Rozszerzony program badań bezzałogowych (1963)

0

Program Apollo zdominował amerykańską agencję kosmiczną NASA w latach sześćdziesiątych. Jego głównym celem było lądowanie człowieka na Księżycu przed Związkiem Radzieckim oraz nim upłynie termin wyznaczony przez Prezydenta Kennedy’ego na koniec dekady – rok 1970. W grudniu 1963 roku, NASA zatwierdziła trzy z czterech proponowanych programów eksploracji bezzałogowej – programy Ranger, Surveyor oraz Lunar Orbiter – wszystkie zorientowane na badania Księżyca.

Wymagania stawiane przez Apollo – potrzeba znalezienia bezpiecznych miejsc dla potencjalnych lądowań – zdominowała jednak te programy księżycowe. Pokonanie komunistów w wyścigu na Wenus oraz Marsa było także głównym źródłem motywacji dla programu międzyplanetarnego Mariner. W skrócie – programy badawcze były podyktowane sytuacją geopolityczną zimnej wojny, a nie samą potrzebą naukowej eksploracji.

2 grudnia 1963 roku, personel odpowiedzialny za należący do NASA Lunar and Planetary Program spotkał się z kierownictwem agencji w celu przesunięcia priorytetów NASA, dotyczących programów bezzałogowych z powrotem w kierunku nauki. W swoim wystąpieniu, dyrektor Lunar and Planetary Program – Oran Nicks – zabiegał o finansowanie, potrzebne na poszerzenie czterech programów bezzałogowych o nowe misje, ukierunkowane na powiększenie wiedzy naukowej o Księżycu i planetach. Poszukiwał także finansowania na nowy program Voyager, który miałby badać Marsa oraz Wenus (Voyager Mars, Voyager Venus).

Nicks przypomniał administratorowi NASA, którym w tym czasie był James Webb, oraz jego współpracownikom (Hugh Dryden i Roger Seamans), że Mariner II był dużym sukcesem ponieważ jako pierwszy przeleciał w grudniu 1962 roku w pobliżu Wenus. Następnie podkreślił, że w ciągu roku, cały program planetarny zaakceptowany przez NASA zawierał jedynie dwie misje polegające na przelocie w pobliżu Marsa (Marinery III oraz IV, które miały zostać wystrzelone w listopadzie 1964 roku). Obwiniał cięcia finansowe oraz problemy z górnym stopniem Centaur, jako przyczyny tych zaskakujących braków deklaracji nowych misji. Dodał również, że planowane loty Marinerów po roku 1964 są „niepewne”. Następnie Nicks pozwolił wypowiedzieć się swoim menadżerom z Lunar and Planetary Program.

Do momentu, w którym menadżer programu Ranger – N. William Cunnigham – stanął przed Webb’em, Dryden’em i Seamans’em, misje Rangerów od 1 do 5 zakończyły się porażką. Ranger 1 (wystrzelony 23 października 1961 roku) oraz Ranger 2 (wystrzelony 18 listopada 1961 roku), sondy typu „Block I”, miały zbierać dane na temat mikrometeorytów, promieniowania, plazmy słonecznej, a także dokonywać pomiarów pola magnetycznego na wysokich, ziemskich orbitach eliptycznych. Oba uległy jednak zniszczeniu, w wyniku usterek rakiety nośnej Atlas-Agena B. Podobny los spotkał również Rangera 3 (wystrzelonego 26 stycznia 1962 roku), sondę już stanowiącą nowocześniejszy „Block 2”, która miała za zadanie „zrzucić” na powierzchnię Księżyca sejsmometr. Kolejne dwie misje, Ranger 4 (wystrzelony 23 kwietnia 1962 roku) oraz Ranger 5 (wystrzelony 18 października 1962 roku), które także wykorzystywały sondy typu „Block 2”, zakończyły się porażką wraz z wystąpieniem na ich pokładzie awarii systemów elektrycznych.

Cunningham rozpoczął swoją prezentację, oznajmiając Webb’owi oraz jego zastępcom, że Ranger 6, stanowiący już sondę typu „Block 3”, która została zaprojektowana do wykonywania zdjęć Księżyca w trakcie swojego lotu w kierunku jego powierzchni (miał się z nią zderzyć), zostanie wystrzelony w styczniu 1964 roku. Zapewnił, że jego inżynierowie dokonali „wielu zmian w… sondzie kosmicznej… w celu poprawy jej szans na sukces”.

