Лунные зонды США

RANGER

План дальнейшего изучения Луны, предусматривавший создание аппаратов Ranger, был разработан в 1959 году и принят NASA 21 декабря 1959 года. Работы по программе проводились в три этапа, в рамках которых было запущено девять аппаратов. Все запуски проводились ракетой-носителем Atlas-Agenа В с космодрома на мысе Канаверал (Cape Canaveral).

На первом этапе в 1961 году на геоцентрическую орбиту было запущено два аппарата серии Ranger для проверки надежности и работоспособности бортовой аппаратуры и проведения научных исследований.

На втором этапе в 1962 году были проведены запуски трех аппаратов для доставки на поверхность Луны приборного контейнера весом 44 кг с фотоустановкой для получения снимков лунной поверхности при подлёте аппарата к Луне до высоты 0.5 км. Максимальная линейная разрешающая способность установленой на КА камеры составляла до 40 см. Разработчиком аппаратов была Лаборатория реактивного движения (JPL - Jet Propulsion Laboratory).

На третьем этапе в 1964 - 1965 годах были проведены запуски четырёх аппаратов, разработанных корпорацией Northrop Corp., основной задачей которых было получение телевизионных изображений лунной поверхности перед самым падением аппарата, важных для разработки пилотируемого полета к Луне. Для получения таких снимков вместо приборного контейнера была установлена телевизионная система из 6 камер, разработанная корпорацией Radio Corporation of America.

ПЕРВЫЙ ЭТАП. Основной целью запусков являлась отработка программы вывода аппаратов серии Ranger на геоцентрическую орбиту с большим эксцентриситетом, проведение испытания бортового оборудования и осуществление ряд научных экспериментов. В 1961 году были запущены аппараты Ranger I и Ranger II. Оба запуска были неудачными: аппараты не вышли на расчетную орбиту - не произошло повторного включения двигателя 2-й ступени. Были проведены лишь частичные испытания бортового оборудования и часть из запланированных научных экспериментов.

ВТОРОЙ ЭТАП предусматривал доставку на поверхность Луны приборного контейнера весом 44 кг. В приборном контейнере из бальсового дерева размещалось оборудование весом до 25 кг, в т.ч. сейсмометр, два акселерометра, источники питания, передатчик с усилителем, направленная антенна, устройство регулирования температуры. Контейнер с оборудованием должен был отделяться от КА на расстоянии около 19 до 25 км от поверхности Луны. Установленным на контейнере тормозным двигателем скорость падения должна была снижаться до 150 м/сек. Вес всего аппарата составлял около 330 кг, вес тормозного двигателя - около 90 кг. Программой полётов предусматривалось получение телевизионных изображений лунной поверхности при подлете к Луне, регистрация сейсмических колебаний поверхности Луны и изучение характеристик поверхности Луны и характера отражения сигналов радиолокационного альтиметра от поверхности Луны. Контейнер имел сферическую форму диаметром 30,5 см и был помещен в амортизирующую радиопрозрачную оболочку из бальзового дерева диаметром 63,5 см, пространство между контейнером и оболочкой было заполнено маслом. Плавающий в масле контейнер примерно через 20 мин после удара о поверхность Луны устанавливается неподвижно внутри оболочки антенной вверх (центр тяжести контейнера лежал на 1,2 см ниже геометрического центра шара). Для того, чтобы масло не демпфировало толчков, регистрируемых сейсмометром, после посадки пиропатронами из оболочки выбивались 2 заглушки, и масло вытекало. Для поддержания внутри контейнера определенной температуры, независимо от суточных изменений температуры на поверхности Луны, в нем находился запас дистиллированной воды весом 1,7 кг.

