home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Space & Astronomy / Space and Astronomy (October 1993).iso / mac / TEXT_ZIP / spacedig / V15_0 / V15NO064.ZIP / V15NO064
Internet Message Format  |  1993-07-13  |  47KB

  1. Date: Tue,  4 Aug 92 05:02:27    
  2. From: Space Digest maintainer <digests@isu.isunet.edu>
  3. Reply-To: Space-request@isu.isunet.edu
  4. Subject: Space Digest V15 #064
  5. To: Space Digest Readers
  6. Precedence: bulk
  7.  
  8.  
  9. Space Digest                Tue,  4 Aug 92       Volume 15 : Issue 064
  10.  
  11. Today's Topics:
  12.      Electronic Journal of the ASA (EJASA) - August 1992 [Part 1]
  13.  
  14.     Welcome to the Space Digest!!  Please send your messages to
  15.     "space@isu.isunet.edu", and (un)subscription requests of the form
  16.     "Subscribe Space <your name>" to one of these addresses: listserv@uga
  17.     (BITNET), rice::boyle (SPAN/NSInet), utadnx::utspan::rice::boyle
  18.     (THENET), or space-REQUEST@isu.isunet.edu (Internet).
  19. ----------------------------------------------------------------------
  20.  
  21. Date: 3 Aug 92 15:25:09 GMT
  22. From: Larry Klaes <klaes@verga.enet.dec.com>
  23. Subject: Electronic Journal of the ASA (EJASA) - August 1992 [Part 1]
  24. Newsgroups: sci.astro,sci.space,sci.misc
  25.  
  26.                           THE ELECTRONIC JOURNAL OF
  27.                   THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF THE ATLANTIC
  28.  
  29.                       Volume 4, Number 1 - August 1992
  30.  
  31.                          ###########################
  32.  
  33.                               TABLE OF CONTENTS
  34.  
  35.                          ###########################
  36.  
  37.           * ASA Membership and Article Submission Information
  38.  
  39.           * The Great Moon Race: The Commitment - Andrew J. LePage
  40.  
  41.                          ###########################
  42.  
  43.                          ASA MEMBERSHIP INFORMATION
  44.  
  45.         The Electronic Journal of the Astronomical Society of the Atlantic
  46.     (EJASA) is published monthly by the Astronomical Society of the
  47.     Atlantic, Incorporated.  The ASA is a non-profit organization dedicated
  48.     to the advancement of amateur and professional astronomy and space
  49.     exploration, as well as the social and educational needs of its members.
  50.  
  51.         ASA membership application is open to all with an interest in
  52.     astronomy and space exploration.  Members receive the Journal of the
  53.     ASA (hardcopy sent through United States Mail - Not a duplicate of this
  54.     Electronic Journal) and the Astronomical League's REFLECTOR magazine.
  55.     Members may also purchase discount subscriptions to ASTRONOMY and
  56.     SKY & TELESCOPE magazines.
  57.  
  58.         For information on membership, you may contact the Society at any
  59.     of the following addresses:
  60.  
  61.         Astronomical Society of the Atlantic (ASA)
  62.         c/o Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA)
  63.         Georgia State University (GSU)
  64.         Atlanta, Georgia  30303
  65.         U.S.A.
  66.  
  67.         asa@chara.gsu.edu
  68.  
  69.         ASA BBS: (404) 564-9623, 300/1200/2400 Baud.
  70.  
  71.         or telephone the Society Recording at (404) 264-0451 to leave your
  72.     address and/or receive the latest Society news.
  73.  
  74.         ASA Officers and Council -
  75.  
  76.         President - Don Barry
  77.         Vice President - Nils Turner
  78.         Secretary - Ingrid Siegert-Tanghe
  79.         Treasurer - Mike Burkhead
  80.         Directors - Bill Bagnuolo, Eric Greene, Tano Scigliano
  81.         Council - Bill Bagnuolo, Bill Black, Mike Burkhead, Frank Guyton, 
  82.                   Larry Klaes, Ken Poshedly, Jim Rouse, Tano Scigliano,
  83.                   John Stauter, Wess Stuckey, Harry Taylor, Gary Thompson, 
  84.                   Cindy Weaver, Bob Vickers
  85.  
  86.         ARTICLE SUBMISSIONS -
  87.  
  88.         Article submissions to the EJASA on astronomy and space exploration
  89.     are most welcome.  Please send your on-line articles in ASCII format to
  90.     Larry Klaes, EJASA Editor, at the following net addresses or the above
  91.     Society addresses:
  92.  
  93.         klaes@verga.enet.dec.com
  94.         or - ...!decwrl!verga.enet.dec.com!klaes
  95.         or - klaes%verga.dec@decwrl.enet.dec.com
  96.         or - klaes%verga.enet.dec.com@uunet.uu.net
  97.  
  98.         You may also use the above addresses for EJASA back issue requests,
  99.     letters to the editor, and ASA membership information.
  100.  
  101.         When sending your article submissions, please be certain to include
  102.     either a network or regular mail address where you can be reached, a
  103.     telephone number, and a brief biographical sketch.
  104.  
  105.         DISCLAIMER -
  106.  
  107.         Submissions are welcome for consideration.  Articles submitted,
  108.     unless otherwise stated, become the property of the Astronomical
  109.     Society of the Atlantic, Incorporated.  Though the articles will not
  110.     be used for profit, they are subject to editing, abridgment, and other
  111.     changes.  Copying or reprinting of the EJASA, in part or in whole, is
  112.     encouraged, provided clear attribution is made to the Astronomical
  113.     Society of the Atlantic, the Electronic Journal, and the author(s).
  114.     Opinions expressed in the EJASA are those of the authors' and not
  115.     necessarily those of the ASA.  This Journal is Copyright (c) 1992 
  116.     by the Astronomical Society of the Atlantic, Incorporated.
  117.  
  118.  
  119.                 THE GREAT MOON RACE: THE COMMITMENT
  120.  
  121.              Copyright (c) 1992 by Andrew J. LePage
  122.  
  123.     The author gives permission to any group or individual wishing
  124.     to distribute this article, so long as proper credit is given
  125.     and the article is reproduced in its entirety.
  126.  
  127.         Introduction
  128.  
