Pioneer (Pioneer Able; Able - по названию второй ступени РН Thor Able I)

▲ Натурный макет Лунного зонда ВВС США (Pioneer 0/1/2) в фондах Национального аэрокосмического музея NASM

Американский КА.
Аппарат был разработан в Лаборатории космической техники STL (Space Technology Laboratories) по заказу Управления баллистических ракет ВВС США (Air Force Ballistic Missile Division).
Разработка аппаратов Pioneer для исследования Луны началась летом 1957 г. и получила официальное одобрение 27 марта 1958 г.
Задача:
выход на селецентрич. орбиту; телесъёмка Луны; изучение магнитных полей, радиационной и микрометеоритной обстановки
Итоги полётов
3 запуска. 2 - аварии РН, 1 - неудачный. Однако в двух удалось получить научные данные.
Название РН
«Тор-Эйбл I»
Космодром
ETR, пл 17A
Масса, кг
Стартовая масса 37,9 (1-й), 34,2 (2-й), 39,2 (3-й)
Масса корпуса с тормозным РДТТ - 20 кГ, бортового оборудования - 17,9 кГ. (на 3-м - 16,0)
Размеры
Высота аппарата - 76,2 см, диаметр большего основания - 73,6 см.
Планируемая длительность работы:
Перелёт до Луны - 65 часов, неделя на селец.орбите
ДУ:
1) тормозной РДТТ, снижающий скорость на 850 м/с
2) восемь малых РДТТ. Их предполагалось включать попарно для компенсации отклонения траектории от расчетной и сбрасывать после использования. Максимальное возможное приращение скорости составляло 25.5 м/с. Ориентация, стабилизация
Аппараты стабилизировались вращением.
Аппаратура:
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.
На 3-м КА сканирующая телевизионня установка разработана Лабораторией космической техники; в состав научной аппаратуры дополнительно включен пропорциональный счетчик. Электропитание
Электропитание обеспечивали 16 ртутных аккумуляторов для питания всех цепей КА и две специальные батареи: никель-кадмиевая для включения РДТТ и оксидно-серебряный аккумулятор для телевизионной системы.
Связь
Система связи включает две 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. Телеметрия передавалась на частоте 108.06 МГц через дипольную, а телевизионная информация - на частоте 108.09 МГц через рамочную антенну. Команды управления принимались на дипольную антенну на частоте 114.813 МГц.
Наблюдение за полетом велось наземными станциями STL, построенными в апреле - августе 1958 г. и оснащенными большими крупногабаритными антеннами, - Малабар во Флориде, Хило на Гавайских о-вах, Миллстоун-Хиллз в Массачусетсе и Сингапуре, а также с помощью британского радиотелескопа в Джодрелл-Бэнк.
Конструкция
Конструктивно зонд представлял собой тело вращения диаметром 73.7 см, составленное из плоского цилиндра высотой 15.2 см и усеченных конусов высотой 16.5 см на обоих торцах. Спереди (по линии полета) был установлен тормозной двигатель ТХ-8-6 массой 11 кг. Общая высота КА с учетом выступающего сопла РДТТ, но без антенн, составляла 61 см. С противоположной стороны - снаружи, на опорном кольце - стояли восемь малых РДТТ. На опорном кольце крепилась рамочная антенна, а дипольная устанавливалась на нижнем конусе. Гермокорпус окрашивался в голубой цвет и покрывался черными полосами для поддержания стабильной температуры во время полета. Корпус изготовлен из стекловолокна.
достижения, рекорды
Pioneer 1 преодолел треть расстояния до Луны, установив рекорд удаления КА от Земли - 113 800 км
Старты
17.08.1958 - «Лунный зонд ВВС США» (Air Force Lunar Probe) (неофициально - Able 1). Больше известен под названием Pioneer 0.
Аппарат погиб из-за аварии первой ступени: вследствие отказа турбонасоса прекратилась подача окислителя, и носитель взорвался через 73.6 сек после старта на высоте 15 км. Телеметрическая информация с КА и верхней ступени ракеты шла до 123-й секунды, траекторные измерения проводились до момента падения ступени в океан.