Капсула с приборным контейнером с научной аппаратурой и служебным и вспомогательным оборудованием, обеспечивающим отделение капсулы от аппарата и прилунение контейнера, была установлена на основании аппарата. В верхней части контейнера устанавливалась всенаправленная антенна, на боковой поверхности основания была смонтирована телевизионная камера с разрешающей способностью до 40 см. Диаметр описанной окружности вокруг основания аппарата составлял 1,52 м, высота - 3,12 м, максимальный размах при откинутых панелях с солнечными элементами - 5,18 м. Система энергопитания КА включала 2 панели общей площадью 1,8 м2 с 8 680 солнечными элементами мощностью 150 Вт общим весом панелей 19 кг. В приборном контейнеры размещалась также серебряно-цинковая батарея и шесть серебряно-кадмиевых батарей. Предназначенный для выдачи команд на отделение капсулы от аппарата и включение тормозного двигателя радиолокационный альтиметр с антенной, параболическим отражателем и химическими батареями, обеспечивающими его питание, устанавливался на откидывающемся кронштейне в нижней части капсулы. Телевизионная камера была предназначена для получения изображений лунной поверхности района прилунения капсулы в период ее спуска. Корректирующая двигательная установка КА использовала ЖРД, работающий на однокомпонентном топливе - гидразине. Двигатель мог работать отдельными импульсами, длительность которых регулируется по командам с Земли. Стабилизация КА осуществлялась вращением вокруг продольной оси со скоростью 300 об/мин, закрутка осуществлялась 3 реактивными соплами, работающими на пороховых газах.

Аппарат Ranger III был запущен 26 января 1962 года. Приборный контейнер предполагалось доставить в район Океана Бурь. Исследования планировалось проводить в течение 30 суток. Полет ракеты-носителя до момента окончания повторного периода работы двигателя второй ступени проходил по программе близкой к расчетной. Двигатель 2-й ступени при повторном включении работал больше расчетного времени и в конце активного участка аппарату была сообщена скорость 11,1 км/сек, что превышало расчетную на 0,2 км/сек. Это не могло быть скомпенсировано корректирующей двигательной установкой.

По сигналу станции слежения при приближении аппарата к Луне телевизионная камера была направлена на Луну и включена. Однако недостаточно точная ориентация направленной антенны КА вызвала значительное ослабление сигналов и прием их на станции слежения стал невозможен. Изображений Луны получить не удалось. 28 января 1962 года аппарат прошел на расстоянии 36 874 км от Луны. Из-за большого расстояния до Луны капсула с приборным контейнером не отделилась. Прием сигналов от аппарата прекратился 2 февраля, когда КА находился на расстоянии около 804 500 км от Земли. После пролета Луны аппарат вышел на гелиоцентрическую орбиту с перигелием расстояние 147,3 млн км (0,9839 а.е.), афелием 173,5 млн км (1,163 а.е.), наклонением к плоскости эклиптики 0,4° и периодом обращения 406,44 сут.

Аппарат Ranger IV был запущен 23 апреля 1962 года. Полет ракеты-носителя проходил по программе, близкой к расчетной. Но так как вскоре после запуска вышла из строя бортовая радиоаппаратура, за исключением небольшого радиопередатчика, аппарат не мог отрабатывать подаваемые с Земли команды. Получение телевизионных изображений поверхности Луны и отделение приборного контейнера осуществить не удалось. 26 апреля аппарат упал на невидимую сторону Луны в точке с селенографическими координатами 130°42' з.д. и 15°30' ю.ш. Таким образом этот КА стал первым американским аппаратом, совершившим жесткую посадку на Луну.

Аппарат Ranger V был запущен 18 октября 1962 года. В полете вследствие неустановленных неисправностей отказали солнечные элементы, и питание оборудования было переключено на химическую батарею. Через 4 часа после полной разрядки химической батареи функционирование оборудования прекратилось. До полной разрядки химической батареи были получены некоторые данные об интенсивности гамма-излучения в космическом пространстве. 20 октября 1962 года аппарат прошел мимо Луны на расстоянии около 725 км и вышел на гелиоцентрическую орбиту с перигелием 142,1 млн км, афелием 159,8 млн км, наклонением к плоскости эклиптики 0,44° и периодом обращения 370,22 сут.

ТРЕТИЙ ЭТАП. Главной целью запусков являлось получение телевизионных изображений поверхности Луны непосредственно перед падением самым падением на нее. Основное отличие аппаратов этой серии от предыдущих состояло в установке вместо капсулы и приборного контейнера с тормозным двигателем двух комплектов телевизионных камер с автономными источниками питания, временными и программными устройствами. Кроме того, корпуса аппаратов были изготовлены из магниевого сплава, была установлена более совершенная корректирующая двигательная установка. Суммарный вес аппаратов составлял около 365 кг. Диаметр окружности, описанной вокруг основания аппарата - 1,52 м, высота при сложенной антенне - 2,51 м, при развернутой антенне - 3,12 м, максимальный размах при откинутых панелях с солнечными элементами - 5,18 м.

