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Die Ranger Mondsonden

Die Anfänge des Ranger Projektes

Kaum warten die ersten Satelliten gestartet, machten sich die USA und die UdSSR schon zum nächsten Himmelskörper auf: Dem Mond. In dieser frühen Phase ging es vornehmlich darum der erste zu sein. In diesem Wettlauf gelang es der Sowjetunion wiederum prestigeträchtig der erste zu sein. Es gelang ihr der erste Mondvorbeiflug, der erste Aufschlag auf dem Mond und die ersten Bilder der Mondrückseite zu gewinnen. Auch hier mussten die USA mit ihren Pioneer Sonden den kürzeren ziehen.

Die nächste Phase war auf Seiten der USA das Able Programm. Dieses hatte das Ziel einen 127 kg schweren Orbiter in eine Mondumlaufbahn zu platzieren. Doch durch die noch unausgereifte Atlas Trägerrakete scheiterten alle Starts dieses Programms. Danach begann bei den USA eine Phase der Konsolidierung. Anstatt hektisch eine Sonde nach der nächsten zum Mond zu schicken, wollte man dessen Erforschung systematisch vorantreiben. Da sich die Sowjets nun auf eine unbemannte Mondlandung konzentrierten, war auch der Druck erster zu sein, genommen.

Man überlegte wie die nächsten Schritte auf den Mond aussehen könnten und kam auf vier mögliche Programme steigender Komplexität:

Man entschied sich für die zweite Option, aus der dann das Projekt Ranger hervorging. Trägerrakete sollte die Atlas-Vega sein. Eine Atlas mit einer noch zu entwickelten Vega Oberstufe. Nachdem die Air Force mit der Agena Oberstufe eine schon eingeführte Oberstufe mit ähnlichen Leistungen wie die Vega hatte, wurde die Atlas-Agena als Trägerrakete gewählt.

Am 21.12.1959 propagierte Abe Silverstein das Projekt Ranger. Es sollte fünf Flüge zwischen 1961 und 1962 umfassen. Die Raumfahrzeuge sollten auf der Mondoberfläche aufschlagen und dabei hochauflösende Fotographien machen. Das gesamte Programm inklusive Flugqualifikation der Atlas-Agena B Trägerrakete, Entwicklung der Raumsonden, ihrer Instrumente und der Kommunikationsinfrastruktur um aus Mondentfernung in rascher Folge Fernsehaufnahmen empfangen zu können sollte in 36 Monaten abgeschlossen werden. Projektmanager war William Pickering, Leiter des JPL, das auch die Raumsonden baute. Er taufte das Programm auch auf seinen Namen: So hieß auch sein Hund.

Die Ranger Block I Sonden

Ranger 1Die Konzeption von Ranger war durchaus modern: Anstatt für jede Mission ein neues Raumfahrzeug zu entwickeln, sollte ein universelles Raumfahrzeug entwickelt werden. Dahinter steckte die Erkenntnis, dass eine Raumsonde und eine Mondsonde im Prinzip dieselben Systeme und Aufgaben haben. Sie unterscheiden sich lediglich in der Instrumentierung. So dachte man an eine gemeinsame Sonde, die zu Venus oder Mars fliegen könnte und zum Mond. Auf Basis der Ranger Block I Sonden wurden später die Mariner 1+2 Sonden entwickelt. Allerdings hatte dieses Konzept einen Nachteil: Für eine Mondmission war Ranger unnötig komplex.

Als man an Ranger heranging dachte die NASA noch an eine andere Trägerrakete, die Atlas-Vega. Die Vega Oberstufe wäre wie die Agena-B Oberstufe eine lagerfähige Oberstufe gewesen. Deren Nutzlast würde 205 kg zur Venus und 360 kg zum Mond betragen und daher wurde als Limit für die ersten Ranger Sonden eine Gesamtmasse von 360 kg festgelegt. Nach einem dreiviertel Jahr und 17 Millionen Dollar, die schon in das Vega Projekt geflossen waren, kam von oberster Stelle das Aus: Präsident Eisenhower hatte Doppelentwicklungen verboten. Daher übernahm die NASA die schon entwickelte Agena Oberstufe der Air Force.