Oczekiwano, że cztery urządzenia typu „Block III” (Rangery od 6 do 9) wykonają obrazy Księżyca przed upływem sierpnia 1964 roku, a następnie sześć kolejnych pojazdów typu „Block V” (Rangery 10 do 15) odbędą swoje misje pomiędzy 1965 a 1967 rokiem. Podobnie jak miało to miejsce w przypadku Rangerów typu „Block II”, najnowsze sondy miały spróbować twardego lądowania przenoszonych przez nie kapsuł wypełnionych instrumentami, a także (być może) systemem telewizyjnym, mogącym przesłać zdjęcia powierzchni Księżyca po lądowaniu. Cunningham nazwał Rangery najnowszego typu „jedynym backup’em”, jakim Stany Zjednoczone dysponują w miejscu zajętym przez Program Surveyor, a następnie poprosił Webba oraz jego współpracowników o przeznaczenie dodatkowych 50 milionów dolarów, które miałyby zostać zużyte na rozwój Rangerów typu „Block V”.

Benjamin Milwitzky – menadżer programu Surveyor – oznajmił Webb’owi, Dryden’owi oraz Seamans’owi, że głównym celem jego programu było zebranie „istotnych danych na temat księżycowej powierzchni… potrzebnych dla załogowych misji”. Pierwszy lądownik Surveyor miałby zostać wysłany w 1965 roku za pośrednictwem rakiety nośnej Atlas-Centaur. Milwitzky wspomniał, że oryginalnie Surveyor miał przenosić około 136 kilogramów instrumentów naukowych, lecz problemy z górnym stopniem Centaur wymusiły redukcję ich masy do zakresu zaledwie pomiędzy około 31 a 45 kilogramów. Powiedział również, że chociaż zmniejszona ilość urządzeń badawczych będzie wystarczająca do zrealizowania celów, jakimi było rozpoznanie miejsc potencjalnych lądowisk dla Programu Apollo, lecz wiele z planowanych badań księżycowych nie będzie mogło zostać wykonanych.

Milwitzky zaproponował przywrócenie pełnego ładunku naukowego w Surveyorach poprzez dodanie fluoru do stanowiącego utleniacz, ciekłego tlenu (układ taki byłby nieco bardziej efektywny, choć nie pozbawiony wad – fluor, oraz wiele jego związków jest niezwykle toksycznych oraz reagujących z większością materiałów konstrukcyjnych). Także Milwitzky poprosił Webba, Drydena oraz Seamansa o wydanie dodatkowej sumy funduszy – około 40 milionów dolarów przez okres od 1964 do 1966 roku w celu opracowania tej wydajniejszej mieszanki utleniaczy do zastosowania w rakietach Atlas.

Pierwsze zaawansowane misje naukowe Surveyora zostałyby wysłane w 1967 roku. Typowy lądownik tego programu mógłby zawierać generator radioizotopowy RTG, zapewniający długotrwałe zasilanie dla jego urządzeń badawczych, wiertło do zbieranie próbek podpowierzchniowych, zestaw instrumentów do analizy próbek, próbnik geofizyczny, który mógłby być opuszczany do wywierconych otworów, sejsmometr, stereoskopowy system telewizyjny zainstalowany na maszcie do obrazowania dużego obszaru, znajdującego się w otoczeniu lądownika oraz niewielki pojazd do badań miejsca lądowania oraz podkładania materiałów wybuchowych do badań sejsmicznych.

Milwitzky zakończył swoją prezentację propozycją, by NASA zwiększyła liczbę planowanych misji Surveyor z 17 do 29. Ocenił, że koszta przeprowadzenia programu 17 misji będą wynosić około 425.5 miliona dolarów. Dodanie kolejnych 12 zwiększyłoby wydatki o dodatkowe 352 miliony dolarów.

Następnie Milwitzky ustąpił miejsca menadżerowi programu Lunar Orbiter – Lee Scherer’owi. Rozpoczął on swoją prezentację od przypomnienia Webb’owi i jego współpracownikom, że misje Lunar Orbiter od 1 do 5 zostały zatwierdzone na lata 1966-1967, a misje od 6 do 10, choć jeszcze nie zaakceptowane, to zostały wstępnie zaplanowane na lata 1967-1968. Powiedział, że pojazd kosmiczny Lunar Orbiter ma za zadanie „uzyskanie, początkowo, danych naukowych na temat Księżyca i jego środowiska z perspektywy wymagań misji Apollo”. Zatwierdzone misje Lunar Orbiter były przeznaczone głównie do fotografowania obszarów dostępnych dla pojazdów Apollo (w zasadzie pojazdu LEM) – czyli takich, które znajdują się w pobliżu równika, po stronie Księżyca skierowanej w kierunku Ziemi.