  129.         As the 1950s were drawing to a close, the general perception 
  130.     was that the American space program was lagging further behind the
  131.     Soviets.  While the Soviets had their share of failures, these were
  132.     generally unknown outside the small group privy to the needed intel-
  133.     ligence information.  All the public knew was that the Soviets had
  134.     made three spectacular lunar missions, while only one of America's
  135.     PIONEER Moon probes managed to break the gravitational bonds of 
  136.     Earth to make it anywhere near its target. 
  137.  
  138.         During 1959, while the Soviets managed one space first after
  139.     another, the newly formed National Aeronautics and Space Admini-
  140.     stration (NASA) was busy consolidating its new empire and began
  141.     formulating plans to meet the formidable Soviet challenge.  In late
  142.     December of 1959, the Jet Propulsion Laboratory (JPL) was directed to
  143.     make plans for five lunar missions to take place in 1961 and 1962. 
  144.     Throughout 1959, JPL and the Army Ballistic Missile Agency (ABMA) were
  145.     already studying follow-on lunar missions that would make use of a
  146.     three-stage ATLAS-VEGA launch vehicle specifically designed for lunar
  147.     and planetary missions.  With the cancellation of JPL's home-grown
  148.     ATLAS-VEGA on December 11, 1959, these missions would have to make
  149.     use of the soon to be available ATLAS-AGENA B being developed by the
  150.     United States Air Force (USAF). 
  151.  
  152.         Two of the major problems with the launch vehicles used to date
  153.     for the American lunar missions were the small payloads that could be
  154.     carried and the inaccuracy of these rockets.  The THOR-ABLE, JUNO II,
  155.     and ATLAS-ABLE were far from ideal for lunar missions.  Their upper
  156.     stages were undersized for their booster stages and were essentially
  157.     existing rockets that were quickly kludged together for the task.  In
  158.     addition they could only use direct ascent trajectories to inject their 
  159.     payloads, which resulted in large gravity losses as these rockets 
  160.     climbed more or less straight out of Earth's gravity well.  This type 
  161.     of trajectory greatly magnified any velocity or aiming errors. 
  162.  
  163.         Ideally the upper stage and its payload would first be placed into
  164.     a temporary parking orbit around Earth.  Once the precise orbit had
  165.     been determined, the upper stage would ignite at exactly the right
  166.     moment to insure accuracy.  With the upper stage firing approximately
  167.     in line with the horizon, gravity losses are minimized.  The ATLAS-
  168.     AGENA B was designed to do precisely that. 
  169.  
  170.         Development of the AGENA upper stage began in 1956 under a USAF
  171.     contract with the Lockheed Missiles and Space Company.  This stage
  172.     was specifically designed to be used with a modified THOR or ATLAS D. 
  173.     The AGENA B was a greatly modified version of the original AGENA A. 
  174.     It was over eight feet (2.5 meters) longer to accommodate a larger
  175.     propellant supply and replaced the A model's Bell Aerospace Hustler
  176.     8048 engine with a slightly more powerful 8081, which also possessed 
  177.     an in-orbit restart capability. 
  178.  
  179.         The THOR-AGENA was used to launch the experimental DISCOVERER
  180.     military satellite series into polar orbits.  Flights with the
  181.     THOR-AGENA A had started on February 28, 1959 and flew successfully
  182.     ten times out of fifteen attempts before it was replaced by the
  183.     improved THOR-AGENA B, whose first flight took place on October 26,
  184.     1960.  The AGENA B demonstrated its all-important restart capability
  185.     for the first time with a one-second burn on the flight of DISCOVERER
  186.     21, launched on February 18, 1961. 
  187.  
  188.         The ATLAS-AGENA was originally designed to place large payloads,
  189.     such as the MIDAS experimental early warning satellite and the SAMOS
  190.     reconnaissance satellite, into medium altitude Earth orbits.  The
  191.     ATLAS-AGENA A flew only four times between February of 1960 and
  192.     January of 1961 with limited success.  The first flight of the
  193.     improved ATLAS-AGENA B took place on July 12, 1961 with the success-
  194.     ful launch of MIDAS 3.  The ATLAS D was modified for this task by
  195.     stiffening its forward bulkheads to handle the heavier payload and
  196.     replacing its MA-2 propulsion system with the uprated MA-3 system
  197.     being used on the improved ATLAS E/F silo based ICBM then under
  198.     development.  This change resulted in an eight percent increase in
  199.     liftoff thrust over the basic ATLAS D ICBM.  By the summer of 1961,
  200.     the AGENA had operated successfully twenty-one times out of twenty-
  201.     nine opportunities; a very respectable record in these early years 
  202.     of space rocketry. 
  203.  
  204.         RANGER is Born
  205.  
  206.         By the end of January in 1960, JPL's new lunar project, RANGER,
  207.     had taken form.  The five flights would use two spacecraft designated
  208.     Block I and Block II.  The first two flights would make use of the
  209.     Block I spacecraft.  They were meant to be engineering test flights
  210.     which would place RANGER into an extended Earth orbit with a perigee
  211.     of 37,500 miles (60,300 kilometers) and an apogee of 685,000 miles
  212.     (1.1 million kilometers).  These 675-pound (307-kilogram) three-axis
  213.     stabilized spacecraft would be the forerunner of not only the RANGER
  214.     Moon probes but also the MARINER A and B spacecraft designed to
  215.     explore the planets Venus and Mars, respectively. 
  216.  
  217.         Test flights of this spacecraft were deemed necessary to test the
  218.     interface between the probe and launch vehicle, as well as determine
  219.     whether all the "bugs" had been worked out of controlling a three-axis
  220.     stabilized spacecraft.  Three-axis stabilized spacecraft provide a more
  221.     stable platform for certain instruments, such as cameras, than do spin-
  222.     stabilized probes like ARPA's and NASA's previous PIONEER Moon probes.  
  223.     Typically, one axis is pointed towards the Sun to provide illumination 
  224.     for the spacecraft's power producing solar panels.  With the RANGER 
  225.     probes, the other celestial reference used was Earth itself. 
  226.  
