Лунные зонды США

PIONEER

Было проведено восемь запусков аппаратов, носивших название Pioneer, в сторону Луны. Несмотря на общее название этих аппаратов, они весьма отличались друг от друга. По конструкции они четко делятся на три группы:

Первая группа состояла из трех аппаратов Pioneer, называемых также Pioneer-Able, Thor-Able или просто Able. Такое название аппараты получили по названию ракеты-носителя Thor-Able 1, предназначенной для их запуска. Разработаны аппараты были в Лаборатории космической техники (Space Technology Laboratories) при Управлении баллистических ракет ВВС США (Air Force Ballistic Missile Division).

Аппараты этой серии были разработаны для выхода на орбиту вокруг Луны. На борту КА помимо прочей аппаратуры была установлена телекамера, для проведения первой в мире телевизионной съемки лунной поверхности. В соответствии с планом полёта через два с половиной дня после старта при подлёте к Луне с помощью тормозного двигателя TX-8-6 аппарат должен был затормозиться и перейти на орбиту Луны высотой 29 км, на которой должен был проработать от одной до двух недель. Задачи полёта включали изучение магнитных полей, космических лучей, радиационной и микрометеоритной обстановки в околоземном пространстве и на лунной орбите. Кроме того, на борту КА стояла апаратура для телевизионной съемки лунной поверхности (ИК-изображение).

Конструктивно аппараты представляли собой цилиндр с усеченными конусами на обоих торцах. Цилиндр имел диаметр 73,7 см и длину от края одного конуса до другого - 48 см. Прямо по оси космического аппарата со стороны меньшего конуса был установлен основной твердотопливный двигатель (ТТД) весом 11 кг для торможения КА при выходе на орбиту Луны. С обратной стороны КА были установлены 8 маленьких ТТД для коррекции траектории, которые сбрасывались после использования. На том же конусе была смонтирована рамочная антенна. Корпус КА был выполнен из слоистой пластмассы (laminated plastic) окрашенной темными и светлыми полосами для регулировки температуры во время полёта. Масса КА после отделения от верхней ступени РН составляла от 34,3 кг до 39,2 кг. После срабатывания ТТД вес станции уменьшался на 11 кг.

В состав научной апаратуры всех трех КА входили терморезисторы для мониторинга температуры в корпусе КА. Электропитание аппарата включало никель-кадмиевую батарею для зажигания ТТД, оксидно-серебряный аккумулятор для запитки телевизионной системы и ртутные батареи для всех цепей КА. Радиопередатчик КА работал на частоте 108.06 MHz, телеметрическая информация передавалась через дипольную, а телевизионная информация передавалась через рамочную антенну. Команды управления с Земли принимались на электрическую дипольную антенну на частоте 115 MHz. Аппарат стабилизировался вращением на 1.8 об/мин, направление вращения было перпендикулярно траектории полёта.

Первый аппарат, оставшийся без номера (иногда его называют Pioneer-0), был запущен 17 августа 1958 года в 12:18 (здесь и далее время указано в UTC). Через 73,6 с после старта, на высоте 16 км, произошел взрыв первой ступени Thor ракеты-носителя. Телеметрическая информация с КА и верхней ступени РН поступала до 123 секунды полета, траекторные измерения проводились до момента падения верхней степени в океан. Научное оборудование станции весило 11,3 кг, и включало в себя сканирующую телевизионную установку для получения телевизионных изображений обратной стороны Луны, связку из диафрагмы и микрофона для обнаружения микрометеоритов, и трех магнетометров для измерения напряженности магнитного поля Земли и в пространстве между Землей и Луной, а также обнаружения магнитного поля Луны.

Второй аппарат, получивший название Pioneer-1, был запущен 11 октября 1958 года в 08:42:13. Из-за ошибки в программном обеспечении третьей ступени ракеты-носителя, которая привела к отклонению траектории на 6°, аппарат вышел только на баллистическую траекторию. Попытки вывести зонд на высотную околоземныу орбиту, используя тормозной РДТТ не удались, так как двигатель запустить не удалось. Максимальное удаление от Земли составило 113 800 км. Во время полёта, который продолжался менее двух дней, с аппарата велся прием телеметрической информации, передача которой прекратилась через 43 ч после запуска, когда 13 октября в 03:46 аппарат вошел в плотные слои атмосферы над южной частью Тихого океана (влизи берегов Перу). Состав научного оборудования КА был аналогичен оборудованию КА Pioneer-0.