Scherer zaproponował aby NASA wysłała pięć misji Lunar Orbiter, skierowanych na badania naukowe w latach 1968-1969. Mogły by one wejść na orbity o innych inklinacjach niż równikowe, dzięki czemu mogłyby dokonywać przelotów nad naukowo interesującymi strukturami powierzchni, znajdującymi się poza obszarami potencjalnych lądowań w ramach programu Apollo. Mogłyby również wejść na księżycowe orbity polarne, wykonywać mapy całej powierzchni Księżyca. Zainstalowane spektrometry promieniowania gamma oraz sensory pracujące w podczerwieni, mogłyby zostać użyte do wykonania mapy mineralogicznej. Scherer także zaproponował misję dedykowaną badaniom interakcji plazmy słonecznej z powierzchnią Srebrnego Globu oraz detekcji księżycowego pola magnetycznego, jeśli takowe istnieje. Sondy Lunar Orbiter od 1 do 10 kosztowałyby około 198 milionów dolarów. Scherer szacował, że dodanie kolejnych misji od 11 do 15, zwiększyłoby koszta programu o 95 milionów dolarów.

Laboratorium Napędu Odrzutowego (JPL) w Pasadenie (Kalifornia), po raz pierwszy zaproponowało ambitny program Voyager Mars/Venus w roku 1960. W grudniu 1963 roku, Voyager nie był jeszcze programem zatwierdzonym przez NASA, choć studia projektu kontynuowano w JPL oraz ośrodkach NASA. Zdaniem Donalda Heartha, menadżera Lunar and Planetary Program Office, odpowiedzialnego za Voyagera, NASA przydzieliła około 7,1 miliona dolarów na studia projektowe w latach 1962-1963. Z tej sumy większość funduszy, za wyjątkiem 1,3 miliona dolarów, została przesunięta na pokrycie deficytu w budżetach innych programów.

Zakładając, że NASA zatwierdzi jego rozwój, sonda Voyager składałaby się z trzech części: 907 kilogramowego orbitera, około 900 kilogramowego stopnia hamującego (retro-stage) oraz 1130 kilogramowego lądownika. Oba pojazdy opuściłyby ziemię w trakcie pojedynczego startu rakiety Saturn IB, wyposażonej w trzeci stopień napędowy, którym miałby zostać Centaur. W przypadku misji marsjańskiej, lądownik Voyagera oddzieliłby się od swojego orbitera podczas podchodzenia do planety, następnie wszedłby w atmosferę bezpośrednio po swojej trajektorii międzyplanetarnej (o dużej prędkości). Po przejściu przez atmosferę lądownik osiadłby na powierzchni Czerwonej Planety w odległości nie większej niż 500 kilometrów od wybranego miejsca docelowego. Następnie rozpocząłby trwający sześć miesięcy okres badań. Po zwolnieniu lądownika, orbiter Voyager  uruchomiłby swój stopień hamujący, dzięki któremu zmniejszyłby swoją prędkość w stopniu umożliwiającym jego przechwycenie przez grawitację Marsa i wejście na orbitę planety.

Hearth oznajmił Webb’owi, Dryden’owi i Seamans’owi, że marsjański lądownik Voyager 1969, zabierałby na pokładzie imponujący zestaw 38 instrumentów naukowych, w tym dwie kamery telewizyjne, wiertło pobierające próbki, detektory procesów biologicznych, mikroskop, sejsmometr, mikrofon oraz czujniki meteorologiczne. Orbiter Voyager 1969 zawierałby instrumenty pokładowe, w tym: kolorowe, stereoskopowe kamery telewizyjne, spektrometr podczerwieni do określenia składu powierzchni na dużym obszarze, magnetometr do pomiarów marsjańskiego pola magnetycznego, detektor pyłu kosmicznego oraz detektor słonecznego promieniowania rentgenowskiego.