  227.         At RANGER's base was a 430-pound (195-kilogram) hexagon shaped
  228.     magnesium frame bus five feet (1.52 meters) across that contained 
  229.     the spacecraft's central computer and sequencer which controlled the
  230.     spacecraft, a 125-pound (57-kilogram) silver-zinc battery providing
  231.     nine kilowatt-hours of backup electrical energy (enough for about two
  232.     days), a one-quarter-watt and a three-watt radio transmitter, and the
  233.     attitude control system.  Attitude reference was provided by six Sun
  234.     sensors, two Earth sensors, and three gyros. 
  235.  
  236.         Extending from the sides of the bus were a pair of solar panels
  237.     containing 8,680 solar cells to provide 155 to 210 watts of power for
  238.     the spacecraft.  Also extending from the base was a hinged dish-shaped
  239.     high-gain communications antenna four feet (1.22 meters) across, 
  240.     which would be pointed at Earth with the aid of a light sensor.  The
  241.     spacecraft maintained its attitude with the use of ten nitrogen gas
  242.     jets supplied by 2.4 pounds (1.1 kilograms) of compressed nitrogen
  243.     held in three tanks. 
  244.  
  245.         On top of the bus was an open aluminum truss structure topped
  246.     with a low-gain antenna to aid in communications with Earth when the
  247.     probe's high-gain antenna could not be used.  When deployed in space,
  248.     the Block I spacecraft was about thirteen feet (four meters) tall and
  249.     seventeen feet (5.2 meters) across its extended solar panels.  A total
  250.     of ten scientific instruments would be carried to study solar and
  251.     cosmic radiation, cosmic dust, magnetic and electric fields, and
  252.     perform engineering tests concerning mechanical friction and solar
  253.     cell performance.  These experiments were mounted at various points 
  254.     on the bus and open truss structure.  Some of these devices carried
  255.     independent battery power supplies. 
  256.  
  257.         The Block II spacecraft would actually travel to the Moon starting
  258.     in early 1962.  The basic bus was similar to the one used on the Block
  259.     I probe, but the open truss structure above it was replaced with a new
  260.     payload:  A 330-pound (150-kilogram) package consisting of a small hard
  261.     lander with a 5,080-pound (2,300-kilogram) thrust retrorocket.  The
  262.     Ford Aeronutronic-built hard lander was a 25-inch (64-centimeter)
  263.     diameter sphere weighing 94 pounds (43 kilograms).  The exterior was
  264.     composed of balsa wood to help absorb the force of impact. 
  265.  
  266.         Inside was a smaller twelve-inch (31-centimeter), 56-pound
  267.     (25-kilogram) sphere that was free to rotate on a cushion of freon
  268.     inside the balsa shell.  The primary instrument carried inside this
  269.     capsule was a seismometer sensitive enough to detect the impact of a
  270.     five-pound (2.3-kilogram) meteorite on the opposite side of the Moon. 
  271.     The sensitive components of the seismometer were protected from the
  272.     impact forces by a cushion of heptane.  Also included in the capsule
  273.     was a fifty-milliwatt transmitter, six silver-cadmium batteries, and a
  274.     temperature sensitive voltage oscillator.  The lander was designed to
  275.     survive an impact of 150 miles per hour (67 meters per second). 
  276.  
  277.         The hard lander's interior temperature was controlled by a capsule
  278.     containing 3.7 pounds (1.7 kilograms) of water.  During the hot lunar
  279.     day, the interior would heat up to 86 degrees Fahrenheit (30 degrees
  280.     Celsius) when the water would start to boil under the ambient condi-
  281.     tions.  The temperature would rise no further until all the water
  282.     would boil away, a process that could take as little as a single lunar
  283.     day (fourteen Earth days) or as long as three lunar days, depending on
  284.     conditions.  During the cold lunar night, this heated water - along
  285.     with the heat generated by the lander's internal electronics - would
  286.     keep the interior above the freezing point. 
  287.  
  288.         The 730-pound (332-kilogram), 10.25-foot (3.1-meter) tall Block 
  289.     II RANGER had additional modifications from its predecessor.  First, 
  290.     the battery was reduced in size to 25 pounds (11 kilograms), which
  291.     provided one kilowatt hour of reserve power.  Another modification
  292.     included the use of a 36-pound (16-kilogram) hydrazine-fueled course
  293.     correction engine, providing 50 pounds (23 kilograms) of thrust to
  294.     fine tune its aim as it approached the Moon.  This engine could be
  295.     fired for a maximum of 68 seconds, giving a total velocity change of
  296.     one hundred miles per hour (44 meters per second).  Since any torques
  297.     imparted during this engine's operation could not be compensated with
  298.     the small attitude control jets, this engine was fitted with steering
  299.     vanes at the exit nozzle. 
  300.  
  301.         The Block II RANGER also carried an entirely new set of instruments, 
  302.     including a radar altimeter to provide ranging information as well as 
  303.     data on the lunar surface's radar characteristics, a gamma ray spectro-
  304.     meter mounted on a six-foot (1.8-meter) boom to determine surface 
  305.     composition, and a Radio Corporation of America (RCA) built television 
  306.     camera with a JPL designed 40-inch (102-millimeter) focal length lens.  
  307.     The camera was expected to return over 150 images comprised of two 
  308.     hundred scan lines, each starting at an altitude of 2,400 miles (3,860 
  309.     kilometers).  The instrument would continue transmitting down to 
  310.     fifteen miles (24 kilometers), where objects as small as ten feet 
  311.     (three meters) across could be resolved. 
  312.  
  313.         In order to minimize the chances of Earth organisms reaching the
  314.     Moon, the entire spacecraft was sterilized first by baking components
  315.     for 24 hours at 257 degrees Fahrenheit (125 degrees Celsius), then
  316.     cleaning all the parts with alcohol before they were assembled.
  317.     Finally, the spacecraft was saturated in its AGENA B nose faring 
  318.     with ethylene oxide gas for 24 hours. 
  319.  
  320.         The Flight Plan
  321.  
  322.         There were many variables involved with choosing a proper launch
  323.     window.  First, the length of the trip to the Moon was set to about 66
  324.     hours to maximize the payload while insuring that the spacecraft would
  325.     be near the meridian as viewed from the Goldstone tracking antenna
  326.     (the most sensitive in the network) when RANGER impacted on the Moon. 