Im Frühjahr 1960 wurde festgelegt, dass es zuerst fünf Ranger Flüge geben würde. Die ersten beiden sollten das Raumschiff in einem Erdorbit testen. Diese hatten vor allem Experimente an Bord welche die solare und kosmische Strahlung maßen. Diese Sonden waren die Block I Sonden.

Die folgenden drei Flüge zum Mond sollten eine Kapsel mitführen die den Aufprall widerstehen sollte. Sie führte ein Seismometer mit sich. Dazu kam ein Gammastrahlenspektrometer und eine TV Kamera. Dies waren die Block II Sonden.

Ranger war aber auch wegen des universellen Ansatzes (der sich auch bewährte, da man für die Mariner 1+2 Missionen Teile von Ranger wie Solarzellenflächen und Struktur übernehmen konnte) eine Erprobungssonde. Sie sollte auf dem Weg zum Mond Technologien und Verfahrensweisen erproben die man für Raumsonden benötigte, auch wenn sie bei dieser Kurzeitmission überflüssig waren. So hatte die Sonde Solarzellen zur Stromversorgung. Bei einem Flug über maximal zwei bis drei Tage Reisezeit reichte aber eigentlich eine Batterie zur Stromversorgung. Ranger verfügte über einen Sequenzer, ein vollautomatisches Steuersystem für die Befehle, obwohl ein Funksignal von der Erde Ranger in maximal 1,3 s erreichte, da war die Bedenkzeit der Ingenieure bei der Kontrolle eher der limitierende Faktor als die Funklaufzeit. Um die Fernsehbilder zu übertragen wurde eine Hochgewinnantenne, eine "Parabolschüssel" verwendet, die die Signale stark bündelte. Sie musste präzise auf die Erde ausgerichtet werden. Auch dies tat die Sonde autonom mit Sonnen- und Erdsensoren. Auch hier hätte man die Ausrichtung vom Boden aus korrigieren können. Die Block I Geräte dienten auch dazu, dieses Equipment auf dem Flug zum Mond zu testen.

Gemeinsamer Aufbau von Ranger Block I+II

Beide Sonden hatten den gleichen Aufbau, jedoch unterschieden sich Experimente und auch das Gewicht der Subsysteme stark.

Systeme der Ranger Block I Sonden

Ranger Block IDie Block I Sonden sollten das Konzept validieren: Ziel war es folgende Systeme zu testen:

Daneben war es auch die Aufgabe die Atlas Agena B als Träger für Planetensonden zu qualifizieren. Dazu sollte diese die beiden Block I Sonden in einen stark elliptischen Orbit mit bis zu 1 Million km Erdferne befördern. Dies nützte man aus um die Sonde mit Experimenten zu bestücken, welche die Umgebung der Erde erforschen sollten.

Als man die Block I entwickelte gab es den Wechsel zur Atlas Agena B von der Vega. Sie hatte jedoch eine geringere Nutzlast als diese, also begann man Gewicht einzusparen. Im Juli 1960 hatte Ranger 34 kg Übergewicht. Man begann eine "Schlankheitskur". Teile der Struktur wurden aus Magnesium gefertigt. Auf der Rückseite der Solarpaneele wurden Löcher eingefräst und einige redundante Systeme waren nun nicht mehr redundant weil man die Reserveeinheiten demontierte, so der Sender mit kleinerer Leistung und das Gesamte Lageregelungskontroll- und Steuersystem.

Dazu bestand Ranger Block I aus folgenden Subsystemen:

System Gewicht
Struktur + Mechanik 60.8 kg
Elektrik und Kommunikation 27.0 kg
Stromversorgung 105 kg
Lagekontrolle 11 kg
Controller (Timer) 4.4 kg
Kabel 33.4 kg
Reibungsexperiment 9.5 kg
Experimente am Mast 51.2 kg
Verbrauchsmaterialen 4.4 kg
max. Startgewicht 306.7 kg

Die Sonden verfügten über eine 53.5 kg schwere Silber-Zink Batterie mit 9000 Wattstunden Kapazität. Diese war allerdings nicht wieder aufladbar. Es gab zwei analoge Telemetriekanäle für Statusdaten, dazu vier digitale, zwei analoge und ein Spezialkanal für wissenschaftliche Daten. Zu dem 3 Watt Sender kam ein sekundärer Sender mit 0.25 Watt Leistung hinzu.

