5-1)%. Камера всенаправленного действия. Энергопотребление—4— 10 мвт. Описание счетчика Гейгера приведено выше для аппарата Pioneer IV. Магнитометр такой же, как на экспериментальном аппарате.
- Аппаратура для изучения космических лучей, разработанная Центром космических полетов им. Годдарда, предназначена для изучения природы космических лучей, их вариаций вне магнитного поля Земли, связи солнечной активности с интенсивностью космических лучей, механизма 11-летнего цикла солнечной активности. В таблице 1 приведены характеристики аппаратуры.
№ п/п | Наименование прибора | Назначение | Энергия частиц, Мэв | Вес прибора, кГ | Размер
прибора,
мм | Энерго-
потреблен., вт |
1 | Двойной сцинтилляционный телескоп (состоит из двух детекторов, один из которых—сцинтилляционный счетчик). | Измерение полного потока космических лучей | | 0,765 | 508 x 635 | 1,25 |
Измерение потока протонов | 70—750 |
Измерение потока
а—частиц низкой энергии | |
Измерение потока быстрых протонов | >700 |
2 | Кристаллический детектор
(CsJ) | Измерение энергетического спектра протонов и электронов | 0,1—20 | 0,615 | 106,6 x 63,5 | 0,2 |
Регистрация гамма—лучей низкой энергии солнечного происхождения | |
3 | Телескоп Гейгера—Мюллера | | | 0,400 | 127 x 63,5 | 0,3 |
защищённый счётчик | Измерение энергии потока протонов | 75 |
Измерение энергии потока электронов | 8 |
счетчик совпадений | Измерение энергии потока космических лучей | 75 |
-
Chester М. Rockets and spacecraft of the world. New Jork, Norton,
1964, 206 p p, 1966, 6.62.2*
-
Cortringht Е.М Automated spacecraft of the United States «Proc. 5th Internal Sympos. Space Technol. and Sci., Tokyo, 1963», Tokyo,. AGNE Corp , 1964, 9—24 1966, 12.62.53
-
Gattland K. N. Spacecraft and boosters, London, Iliffe, 1964, 264 p. p.
-
Нaviland R. P. Handbook of Satellites and space Vehicles. S. I. van Nostrand Co , 1965, XYI, 457
p. p.
-
Le Galley Donald P. Introduction-programs for the conquest of space «Space Phvs » New Jork—London—Sydney, John Wiley and sons. Inc.. 1964, 1—42 1965, 7.62.128.
-
Lunar satellite. «Aeroplane and Astronaut.», 1960, 99, № 2560, 638—639.
-
Nicks 0 W. Space-sciences-lunar and planetary exploration. «Proc. Conf Space—Age Plann, 3rd Nat. Conf. Peaceful Uses Space, Chicago, 1963.», Washington, D. С, NASA, 1963, 27-36. 1965, 10.62.102
-
Pickering W.H. History of the Juno cluster system. «Astronaut. Engng and Sci», New York—Toronto—London, McGraw—Hill Book Go., Inc. 1963,203—214. 1965,7.62.69
-
Pioneer VI designed for Moon orbit. «Aviat. Week and Space Technol.-», 1960, 73, № 11, 56—57, 59. 1962, 1.51.670
-
ShukIa S. Problems of space communication. «Univ. Roorkee Res. J.», 1965, 8, № 3—4, Part. 4, 1—8.