  327.     RANGER also had to approach the Moon almost vertically at a precise
  328.     speed because of the fixed velocity increment of the lander's retro-
  329.     rocket.  Because of the imaging requirements and the position of
  330.     celestial references, the landing could only take place on the Moon's
  331.     visible face during a four or five-day period centered on the Moon's
  332.     last quarter phase.  Finally, the requirement that the hard lander's
  333.     antenna have Earth in view meant that it could not be placed more than
  334.     forty-five degrees from the center of the Moon's visible side.  All of
  335.     these constraints limited impact sites to near the lunar equator in
  336.     the eastern part of Oceanus Procellarum. 
  337.  
  338.         A typical mission sequence for the Block II RANGER started with
  339.     the modified ATLAS D placing the AGENA B and RANGER into a parking
  340.     orbit after a short burn from the AGENA B.  After a certain time 
  341.     delay fixed before launch, the AGENA B would reignite to place the
  342.     spacecraft on a path to the Moon.  Once its job was completed, the
  343.     AGENA B separated from the probe and fired small retrorockets to
  344.     distance itself from the craft.  About five minutes after separation
  345.     and forty-eight minutes after launch, RANGER then unfolded its solar
  346.     panels and high-gain antenna to began its search for its first atti-
  347.     tude reference, the Sun.  Once acquired, RANGER switched from its non-
  348.     rechargeable battery to its solar panels for power.  It then began
  349.     a slow roll until its antenna locked on to Earth, its final reference
  350.     point, about four hours after launch. 
  351.  
  352.         Fifteen hours after launch, RANGER would be commanded to make a
  353.     single mid-course correction, if needed, at a distance of 91,000 miles
  354.     (146,000 kilometers) to insure a lunar impact.  During this time,
  355.     internal gyroscopes were used as an attitude reference.  After the
  356.     burn, the fragile gamma ray spectrometer boom was deployed.  As RANGER
  357.     approached the Moon, it began its terminal descent maneuver.  The
  358.     spacecraft switched to its internal battery and turned 180 degrees 
  359.     so that its back end was aligned with the Moon. 
  360.  
  361.         After the high-gain antenna was once again pointed at Earth, the
  362.     probe would begin to acquire television images about thirty-two minutes 
  363.     before impact at an altitude of 2,400 miles (3,900 kilometers).  Images 
  364.     would be taken every thirteen seconds down to an altitude of 37 miles 
  365.     (59 kilometers).  Transmission of this last image would have been 
  366.     completed as the probe reached an altitude of only 15 miles (24 
  367.     kilometers). 
  368.  
  369.         Only 8.1 seconds before the bus crashed into the lunar surface at
  370.     a speed of 6,500 miles per hour (2,900 meters per second), the radar
  371.     altimeter generated a fusing signal at an altitude of 13.3 miles (21.4
  372.     kilometers). At that moment, bolt cutters would free the hard lander
  373.     and retrorocket from the bus.  A three nozzle spin motor fires and
  374.     lifts the package 2.5 feet (0.8 meters) above the bus and imparts a
  375.     three hundred revolutions per minute (rpm) spin.  The retrorocket
  376.     then fires, slowing the capsule to a virtual stop at a height of only
  377.     1,100 feet (335 meters) above the lunar surface.  Explosive bolts cut
  378.     the clamp holding the lander to its retrorocket and the two are
  379.     separated by springs. The hard lander free falls to the surface with
  380.     an impact speed of one hundred miles per hour (45 meters per second),
  381.     give or take twenty miles per hour (nine meters per second). 
  382.  
  383.         Protected from the force of impact by its balsa wood shell, the
  384.     lander rolls to a stop.  The free floating capsule inside the shell
  385.     was made to be bottom heavy so that it would settle into a horizontal
  386.     position.  This allowed its antenna to point towards Earth.  After
  387.     twenty minutes, plugs are blown out, allowing the one-half pint (225
  388.     milliliters) of heptane protecting the seismometer and the freon to
  389.     evaporate into the lunar vacuum, thus fixing the capsule in place and
  390.     allowing the seismometer to operate correctly.  The package would then
  391.     transmit its findings on lunar seismic activity for the next sixty to
  392.     ninety days.  If it worked, the United States would have the first
  393.     high resolution pictures of the Moon as well as the first hard landing
  394.     on its surface. 
  395.  
  396.         More Missions
  397.  
  398.         Before the ink on the RANGER authorization was even dry, NASA had
  399.     plans for even more ambitious lunar missions.  In May of 1960, JPL's
  400.     SURVEYOR project was authorized.  As originally envisaged, SURVEYOR
  401.     would consist of a single basic spacecraft which could be outfitted
  402.     for two different missions.  SURVEYOR A would be designed to land 
  403.     on the lunar surface.  It would weigh about 2,500 pounds (1,100
  404.     kilograms) when launched and carry as much as 345 pounds (157
  405.     kilograms) of instrumentation.  These instruments would include four
  406.     television cameras:  One would be used for approach photography and
  407.     another would be used to monitor a semi-automated drill designed to
  408.     penetrate up to sixty inches (1.5 meters) below the lunar surface. 
  409.     Various instruments would then be used to analyze samples from this
  410.     hole.  Other instruments would include a seismometer and magnetometer,
  411.     along with sensors to measure lunar gravity, radiation, atmosphere,
  412.     and surface mechanical properties. 
  413.  
  414.         The lander would make use of a simple triangular frame upon 
  415.     which the various instruments and thermally controlled electronic
  416.     compartments would be mounted.  It would stand eleven feet (3.5
  417.     meters) from its three landing legs to the top of its mast mounted
  418.     solar panel and high-gain antenna.  After landing at a speed of six
  419.     miles per hour (three meters per second) with the use of a solid
  420.     rocket motor, it would weigh about 750 pounds (340 kilograms).  The
  421.     mission would last for a minimum of thirty days and hopefully as 
  422.     long as ninety days.  The first flight was expected in 1963. 
  423.  
  424.         The second variant considered was SURVEYOR B.  This spacecraft
  425.     would use the same basic structure as the lander but instead would be
  426.     placed into a sixty-mile (one hundred-kilometer) high lunar orbit to
  427.     perform television reconnaissance of the Moon's surface as well as
  428.     perform other measurements of the lunar environment for a period of six
  429.     months.  On January 19, 1961, Hughes Aircraft received the contract to
  430.     build SURVEYOR. 