Choć zdolne do wykonania większej ilości badań, niż jakikolwiek inny pojazd kosmiczny przeznaczony do badań Księżyca lub innych planet w tym czasie, to Voyagery wynoszone za pośrednictwem zestawu Saturn IB-Centaur byłyby niczym w porównaniu do planowanych kolejnych misji, nazwanych Advanced Voyagers, które miałyby wykorzystywać w tym celu rakiety Saturn V. Hearth wyjaśnił, że ta ciężka rakieta księżycowa mogłaby wynieść na trajektorię marsjańską ważący 1400 kilogramów orbiter oraz jeden lub więcej lądowników o bezpośredniej trajektorii wejścia w atmosferę, ważących łącznie około 15000 kilogramów. Te „duże, lądujące laboratoria” mogłyby przenosić łaziki, balony i poduszkowce do eksploracji rejonów oddalonych od miejsc lądowań. Alternatywnie, orbiter Advanced Voyager, mógłby zabrać ze sobą duży stopień hamujący, który pozwoliłby mu zachować swój lądownik po wejściu na orbitę marsjańską. Według Heartha, zejście do lądowania z orbity Marsa oznaczałoby znaczny wzrost dokładności lądowania.

Hearth ocenił, że Program Voyager kosztowałby około 2.9 miliarda dolarów, wydatkowanych przez okres 11 lat. Zakładając, że program byłby gotowy o czasie, NASA mogłaby wystrzelić testowe loty Voyagerów w 1967 oraz 1968 roku, misje skierowane do Marsa w 1969, 1971 oraz 1973 roku, a misje do Wenus w 1970 i 1972 roku. Misje w ramach Advanced Voyager Mars mogłyby zostać wysłane w 1973 i 1975 roku.

W ciągu tygodnia od daty spotkania, mającego miejsce 2 grudnia, James Webb poinformował Orana Nicksa, że NASA nie może sobie pozwolić na rozszerzenie zakresu misji bezzałogowych na Księżyc oraz planety Układu Słonecznego.  Z drugiej strony, choć Ranger 6 okazał się zawstydzającą porażką, to Rangery 7 i 8 osiągnęły sukces i program zakończył się udaną misją naukową Rangera 9 do krateru Alphonsus w Marcu 1965 roku. Wszystkie te pojazdy należały do typu „Block III”, ich następcy typu „Block V” nigdy nie odbyły lotu kosmicznego. Pięć pojazdów Lunar Orbiter wykonało mapy Księżyca pomiędzy sierpniem 1966 a styczniem 1968. Ale sondy tej serii, noszące numery 4 i 5 były wysłane na orbity bliskie polarnym w celu przeprowadzenia badań naukowych. Misje Surveyor zakończyły się po siódmym locie – misji naukowej do młodego krateru Tycho w styczniu 1968 roku.

Na lata sześćdziesiąte i początek lat siedemdziesiątych przypadło w sumie siedem udanych misji Marinerów. W lipcu 1965 roku, Mariner IV stał się pierwszym pojazdem kosmicznym, który przeleciał w pobliżu Marsa. Żadna z sond tego typu nie przenosiła jednak lądownika ani próbnika atmosferycznego, choć Mariner 9 (od maja 1971 do października 1972 roku) stał się pierwszym orbiterem Marsa. Mariner 10, ostatni z serii, został pierwszą sondą, która przeleciała w pobliżu Merkurego (w praktyce dokonała trzech takich przelotów w marcu 1974, wrześniu 1974 oraz marcu 1975 roku, dzięki zastosowaniu manewrów asysty grawitacyjnej).

Studia Programu Voyager trwały aż do sierpnia 1967 roku, kiedy to Kongres ostatecznie odmówił finansowania jego rozwoju. W następstwie tego faktu, NASA zdecydowała się zaproponować program lądowania na powierzchni Marsa, oparty o hardware Marinerów, nazwany Viking, który otrzymał wsparcie finansowe w 1968 roku. Dzięki temu dwie pary orbiter-lądownik (Viking 1 oraz Viking 2) badały Marsa począwszy od roku 1976. Nazwa Voyager powstała jeszcze z martwych stała się niemal synonimem sukcesu, dzięki jej wykorzystaniu w nowym programie eksploracyjnym, mającym badać zewnętrzne planety Układu Słonecznego – Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna – i mającym swoje korzenie w misjach Marinerów. Nowy program Voyager zrealizowano w latach 1979-1989, a obecnie nadal on funkcjonuje jako sondy badające środowisko Układu Słonecznego na granicy heliosfery.

David S.F. Portree
Beyond Apollo blog

Na podstawie:

Briefing for the Administrator on Possible Expansion of Lunar and Planetary Programs, NASA Headquarters, December 2, 1963.

Rakieta Atlas-Centaur wynosząca Surveyora 1 (NASA/GRIN/GPN-2000-000617)Start rakiety Saturn IB, wynoszącej kapsułę Apollo 7. Rakieta tego typu nigdy nie została jednak użyta wraz z dodatkowym stopniem Centaur (NASA/GRIN/GPN-2000-001171)

Share.

Comments are closed.