На аппарате была установлена направленная антенна с высоким коэффициентом усиления и всенаправленная антенна с низким коэффициентом усиления. Телеметрическая информация поступала от датчиков, измеряющих 200 различных параметров, в том числе характеризующие состояние и работу телевизионного оборудования (15 параметров до включения и 105 во время работы камер). Система энергопитания включала 2 панели общей площадью 2,267 м2 с 9 792 солнечными элементами, обеспечивающими мощность 240 вт, и 2 серебряно-цинковые батареи емкостью по 1200 вт.час, рассчитанные на 9 часов работы и обеспечивающие напряжение 26,5 В.

Телевизионная система аппарата состояла из 6 камер, предназначенных для получения телевизионных изображений лунной поверхности. Камеры были скомплектованы в 2 независимых комплекта, каждый со своим передатчиком и серебряно-цинковой батареей. В первый комплект входили 2 камеры типа F (Full scan - полное сканирование): Fa-с широким углом обзора и Fb-с узким утлом. Во второй комплект входили 4 камеры типа Р (Partial scan - частичное сканирование): Р2 и Р4 - с широким углом обзора, P1 и Р3 - с узким углом. Эти камеры предназначались для получения изображения центральной части того участка поверхности Луны, который попадает в кадр камеры типа F.

Аппарат Ranger A был запущен 30 января 1964 года. После успешного выхода на траекторию полета к Луне аппарат получил название Ranger VI. Через 15 часов после старта на 66 с была включена двигательная установка для коррекции траектории, что обеспечило приращение скорости на 41 м/с. Без коррекции аппарат прошел бы на расстоянии 960 км от Луны. За 15 минут до падения аппарата на Луну со станции слежения была подана команда на включение телевизионных камер для их прогрева. Полученный на Земле телеметрический сигнал показал, что команда была принята, однако никаких телевизионных изображений с аппарата не поступило. 2 февраля аппарат упал на Луну в восточной части Моря Спокойствия в 23° от терминатора в точке с селенографическими координатами 9°24 с.ш. и 21°30 в.д., то есть менее чем в 30 км от расчетной точки (8,5° с.ш. и 21,0° в.д.).

Аппарат Ranger B был запущен 28 июля 1964 года. После успешного выхода на траекторию полета к Луне аппарат получил название Ranger VII. 29 июля была введена команда на выполнение маневра коррекции траектории, без которой аппарат упал бы на невидимую сторону Луны. Выбранное место падения аппарата по наблюдениям с Земли было наиболее ровным и пригодным для посадки лунной кабины корабля Apollo. Установка проработала 50 с, сообщив приращение скорости 30 м/с. 31 июля в 13:08:39 были включены камеры типа F, а в 13:12:08 камеры типа Р. В этот момент аппарат находился на расстоянии 1800 км от Луны. 31 июля в 13 ч 25 мин 49 с аппарат упал на Луну в районе Моря Облаков в точке с селенографическими координатами 10°38' ю.ш. и 20°36' з.д., всего в 13 км от расчетной точки падения (11° ю.ш. и 21° з.д.). Всего получено 4316 телевизионных изображений лунной поверхности. Первое изображение получено камерой типа F с расстояния 1800 км от Луны за 13 мин до падения аппарата. Последнее изображение получено камерой типа Р с расстояния 300 м за 0,12 с до падения аппарата. На последних кадрах различимы детали поверхности с размером до 0.5 м. Впоследствие аппарат Lunar Orbiter II сфотографировал участок падения аппарата Ranger VII. Считается, что на одном из полученных снимков удалось обнаружить кратер, образовавшийся при падении аппарата.