  431.  
  432.         The launch vehicle for this new lunar spacecraft was to be the
  433.     ATLAS-CENTAUR then under development by NASA.  The CENTAUR was to make
  434.     use of liquid hydrogen and liquid oxygen as propellants; the first
  435.     rocket to do so.  This combination provided about thirty to forty
  436.     percent more thrust pound for pound than most propellants then in use.
  437.     CENTAUR development started officially on August 28, 1958, when the
  438.     USAF received authorization from ARPA to develop a high-energy upper
  439.     stage for use with the USAF's ATLAS D and the ABMA's JUNO V (later 
  440.     to become NASA's SATURN I).  By October of that year, Convair had
  441.     received the contract to develop and build CENTAUR. 
  442.  
  443.         Because of the political climate of the time, the development
  444.     program was transferred to NASA in July of 1959 with the USAF relegated
  445.     to an advisory role.  The ATLAS booster to be used with the CENTAUR
  446.     was to be a modified version of the ATLAS D ICBM.  The forward
  447.     propellant tank was modified to accept the wider and heavier upper
  448.     stage and a new MA-5 engine assembly providing ten percent more
  449.     liftoff thrust than when the baseline ATLAS D MA-2 was used. 
  450.  
  451.         The development of a hydrogen fueled rocket proved to be very
  452.     difficult.  One technical problem followed another, delaying the launch
  453.     of the first test article.  Finally, on May 8, 1961, the first ATLAS-
  454.     CENTAUR was launched.  After forty-four seconds of flight, CENTAUR's 
  455.     insulation panels started ripping off the ascending launch vehicle.  
  456.     Structural failure ensued and the hydrogen fueled CENTAUR exploded 
  457.     54.7 seconds into the flight.  The failure was studied and the stage 
  458.     was redesigned.  More redesign work added additional weight to this 
  459.     highly innovative upper stage and the expected performance dropped.  
  460.     As time wore on, it became clear that CENTAUR would not be available 
  461.     as soon as engineers and space planners would like. 
  462.  
  463.         The timing could not have been worse.  Within days of the failure
  464.     of ATLAS-CENTAUR 1, President John F. Kennedy (1917-1963) threw down
  465.     the gauntlet and committed the United States to a manned lunar landing
  466.     by the end of the decade.  The RANGER and SURVEYOR program objectives
  467.     were redirected to support this new effort.  In the coming months the
  468.     U.S. Congress appropriated the needed funds. 
  469.  
  470.     In reponse to President Kennedy's challenge, JPL proposed another
  471.     RANGER variant on June 30, 1961.  On August 29, this third RANGER 
  472.     variant, Block III, was approved.  Using the same bus as the first two 
  473.     versions, the payload to be carried this time was not a hard lander but 
  474.     a 375-pound (170-kilogram) package of six high-resolution television 
  475.     cameras.  Additional instruments to measure the flux of cosmic dust, 
  476.     radiation, and magnetic fields would also be carried.  The mission of 
  477.     the 800-pound (360-kilogram) Block III was to take a series of 1,600 
  478.     images starting at an altitude of 800 miles (1,300 kilometers) and 
  479.     continue down until impact with an expected maximum resolution of only 
  480.     eight inches (twenty centimeters).  Four Block III flights were planned 
  481.     beginning in 1963, using the same ATLAS-AGENA B used in the Block I and 
  482.     II RANGER flights. 
  483.  
  484.         Even more advanced missions were being studied at the time.
  485.     PROSPECTOR was an automated mobile lunar laboratory that would explore
  486.     large areas of the Moon, possibly in conjunction with the manned APOLLO 
  487.     missions.  It could also serve as a "space truck" for astronauts.  
  488.     Because of its anticipated size, a SATURN I (which at the time was to 
  489.     include a modified CENTAUR third stage designated S-V) or even larger 
  490.     launch vehicle would be required to get it off the ground.  In the 
  491.     meantime, NASA had to get the first RANGER into space. 
  492.  
  493.         The First RANGER Flights
  494.  
  495.         By the summer of 1961, the first RANGER, payload P-32, and its
  496.     ATLAS-AGENA B launch vehicle were ready.  The first launch attempt was
  497.     scrubbed a few minutes before launch due to a power failure on the
  498.     ground.  Over the following weeks, eight more countdowns were called
  499.     off due to faults on the ground, in the launch vehicle, or in the
  500.     RANGER itself.  Finally, on August 26, RANGER 1 lifted off into a
  501.     perfect 108 by 174-mile (174 by 280-kilometer) parking orbit. 
  502.  
  503.         After coasting for thirteen minutes, the AGENA B escape stage was
  504.     to reignite for ninety seconds and propel RANGER 1 into deep space.  A
  505.     faulty pressure switch circuit in the AGENA's engine starting system
  506.     prevented a valve from opening.  The engine fired only briefly to
  507.     change the orbit to 105.3 by 312.5 miles (169.4 by 502.8 kilometers). 
  508.     Stranded in low Earth orbit, RANGER 1 separated from its escape stage,
  509.     obediently unfolded it solar panels and aligned itself with the Sun. 
  510.  
  511.         Although not meant to operate in low orbit with its ninety-minute
  512.     day-night cycle, RANGER 1 did operate as intended.  Every time it went
  513.     into Earth's shadow, nitrogen jets would fire and the disoriented
  514.     RANGER would mindlessly start searching for its lost celestial
  515.     reference.  Once back in the sunlight forty-five minutes later, RANGER
  516.     would reacquire the Sun.  While it was operating as well as it could
  517.     under the circumstances, RANGER depleted its supply of attitude
  518.     control gas the day after launch and started tumbling uncontrollably. 
  519.  
  520.         After 111 orbits, RANGER 1 succumbed to atmospheric drag, fell out
  521.     of orbit, and burned up over the Gulf of Mexico on August 30.  During
  522.     its brief life, RANGER 1 did verify that a three-axis spacecraft could
  523.     be controlled as expected.  It was also able to collect a limited
  524.     amount of data on radiation and cosmic rays but was too close to Earth 
  525.     for its magnetometer to operate. 
  526.  
  527.         On November 18, RANGER 2 was launched and entered its parking
  528.  