Несмотря на неудачу с выполнением основой задачи полёта, специалистам все же удалось получить некоторые научные данные. Были выполнены исследования радиационных поясов и магнитного поля Земли и межпланетного пространства, впервые были проведены измерения плотности микрометеоритов.

Третий аппарат в этой серии, получивший название Pioneer-2, был немного тяжелее своих предшественников. Его вес до срабатывания ТТД составлял 39,5 кг. Аппарат был запущен 8 ноября 1958 года, однако из-за того, что двигатели третьей ступени ракеты-носителя не включились, аппарат не смог набрать заданную скорость, и апогей его орбиты составил всего 1548 км. За время короткого полёта, завершившегося в тот же день в атмосфере над Центральной Африкой, удалось получить получить доказательство того, что экваториальная область вокруг Земли имеет большую высоту и более высокую радиационную плотность, чем предполагалось принятыми в то время теориями. Удалось также замерить уровень микрометеоритной обстановки вокруг Земли. Научное оборудование станции весило 15,6 кг. Дополнительно на аппарате были установлены пропорциональный счетчик для измерения радиационных параметров и ионизационная камера для измерения суммарной космической радиации.

Вторая группа состояла из двух аппаратов, в задачи которых входило изучение Луны с пролетной траектории и выход на гелиоцентрическую орбиту. Аппараты были разработаны в Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL - Jet Propulsion Laboratory).

Для аппаратов была выбрана форма конуса высотой 58 см и диаметром основания 25 см. Вес КА составлял от 5,8 до 6,1 кг. Корпус КА был выполнен из стеклопластика, покрытого тонким слоем золота для обеспечения его электропроводности, и раскрашен белыми полосами, что позволяло поддерживать температуру КА в пределах между 10° и 50°С. Для обеспечения электропитания КА в основании конуса было установлено кольцо из ртутных аккумуляторов. В носовой части аппарата была расположена активная часть антенны. На внешней части основания находился фотоэлектрический датчик, состоящий из двух сенсоров, которые должны были сработать от лунного света при приближении к Луне на расстояние около 30 000 км. На вершине конуса были установлены источник питания и два счетчика Гейгера-Мюллера для исследования радиационной обстановки вблизи Луны. Передатчик весом 0,5 кг и мощностью 0,1 Вт работал на частоте 960.05 MHz, используя фазомодулированный сигнал. Механизм стабилизации вращения состоял из двух противовесов массой 7 грамм, размещавшихся на конце двух нитей длиной 150 см. Развертывание системы стабилизации (выпуск нитей) происходило по команде от гидравлического таймера через 10 часов после запуска. С их помощью вращение аппарата предполагалось уменьшить с 400 до 6 об/мин.

Первый аппарат, названный Pioneer-3, был запущен 6 декабря 1958 года. Из-за отключения первой ступени РН Juno II на 3,7 с раньше запланированного, КА не смог набрать вторую космическую скорость, хотя верхние ступени сработали штатно. В результате он не вышел на гелиоцентрическую орбиту и, достигнув высоты 102 360 км, начал падать обратно на Землю. 7 декабря примерно в 19:51 станция сгорела в атмосфере над Алжиром. Несмотря на то, что выполнить главную цель полёта не удалось, с помощью аппарата удалось выполнить исследования пояса Ван-Алена и получить данные о том, что он состоит, по крайней мере, из двух слоев. Была также протестирована система дальней космической связи, проверена работоспособность лунных датчиков и различных других систем КА. Телеметрическая информация с аппарата принималась в течении 25 часов, так как в остальное время аппарат находился вне зоны действия наземных станций. В течении всего полёта температура внутри КА оставалась на уровне около 43°C.

