Pionero P-31

Pioneer P-31 (también conocido como Atlas-Able 5B o Pioneer Z) estaba destinado a ser una sonda orbitadora lunar, pero la misión fracasó poco después del lanzamiento. Los objetivos eran colocar una sonda altamente instrumentada en órbita lunar, investigar el entorno entre la Tierra y la Luna y desarrollar tecnología para controlar y maniobrar naves espaciales desde la Tierra. Estaba equipado para tomar imágenes de la superficie lunar con un sistema similar a un televisor, estimar la masa de la Luna y la topografía de los polos, registrar la distribución y velocidad de los micrometeoritos y estudiar la radiación, los campos magnéticos y los campos electromagnéticos de baja frecuencia. ondas en el espacio. Un sistema de propulsión a mitad de camino y un cohete de inyección habrían sido el primer sistema de propulsión autónomo de los Estados Unidos capaz de funcionar muchos meses después del lanzamiento a grandes distancias de la Tierra y las primeras pruebas estadounidenses de maniobrar un satélite en el espacio.

Misión

La nave espacial se lanzó en el vehículo Atlas 91D acoplado a las etapas superiores de Thor-Able, incluida una tercera etapa de propulsor sólido Able, el 15 de diciembre de 1960. El lanzamiento transcurrió sin incidentes hasta T+66 segundos, cuando se registró una perturbación axial grave, seguida de una rápida pérdida de presión del tanque de LOX y cambios en el escape del motor del Atlas indicativos de falta de oxidante. En T+73 segundos, el Atlas experimentó una ruptura estructural total y pérdida de telemetría. Las etapas superiores continuaron transmitiendo datos hasta el impacto con el océano. La carga útil cayó en el Océano Atlántico a 12 a 20 km (7 a 12 millas) de Cabo Cañaveral en aguas de unos 20 metros (65 pies) de profundidad. Una operación de salvamento de la Marina recuperó partes del vehículo de lanzamiento y la carga útil. La causa inmediata de la falla no estaba clara, pero se pensó que estaba relacionada con que el adaptador que acoplaba las etapas Able con el Atlas se soltó y se estrelló contra el tanque LOX o con los golpes aerodinámicos en el vehículo de lanzamiento. La segunda etapa de Able recuperada no mostró signos de que se hubiera producido el encendido o la operación del motor, y se creía que la causa más probable de la falla era la flexión aerodinámica del adaptador de Able que luego rompió el tanque LOX del Atlas. El propulsor averiado continuó volando durante unos segundos después, pero el colapso estructural de la sección delantera del Atlas combinado con la pérdida de presión LOX en el sistema de alimentación de propulsor provocó el apagado del motor y la autodestrucción del vehículo.

Como resultado de esta falla y Mercury-Atlas 1 cinco meses antes debido a un episodio similar de flexión aerodinámica en la parte delantera del tanque LOX, GD/A comenzó a exigir que todas las combinaciones de etapa superior/carga útil de Atlas pasen por un proceso estructural adecuado. pruebas de dinámica.

El fracaso se describió como "especialmente decepcionante" ya que fue el lanzamiento final en la serie de sondas Able ya que su sucesor, el programa Ranger, estaba en proceso. Al final, el programa espacial de EE. UU. no vería una sonda lunar completamente exitosa hasta el Ranger 7 cuatro años después. También marcó el lanzamiento final de la primera generación de sondas lunares, que utilizaron trayectorias de ascenso directo y darían paso a las sondas de segunda generación que tenían órbitas de estacionamiento.

Diseño de naves espaciales

Pioneer P-31 era prácticamente idéntico al anterior satélite Pioneer P-30 que falló, una esfera de 1 metro de diámetro con un sistema de propulsión montado en la parte inferior que daba una longitud total de 1,4 metros. La masa de la estructura y la carcasa de aleación de aluminio era de unos 30 kg y las unidades de propulsión de unos 90 kg. Cuatro paneles solares, cada uno de 60 x 60 cm y que contienen 2200 células solares en 22 nódulos de 100 células, se extienden desde los lados de la capa esférica en una "rueda de paletas" configuración con una luz total de unos 2,7 metros. Los paneles solares cargaban baterías de níquel-cadmio. Dentro del caparazón, un gran tanque esférico de hidracina constituía la mayor parte del volumen, coronado por dos tanques esféricos de nitrógeno más pequeños y un cohete de inyección de 90 N para reducir la velocidad de la nave espacial para entrar en órbita lunar, que fue diseñado para ser capaz de disparar dos veces durante la misión. Adjunto a la parte inferior de la esfera había un cohete vernier de 90 N para propulsión a mitad de camino y maniobras en órbita lunar que podía dispararse cuatro veces.

Alrededor del hemisferio superior del tanque de hidracina había una plataforma de instrumentos en forma de anillo que contenía las baterías en dos paquetes, dos transmisores y diplexores UHF de 1,5 W, módulos lógicos para instrumentos científicos, dos receptores de comandos, decodificadores, un búfer/amplificador, tres convertidores, un telebit, una caja de mando y la mayoría de los instrumentos científicos. Dos antenas dipolo UHF sobresalían de la parte superior de la esfera a ambos lados de la tobera del cohete de inyección. Dos antenas dipolo UHF y una larga antena VLF sobresalían del fondo de la esfera. Los transmisores operaban en una frecuencia de 378 MHz.

Se planeó lograr el control térmico con 50 pequeños "palas de hélice" dispositivos en la superficie de la esfera. Las hojas en sí estaban hechas de material reflectante y consistían en cuatro paletas que estaban al ras de la superficie, cubriendo un patrón negro que absorbía el calor pintado en la esfera. Una bobina térmicamente sensible se adjuntó a las aspas de tal manera que las bajas temperaturas dentro del satélite harían que la bobina se contrajera y giraran las aspas y expusieran la superficie absorbente de calor, y las altas temperaturas harían que las aspas cubrieran los patrones negros. También se montaron unidades disipadoras de calor cuadradas en la superficie de la esfera para ayudar a disipar el calor del interior.

Equipamiento a bordo

Los instrumentos científicos consistían en una cámara de iones y un tubo Geiger-Müller para medir el flujo de radiación total, un contador de radiación proporcional para medir la radiación de alta energía, un contador de centelleo para monitorear la radiación de baja energía, un espectrómetro de centelleo para estudiar la Tierra& # 39; cinturones de radiación (y posiblemente lunares), un receptor VLF para ondas de radio naturales, un transpondedor para estudiar la densidad de electrones y parte de los magnetómetros de bobina de búsqueda y puerta de flujo montados en la plataforma del instrumento. Se montó una sonda de plasma en la esfera para medir la distribución de la energía y el momento de los protones por encima de unos pocos kilovoltios para estudiar el efecto de la radiación de las erupciones solares. El detector de micrometeoritos y el escáner solar también se montaron en la esfera. La única diferencia entre el Pioneer P-31 y el Pioneer P-30 anterior fue la adición de un detector de estado sólido sensible a protones de baja energía en el satélite y un experimento estándar de frecuencia de rubidio diseñado por STL colocado en una cápsula conectada al amplificador. La masa total del paquete científico, incluida la electrónica y la fuente de alimentación, era de aproximadamente 60 kg. El costo total de la misión se estimó en 9-10 millones de dólares.