  529.     orbit.  Again the AGENA B failed to restart properly and RANGER 2 
  530.     was stuck in a quickly decaying 94.9 by 145.7-mile (152.7 by 234.4-
  531.     kilometer) orbit.  No tests were attempted this time and the wayward 
  532.     deep space probe burned up in the atmosphere only six hours after 
  533.     launch.  This time the problem was traced to a roll gyro whose
  534.     malfunction had gone undetected at launch.  With no way to sense a
  535.     rolling motion, the AGENA B started spinning, forcing its propellants 
  536.     to the outside edges of its tanks instead of to the bottom where the 
  537.     feed lines to the engine were located.  When the command to reignite 
  538.     was given, only a brief firing resulted, due to residual propellant in 
  539.     the turbopumps.  More bugs had to be worked out of the ATLAS-AGENA B. 
  540.  
  541.         While the two RANGER Block I spacecraft never made it beyond their
  542.     parking orbits, they did provide enough engineering information to
  543.     prove the basic design.  In September of 1961, it became clear that 
  544.     the ATLAS-CENTAUR would not be available in time to launch the 1,100-
  545.     pound (500-kilogram) MARINER A towards Venus the following August. 
  546.     NASA switched to the MARINER R, which was nothing more than a stripped 
  547.     down, modified RANGER Block I spacecraft weighing 448 pounds (204 
  548.     kilograms) and carrying a minimal science instrument payload of about 
  549.     twenty pounds (nine kilograms). 
  550.  
  551.         The first American Venus probe attempt, MARINER 1, launched on
  552.     July 22, 1962, ended up taking a swim in the Atlantic Ocean due to yet
  553.     another ATLAS-AGENA B malfunction.  MARINER 2 was successfully launched
  554.     on August 27 and operated until twenty days after its December 14 
  555.     encounter with Venus, the first successful flyby of another planet.  
  556.     Closer to home, the RANGER Block II spacecraft would not fare quite 
  557.     as well. 
  558.  
  559.         The first Block II RANGER, P-34, lifted off on January 26, 1962
  560.     after a four-day delay to fix a ruptured intertank insulation bulkhead
  561.     in the ATLAS D booster.  As the ATLAS-AGENA B ascended towards its
  562.     parking orbit, a component in its guidance system failed, disabling
  563.     the radio command system.  Relying on its internal autopilot system,
  564.     the ATLAS placed the AGENA B escape stage and RANGER 3 into a parking
  565.     orbit slightly off course.  After a short coast, the AGENA B came to
  566.     life again and boosted RANGER 3 into an escape trajectory.  Because of
  567.     an incorrect constant in the AGENA guidance program, RANGER 3 was
  568.     thrown even further off course.  Early tracking indicated that RANGER
  569.     3 was operating properly but would miss the Moon by 20,000 miles
  570.     (32,000 kilometers), far too wide a miss for RANGER's small course
  571.     correction engine to negate. 
  572.  
  573.         Since an impact was out of the question, it was decided to
  574.     exercise the various functions of the new Block II spacecraft and
  575.     perform some flyby photography.  The first test was to perform a
  576.     mid-course correction that would also bring RANGER 3 closer to the
  577.     Moon.  The course correction was performed as instructed with an
  578.     accuracy one quarter of one percent of speed and two and one half
  579.     degrees of direction.  Unfortunately, the instructions sent to the
  580.     RANGER were faulty.  An undetected sign inversion in the instructions
  581.     sent to the spacecraft resulted in the maneuver taking place in the
  582.     wrong direction.  Instead of pushing RANGER closer to the Moon, it
  583.     moved the probe further away, resulting in a flyby distance of 
  584.     22,860 miles (36,785 kilometers). 
  585.  
  586.         Forty hours after the course "correction" and some 31,000 miles
  587.     (50,000 kilometers) from the Moon, RANGER 3 was instructed to turn
  588.     towards the Moon and begin imaging this time with instructions
  589.     carrying the proper sign.  Telemetry showed that everything was going
  590.     according to plan, but the spacecraft's high-gain antenna failed to
  591.     properly realign with Earth and the RANGER's computer and sequencer
  592.     failed.  The camera on board did turn on and start transmitting images
  593.     but because of the misaligned antenna, only noisy images containing
  594.     the vidicon camera's reticle marks were received.  Unable to properly 
  595.     transmit its images and accept further commands from Earth, RANGER 3 
  596.     continued past the Moon and into solar orbit.  The cause of the last 
  597.     minute malfunction was never found.  The only scientific data returned
  598.     by the wayward lunar probe were some background radiation readings
  599.     from the gamma ray spectrometer. 
  600.  
  601.         On April 23, 1962, the second Block II spacecraft, RANGER 4, was
  602.     launched - after some delays - in the middle of its allotted launch
  603.     window.  For the first time in the series, the ATLAS-AGENA B operated
  604.     flawlessly, injecting RANGER 4 into a collision course with the Moon. 
  605.     Unfortunately, during the first tracking pass of the receding probe,
  606.     it was discovered that RANGER's master clock had stopped and the
  607.     computer was not responding to ground commands.  Unable to perform any
  608.     functions, RANGER 4 continued on to the Moon and was tracked using the
  609.     hard lander's transmitter.  
  610.  
  611.         After sixty-four hours, the now lifeless probe skimmed the limb of
  612.     the Moon and crashed on its far side at 15.5 degrees south latitude
  613.     and 130.5 degrees west longitude in a crater later named Paschen.
  614.     RANGER 4 became the first U.S. probe to land on the Moon, but not 
  615.     quite in the manner that its designers had planned. 
  616.  
  617.         All hopes rode with the last Block II flight of RANGER 5.  After
  618.     an analysis of the previous failures, several improvements were made
  619.     to the spacecraft.  A hydraulic backup timer activated by the seperation
  620.     of the AGENA escape stage was included to operate automatic functions
  621.     and a ground commanded backup timer in the command encoder was included
  622.     to allow direct ground control.  Both changes would help avoid a repeat
  623.     of the previous two failures.
  624.  