11.10.1958 в 08:42 UTC - Pioneer 1. При отключении ДУ первой ступени скорость была на 240 м/с выше номинальной, а ее направление было на 2.5° выше заданного. Вторая ступень отработала 104 сек и выключилась от акселерометра при скорости приблизительно 7050 м/с. Из-за движения по нерасчетной траектории она оказалась на 58 м/с ниже требуемой, а отклонение по углу места достигло 3°. На участке работы 3-й ступени к нему добавилось боковое отклонение на 5°, связанное, по-видимому, со сбоем ориентации из-за включения РДТТ в момент, когда его сопло было еще частично закрыто несимметричной конструкцией днища 2-й ступени. В итоге 3-я ступень отклонилась примерно на 6° и недобрала 208 м/с. Все восемь корректирующих двигателей были включены, но это не позволило достичь расчетной скорости. Зонд вышел на баллистическую траекторию и достиг максимального удаления от поверхности Земли 113 800 км (по первоначальному сообщению, 127 630 км.). Наблюдение за его полетом велось наземными станциями STL, оснащенными большими крупногабаритными антеннами, - Малабар во Флориде, Хило на Гавайских о-вах, Миллстоун-Хиллз в Массачусетсе и Сингапур, а также с помощью британского радиотелескопа в Джодрелл-Бэнк.
После обнаружения отклонения траектории от расчетной 11 и 12 октября было предпринято четыре попытки запустить тормозной РДТТ, чтобы превратить Pioneer 1 в высотный искусственный спутник Земли, однако ртутный аккумулятор уже замерз и не смог замкнуть реле командной цепи. КА летел 43 час 17.5 мин, в течение которых передавал телеметрическую информацию. Передачи прекратились утром 13 октября, когда зонд вошел в плотные слои атмосферы над Тихим океаном вблизи берегов Перу.
Задача пуска не была выполнена, но специалисты все же смогли получить ценные научные данные. Были проведены измерения магнитного поля Земли и межпланетного пространства, установлена неожиданно низкая плотность потока микрометеоритов. В состав полезного груза массой 18 кг была дополнительно включена ионизационная камера Джеймса ван Аллена для измерения суммарной космической радиации, с помощью которой впервые был прослежен до высоты 24000 км радиационный пояс и оценен его максимум - не менее 10 Р/час.
8.11.1957 - Pioneer 2. В комплекте научной аппаратуры общей массой 15.6 кг телевизионная система NOTC была заменена новой, разработанной STL и предназначенной для съемки обратной стороны Луны с разложением на 126 линий, а также добавился пропорциональный счетчик Университета Чикаго для измерения радиационных параметров. На этот раз по неустановленной причине не прошла команда на включение третьей ступени. Зонд отделился, прошел по баллистической траектории с максимальной высотой 1548 км и сгорел в атмосфере над Центральной Африкой. Но за время 38-минутного полета с помощью ионизационной камеры и пропорционального счетчика удалось получить доказательства того, что вблизи геомагнитного экватора интенсивность радиационного пояса значительно возрастает, а микрометеоритный датчик показал существенное число ударов.

Расчетная циклограмма запуска КA Pioneer 0/1/2
Время от старта, сек	Событие	Высота, км	Дальность, км	Инерциальная скорость, м/с
0.0	Старт	0.0	0.0	409.0
10.0	Начало разворота по тангажу	0.2	0.0	411.2
140.0	Окончание разворота по тангажу	67.0	90.2	3206.5
159.5	Выключение ДУ 1 -й ступени	95.4	153.2	4854.5
269.3	Выключение ДУ 2-й ступени	312.4	688.0	7167.4
306.3	Выключение ДУ 3-й ступени	414.8	953.8	10733.8