Аппарат Ranger C был запущен 17 февраля 1965 года. После успешного выхода на траекторию полета к Луне аппарат получил название Ranger VIII. 18 февраля, когда аппарат находился на расстоянии 160 000 км от Земли, проведена коррекция траектории, без коррекции аппарат прошел бы на расстоянии 1830 км от Луны. Корректирующая установка проработала 59 с, сообщив приращение скорости 36,2 м/с. Камеры были включены за 23 минуты до падения с целью получения большего числа телевизионных изображений. Всего получено 7137 изображений: первые из них получены с высоты 2150 км, последние - с нескольких сот метров над поверхностью Луны. На последних кадрах различимы детали поверхности с размером до 1.5 м. 20 февраля в 9 ч 57 мин аппарат упал на Луну в районе Моря Спокойствия в точке с селенографическими координатами 2°43 с.ш. и 24°38' в.д., в 23 км от расчетной точки падения (3° с.ш. и 24° в.д.). В ноябре 1967 года аппаратом Lunar Orbiter II получены изображения района падения аппарата и на одном из снимков удалось обнаружить кратер, образовавшийся при падении.

Аппарат Ranger D был запущен 21 марта 1965 года. После успешного выхода на траекторию полета к Луне аппарат получил название Ranger IX. 23 марта, когда аппарат находился на расстоянии 280 000 км от Земли, проведена коррекция траектории полета, без которой аппарат достиг бы Луны в точке с селенографическими координатами 4,1° с.ш. и 2,3° з.д., в 520 км от расчетной точки падения.
Камеры начали работать за 17,5 мин до падения, когда расстояние до поверхности Луны составляло 2360 км, а съемка прекратилась за 0,2 с до удара о поверхность Луны, когда до поверхности оставалось 610 м. Всего получено 5814 телевизионных изображений поверхности Луны. 24 марта в 14 ч 08 мин 20 с аппарат упал на Луну в районе кратера Альфонса в точке с селенографическими координатами 12°58' ю.ш. и 02°22' з.д. в 4,5 км от расчетной точки падения (13°0' ю.ш. и 02°5' з.д.) и в 290 км от линии терминатора. В коммерческую телевизионную сеть США было передано около 200 изображений поверхности в реальном масштабе времени.

* * *

Наиболее значимым результатом осуществления программы Ranger стало получение более 17 200 изображений поверхности Луны. Впервые были получены изображения лунной поверхности с близкого расстояния (до 300 м). Анализ полученных снимков позволил сделать предположение, что грунт может выдержать нагрузку до 10 кг/см2, и выявить участки поверхности, пригодные для посадки лунной кабины корабля Apollo. По результатам траекторных измерений удалюсь на порядок повысить точность определения массы Луны.

Сводная таблица полётов КА Ranger

КА Дата и время
старта
Дата выхода на
орбиту Луны
Дата посадки
на Луну
Координаты точки
посадки

1

Ranger I

1961.08.21

Отказ 2-й ступени РН. КА остался на низкой орбите
и сгорел в атмосфере Земли 30 августа после 111 витков.

2

Ranger II

1961.11.08

Отказ 2-й ступени РН. КА остался на низкой орбите
и сгорел в атмосфере Земли 20 ноября.

3

Ranger III

1962.01.26

28 января аппарат прошел в 36 874 км от Луны
и вышел на гелиоцентрическую орбиту.

4

Ranger IV

1962.04.23

-

1962.04.26

15°30' ю.ш., 130°42' з.д.

5

Ranger V

1962.10.18

20 октября аппарат прошел в 725 км от Луны
и вышел на гелиоцентрическую орбиту.

6

Ranger IV

1964.01.30

-

1964.02.02

9°24' с.ш., 21°30' в.д.
Mare Tranquillitatis

7

Ranger VII

1964.07.28
16:50:08

-

1964.07.31
13:25:49

10°38' ю.ш., 20°36' з.д.
Mare Nubium

8

Ranger VIII

1965.02.17
17:05:01

-

1965.02.20
09:57:00

2°43' с.ш., 24°38' з.д.
Mare Tranquillitatis

9

Ranger IX

1965.03.21
21:37:02

-

1965.03.24
14:08:20

12°58' ю.ш., 2°22' з.д.
Alphonsus Crater

 

Назад

Лунные зонды США

Энциклопедия