  625.         With less than fifty minutes remaining in the countdown, RANGER's
  626.     transponder failed due to an errant flake of solder shorting out a
  627.     cavity.  With a functioning replacement, RANGER 5 finally lifted off
  628.     from Pad 12 at the Atlantic Missile Ranger on October 18, 1962.  As it
  629.     accelerated towards orbit, a portion of the ATLAS D guidance system
  630.     failed - the same component failure that started a chain of events
  631.     which led to the loss of RANGER's cousin, MARINER 1, just three months
  632.     earlier.  Fortunately, the infamous hyphen excluded from the guidance
  633.     program of the ATLAS 145D that carried MARINER 1 was included in
  634.     RANGER's booster's program; RANGER 5 was successfully placed on a
  635.     trajectory towards the Moon. 
  636.  
  637.         RANGER's close brush with failure at launch was all for naught.
  638.     Some seventy-five minutes after launch, as RANGER 5 was obediently
  639.     settling into its cruise attitude, a short circuit developed in the
  640.     solar panels.  Although the panels' isolation diodes protected the
  641.     power supply from immeadiate failure, RANGER had no means of powering
  642.     itself except with the small backup battery.  Within hours, RANGER 5 
  643.     died from lack of power.  The probe was tracked for eleven days with 
  644.     the lander's transmitter as RANGER 5 passed only 450 miles (724 
  645.     kilometers) over the Moon's trailing edge and on into orbit around 
  646.     the Sun. 
  647.  
  648.         With the loss of the last Block II RANGER, the entire program was
  649.     deemed to be an utter failure.  Not a single scientific objective was
  650.     met and all three spacecraft had suffered major malfunctions.  A board
  651.     of inquiry composed of officials from NASA, the USAF, and industry
  652.     was formed to investigate the failures and recommend changes in the
  653.     spacecraft design and JPL management of the project.  The launch of
  654.     the Block III RANGERs, the first of which, payload P-53, was nearing
  655.     final mechanical assembly, was postponed from the original 1963 launch
  656.     date pending the outcome of the investigation. 
  657.  
  658.         The Race Begins Again
  659.  
  660.         RANGER was not the only program experiencing problems.  SURVEYOR
  661.     was having its own set of growing pains.  In the first half of 1962,
  662.     balloon-borne drop tests of retrorocket equipped models started over
  663.     Holloman Air Force Base in New Mexico.  The first test failed and
  664.     subsequent tests had mixed results.  Still, the tests did supply enough
  665.     information to help fine tune SURVEYOR's landing sequence. 
  666.  
  667.         SURVEYOR's launch vehicle, the ATLAS-CENTAUR, was having more than
  668.     its share of difficulties.  Throughout 1962, design changes were made
  669.     to the vehicle to correct various defects found during its first
  670.     failed launch attempt as well as during ground testing.  In October
  671.     the entire development program was transferred from the Marshall Space
  672.     Flight Center to the Lewis Research Center due to the ever-increasing
  673.     work on the SATURN rocket development at Marshall.  Another test of
  674.     the ATLAS-CENTAUR was not expected until the middle of 1963. 
  675.  
  676.         Because of the CENTAUR design changes, SURVEYOR had to shed some
  677.     weight.  The new design called for a 2,100-pound (950-kilogram) lander
  678.     carrying only 114 pounds (52 kilograms) of instruments.  Advanced
  679.     design work continued and several new options were added to the
  680.     lander's design, including the use of a Martin-Marietta SNAP-11
  681.     nuclear generator to supply SURVEYOR A with 18.6 watts of power for
  682.     ninety days.  This generator would supply minimal power during the
  683.     long lunar night when SURVEYOR's solar panels would be useless. 
  684.  
  685.         By the end of 1962, plans called for seven SURVEYOR A landing
  686.     missions starting in late 1964 and five SURVEYOR B orbiters with the
  687.     first launch expected in 1965.  Options for five or more additional
  688.     landers were being considered.  
  689.  
  690.         Unlike SURVEYOR, the PROSPECTOR automated lunar rover continued to
  691.     gain weight and would likely need the services of one of the Advanced
  692.     SATURN launch vehicles - like the SATURN V - to get it to the Moon.
  693.     The weight gain was due to the expanding scope of PROSPECTOR's mission
  694.     as well as the increasing complexity.  By late 1962, four types of
  695.     missions had been assigned to PROSPECTOR.  One included low altitude
  696.     reconnaissance of various lunar sites with the use of a hovering
  697.     spacecraft.  The second called for landing a rover capable of
  698.     exploring up to fifty miles (eighty kilometers) from the landing
  699.     point.  Another type of mission contemplated for PROSPECTOR was as a
  700.     soil sample return probe.  The last mission envisaged used PROSPECTOR
  701.     as an unmanned cargo ship to support manned lunar exploration.  In
  702.     these overly enthusiastic and naive early days of NASA, the first
  703.     launch of PROSPECTOR was expected in 1966. 
  704.  
  705.         The Soviets were far from idle as the United States launched 
  706.     one Moon probe after another.  The Soviets, like their American
  707.     counterparts, knew the value of using parking orbits and building even
  708.     more powerful launch vehicles to reach distant targets.  Because of
  709.     this, yet another launcher based on the R-7 ICBM was developed.  Later
  710.     called the MOLNIYA after the communication satellites which made
  711.     extensive use of its services, the new rocket replaced the small 
  712.     Block E escape stage used on the first LUNA missions with a pair of 
  713.     much larger stages. 
  714.  
  715.         The Block I stage, which would boost an escape stage and payload
  716.     into a low parking orbit, replaced the small R-7 engine of the Block 
  717.     E stage with the five times more powerful RD-461.  The stage was
  718.     lengthened by over nineteen feet (six meters) to accommodate three
  719.     times as much propellant.  The 7.4-ton (6.7 metric ton) Block L escape
  720.     stage, after a coasting period, would then ignite and boost as much as
  721.     2,600 pounds (1,200 kilograms) towards Venus or Mars and over 3,500
  722.     pounds (1,600 kilograms) towards the Moon.  This was as much as seventy
  723.     percent more payload than what the American ATLAS-CENTAUR was expected 
  724.     to lift once operational. 
  725.  
  726.         As with the American ATLAS-AGENA, the Soviets' MOLNIYA had its
  727.     share of problems.  In no less than ten launch attempts to Venus and
  728.     Mars between 1960 and 1962, the MOLNIYA functioned properly only twice
  729.     to send the ill-fated VENERA 1 and MARS 1 to their intended targets. 