Второй аппарат, запущенный 3 марта 1959 года и получивший Pioneer-4, стал первым американским искусственным спутником Солнца. Из-за отклонения траектории полёта 4 марта в 22:25 он прошел на расстоянии около 60 тыс. км от лунной поверхности (вместо планировавшихся 32 тыс.). Его скорость при этом составляла 7,23 км/ч. Из-за того, что расстояние от Луны оказалось больше, чем ожидалось, фотоэлектрический датчик спускового механизма устройства фотографирования Луны не включился. В окололунном пространстве не было обнаружено никаких следов лунной радиации. Пройдя мимо Луны, станция вышла на гелиоцентрическую орбиту и 18 марта 1959 года в 01:00 впервые прошла перигелий. Вместе с КА на близкую с ним орбиту вышел и цилиндрический кожух четвертой ступени РН длиной 173 см, диаметром 15 см и весом 4,65 кг.

Третья группа состояла из четырех аппаратов Pioneer, называемых также Pioneer-P или Atlas-Able. Они должны были проводить исследования Луны с орбиты её искусственного спутника, выход на которую должен был произойти через 62 часа после старта. Разработаны аппараты были в Лаборатории космических технологий (Space Technology Laboratories) при Управлении баллистических ракет ВВС США (Air Force Ballistic Missile Division).

Конструктивно КА представлял собой сферу диаметром 1 метр. Установленная под сферой двигательная установка увеличивала длину аппарата до 1,4 метров. Вес корпуса и алюминиевого защитного экрана КА Р-1 и Р-3 составлял 25,3 кг (для Р-30 и Р-31 - 30 кг), вес двигательной установки КА Р-1 и Р-3 составлял 88,4 кг (для Р-30 и Р-31 - 90 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. Для зарядки аккумуляторов КА использовались 4 солнечные батареи, каждая из которых имела размер 60х60 см и содержала 2200 ячеек. Батареи размещались по сторонам КА под углом 90°, при этом плоскости батарей были повернуты относительно осевой линии КА, образуя своеобразный «гребной винт». Общий размах батарей составлял 2,7 метра. В корпусе КА размещался бак диаметром 66 см для гидразина и два меньших бака для азота, а также тормозной двигатель тягой 90 Н, который должен был затормозить КА для его перехода на орбиту вокруг Луны. Корректирующий ракетный двигатель, предназначенный для выполнения маневров на лунной орбите, мог включаться/выключаться четыре раза.

Научное оборудование каждого КА этой серии состояло из ионизационной камеры и счетчика Гейгера-Мюллера для измерения плотности радиационного потока, телескопа со счетчиками из меди для улавливания частиц с высокой энергией, сцинцилляционного счётчика для измерения частиц с малой энергии, низкочастотного приемника для приема электромагнитных волн космического происхождения и ретранслятора для измерения электронной плотности пространства. На поверхности КА был также установлен счетчик микрометеоритов.

Для поддержания внутри станции необходимой температуры было применено очень остроумное решение. Внешняя поверхность КА была покрыта большим количеством маленьких пластин (воздушных винтов). Сами пластины были сделаны из отражающего материала и состояли из четырех лепестков, которые могли поворачиваться и закрывать покрашенное теплопоглощающей черной краской покрытие КА. Если температура внутри КА понижалась ниже заданной нормы, лепестки поворачивались и открывали черную поверхность, которая быстро нагревалась. Если же температура оказывалась слишком высокой, лепестки поворачивались обратно и закрывали собой темное покрытие КА, что приводило к понижению температуры.

На первых двух КА была также установлена телевизионная камера с факсимильной системой, для объектива которой было проделано небольшое отверстие между двумя солнечными батареями. Общий вес научного оборудования этих КА, включая электронику и источники питания, составлял 55 кг. На двух оставшихся КА вместо телевизионной камеры в корпусе аппарата был установлен сцинтилляционный спектрометр для изучения земных (и поиска лунных) радиационных поясов. На поверхности сферы был установлен плазменный зонд для измерения энергии и момента импульса протонов и для изучения радиационного воздействия солнечных вспышек. Общий вес научного оборудования был увеличен до 60 кг. Стоимость изготовления каждого из этих КА и их запуска оценивалась в $9-10 млн.