  730.     When the Soviets started sending their second wave of spacecraft to
  731.     the Moon in 1963, they encountered similar problems.  
  732.  
  733.         The first suspected launch of the new LUNA probes on January 4,
  734.     1963 ended in failure when its escape stage failed to ignite on
  735.     command and stranded its payload in a 104 by 122-mile (167 by 196-
  736.     kilometer) parking orbit that decayed the following day.  A second
  737.     attempt on February 2 never even made it that far.  What was left of
  738.     the rocket and payload fell into the Pacific Ocean near Midway Island
  739.     shortly after launch. 
  740.  
  741.         Finally, on April 2, the Soviets announced the launch of LUNA 4.
  742.     Some sort of failure occurred during a complicated maneuver enroute to
  743.     the Moon.  As a result, the 3,135-pound (1,422-kilogram) Moon probe
  744.     flew by its target at an altitude of 5,300 miles (8,500 kilometers)
  745.     and continued into an extended 55,800 by 434,000-mile (89,800 by
  746.     698,000-kilometer) Earth orbit which was eventually perturbed into 
  747.     a solar orbit. 
  748.  
  749.         The mission of LUNA 4 was never announced to the West.  However,
  750.     subsequent LUNA probes were definitely meant to land on the Moon. 
  751.     Only a small amount of data on solar and cosmic rays from LUNA 4 were
  752.     published.  The Soviets took a ten-month hiatus to modify their new
  753.     lunar spacecraft and troubleshoot the unreliable Block L escape stage.  
  754.     In the meantime, it became increasingly clear that the American 
  755.     SURVEYOR would have some competition in the race to land on the Moon. 
  756.  
  757.                Summary of Lunar Probe Launches, 1961-1963
  758.     _______________________________________________________________________
  759.      Name             Launch          Country      Weight       Launch 
  760.               Date                 lbs (kg)      Vehicle
  761.     _______________________________________________________________________
  762.  
  763.         RANGER 1    Aug 23, 1961    US    675 (307)     ATLAS-AGENA B
  764.             Failed deep space engineering test flight
  765.  
  766.     RANGER 2    Nov 18, 1961    US    675 (307)     ATLAS-AGENA B
  767.             Failed deep space engineering test flight
  768.  
  769.     RANGER 3    Jan 26, 1962    US    727 (330)     ATLAS-AGENA B
  770.             Failed lunar hard landing attempt
  771.  
  772.     RANGER 4    Apr 23, 1962    US    729 (331)     ATLAS-AGENA B
  773.             Failed lunar hard landing attempt
  774.  
  775.     RANGER 5    Oct 18, 1962    US    754 (342)     ATLAS-AGENA B
  776.             Failed lunar hard landing attempt
  777.  
  778.     (Unannounced)    Jan  4, 1963    USSR    3130 (1420)?  MOLNIYA
  779.             Failed lunar hard landing attempt
  780.  
  781.     (Unannounced)    Feb  2, 1963    USSR    3130 (1420)?  MOLNIYA
  782.             Failed lunar hard landing attempt
  783.  
  784.     LUNA 4        Apr  2, 1963    USSR    3135 (1422)   MOLNIYA
  785.             Failed lunar hard landing attempt
  786.     _____________________________________________________________________
  787.     Notes:    Probe names given in () are used if no official name exists.
  788.  
  789.         Weights given are the launch weights of the probes and do
  790.         not include any additional equipment that may have been 
  791.         carried by the escape stage.
  792.     _____________________________________________________________________
  793.  
  794.         Bibliography -
  795.  
  796.         Baker, David, THE ROCKET, 1978
  797.  
  798.     Blanc, Sam S., Abraham S. Fischler and Olcott Gardner, MODERN 
  799.     SCIENCE 3, 1963
  800.  
  801.         Burrows, William E., EXPLORING SPACE: VOYAGES IN THE SOLAR SYSTEM
  802.     AND BEYOND, 1990
  803.  
  804.         Clark, Phillip, THE SOVIET MANNED SPACE PROGRAM, 1988
  805.  
  806.     Emme, Eugene M., AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS: AN AMERICAN CHRONOLOGY
  807.     OF SCIENCE AND TECHNOLOGY IN THE EXPLORATION OF SPACE 1915-1960, 1961
  808.  
  809.         Gatland, Kenneth, ROBOT EXPLORERS, 1972
  810.  
  811.     Gatland, Kenneth, THE ILLUSTRATED ENCYCLOPEDIA OF SPACE TECHNOLOGY, 
  812.     1988
  813.  
  814.     Heacock, Raymond L., "RANGER: Its Mission and Its Results", TRW 
  815.     SPACELOG, Summer 1965
  816.  
  817.     Johnson, Nicholas, HANDBOOK OF SOVIET LUNAR AND PLANETARY EXPLORATION,
  818.     1979
  819.  
  820.     Lange, Oswald H. and Richard J. Stein, SPACE CARRIER VEHICLES, 1963
  821.  
  822.     Martz, E. P., Jr., "Optical Problems of Television Recording of 
  823.     the Moon and Planets from Approaching Spacecraft", APPLIED OPTICS, 
  824.     January 1963
  825.  
  826.     Melin, Marshall, "DISCOVERERs XX and XXI", SKY & TELESCOPE, 
  827.     April 1961
  828.  
  829.     Melin, Marshall, "RANGER I", SKY & TELESCOPE, October 1961
  830.  
  831.     Ordway, Fredrick I., III, "A Chronology of Space Carrier Vehicles,
  832.     1957 through 1962", ASTRONAUTICAL ENGINEERING AND SCIENCE, 1963
  833.  
  834.         Sartwell, Frank, "Robots to the Moon", NATIONAL GEOGRAPHIC, 
  835.     October 1962
  836.  
  837.     Schurmeier, H. M., "Lunar Exploration", LUNAR MISSIONS AND 
  838.     EXPLORATION, 1964
  839.  
  840.     Von Braun, Wernher and Fredrick I. Ordway III, HISTORY OF ROCKETRY 
  841.  
  842. ------------------------------
  843.  
  844. End of Space Digest Volume 15 : Issue 064
  845. ------------------------------
  846.