Первый аппарат, известный как Pioneer P-1 или Pioneer W, должен был быть запущен 24 сентября 1959 года. На борту КА была установлена ТВ-камера для съемки обратной стороны Луны. Аппарат весом 169 кг был уничтожен взрывом на стартовом столе на космодроме на мысе Канаверал во время стендовых испытаний.

Второй аппарат, известный как Pioneer P-3, Pioneer X или Atlas-Able 4, был запущен 26 ноября 1959 года. Как и предыдущий аппарт он весил 169 кг и на его борту была установлена ТВ-камера для съемки обратной стороны Луны. Через 45 с после запуска произошло разрушение головного обтекателя РН, и третья ступень ракеты вместе с полезной нагрузкой оказались под воздействием сильной аэродинамической нагрузки. Через 104 с после запуска связь с КА и с третьей ступенью носителябыла потеряна. Первая и вторая ступень, согласно поступавшей телеметрической информации, отработали в соответствии с заданной программой.

Третий аппарат весом 176 кг, получивший название Pioneer P-30 и известный также как Pioneer Y и Atlas-Able 5A, был запущен 25 сентября 1960 года. Первая ступень отработала 275 с в полном соответствии с заданной программой, и на высоте около 370 км произошло успешное разделение ступеней. Однако вторая ступень из-за неисправности в насосе окислителя на режим не вышла. Аппарат не смог набрать необходимую скорость и не вышел на орбиту. Судя по всему, он разрушился в атмосфере над Индийским океаном. По некоторым сообщениям позднее обломки аппарата были обнаружены в Южной Африке. Телеметрическая информация с КА поступала в течении 1020 с после запуска.

Четвертый аппарат весом 176 кг, называвшийся Pioneer P-31 и известный также как Pioneer Z и Atlas-Able 5B, был запущен 15 декабря 1960 года. Через 68 с после старта на высоте 12 км ракета-носитель взорвалась из-за отказа первой ступени. Обломки ракеты и КА упали в Атлантический океан на расстоянии от 12 до 20 км от места старта и находятся на глубине 20 м.

* * *

На этом первый этап исследования Луны, обернувшийся практически полным провалом, был завершен. Следующие миссии были уже тем или иным образом связаны с планами осуществления пилотируемых полетов на Луну.

Сводная таблица полётов КА Pioneer

КА Дата и время
старта
РН
Космодром
Итоги полёта

1

    Pioneer    

1958.08.17
   12:18

Thor-Able 1
Cape Canaveral

Взрыв РН через 77 сек. после старта

2

Pioneer-1

1958.10.11
08:42:13

Thor-Able 1
Cape Canaveral

Из-за недобора скорости аппарат не долетел до Луны

3

Pioneer-2

1958.11.08
07:30

Thor-Able 1
Cape Canaveral

Из-за недобора скорости аппарат не долетел до Луны

4

Pioneer-3

1958.12.06
05:44:52

Juno II
Cape Canaveral

Из-за недобора скорости аппарат не долетел до Луны

4

Pioneer-4

1959.03.03
05:10:45

Juno II
Cape Canaveral

4 марта пролетел на расстоянии 60 050 км от Луны
и впервые вышел на гелиоцентрическую орбиту

5

Pioneer P-1

1959.09.24

Atlas-Able
Cape Canaveral

Аппарат разрушился во время статических испытаний

6

Pioneer P-3

1959.11.26
07:26

Atlas-Able №1
Cape Canaveral

Ракета развалилась на начальном этапе полёта из-за
разрушения головного обтекателя.

7

Pioneer P-30

1960.09.25
15:13

Atlas-Able №2
Cape Canaveral

Из-за нештатной работы второй ступени РН аппарат
не смог выйти на орбиту и упал в океан.

8

Pioneer P-31

1960.12.15
09:10

Atlas-Able №3
Cape Canaveral

Из-за нештатной работы второй ступени РН аппарат
не смог выйти на орбиту и упал в океан.

 

Назад

Лунные зонды США

Энциклопедия