Experimente

Die Rannger I Sonde sollte nach einem möglichen Wasserstoffgasschweif der Erde suchen. Dazu kam die Vermessung des Erdmagnetfeldes. Die weiteren Detektoren sollten die Art und Menge verschiedener kosmischen Strahlen bestimmen. Ein technisches Experiment war das "Friction" Experiment: Es stellte den Reibungskoeffizient verschiedenere rotierender Metallscheiben im Vakuum fest. Dies sollte Daten für zukünftige Lager die im Weltraum zum Einsatz kommen sollten liefern. Folgende Experimente waren an Bord der Ranger Block I Sonden:

Das letzte Experiment ist Vorläufer einer Serie von Kleinsatelliten des US-Verteidigungsministeriums (Vela Hotel). Denn wie man später erkannte, verursachen Atomexplosionen einen charakteristische Röntgenstrahlungsverlauf den man im Weltraum nachweisen kann. So konnten Atomtests der UdSSR überwacht werden.

Die Ranger Block I Starts

Ranger Block I OrbitZiel war es die Ranger Block I Sonden mit einer Atlas-Agena B in einen hochelliptischen Orbit mit 820.000 km Erdferne zu befördern. Dieser Orbit reicht über die Mondumlaufbahn heraus, die bei 384400 km Entfernung von der Erde liegt. Da Ranger Block I leichter als der Block II war und man die Inklination nicht änderte, war dies möglich. Die Agena B Oberstufe musste dazu zweimal zünden. Zum ersten Mal um einen Parkorbit in etwa 140-170 km Höhe zu erreichen und dann ein zweites Mal um diesen in eine lang gestreckte Ellipse zu erweitern. Der Umweg über einen Parkorbit war eine Neuerung. Vorher waren alle Raumsonden direkt zum Mond gestartet. Die Agena zündete dazu zweimal. Einmal für etwa 30 s um einen erdnahen kreisförmigen Orbit zu erreichen, ein zweites Mal dreimal länger um am richtigen Ort die Sonde in die Mondtransferbahn zu befördern.

Die erste Sonde hatte schon ihre Probleme. Am 28.7.1961 begann der erste Countdown. Er wurde dreimal gestoppt. Am 30.7.1961 beim vierten Versuch aktivierte die Sonde innerhalb der Rakete ihre Instrumente und begann die Solarpaneele auszufahren. Irgend etwas hatte die Sequenz die erst nach dem Abtrennen von der Agena anlaufen sollte initiiert. Der Start wurde nicht nur abgebrochen, sondern die Sonde wieder abmontiert, im Hangar teilweise auseinandergenommen und nach dem Fehler gesucht. Man fand die Ursache nie.

Am 22.8.1961 startete Ranger 1 beim fünften Versuch vom Cape. Man wartete auf das Signal der Sonde, doch es kam zuerst keines an. Erst 90 min nach dem Start hatte man Kontakt mit der Sonde. Ranger 1 hatte sich zwar korrekt von der Agena getrennt und seine Solarzellen entfaltet und sich selbst auf die Sonne ausgerichtet, aber die Sonde war in einer falschen Bahn.

Anstatt in einem lang gestreckten Orbit mit 820.000 km Erdferne, war Ranger 1 in einem 168 x 501 km hohen Erdorbit. Die Agena Stufe hatte nach wenigen Sekunden anstatt 90 s Brennzeit abgeschaltet. In diesem Orbit konnte die NASA Ranger 1 kaum anfunken, denn sie bewegte sich mit hoher Geschwindigkeit und war nur jeweils kurz über dem Horizont. Viel schlimmer war jedoch, dass Ranger 1 bei jedem Orbit in den Erdschatten eintrat. Sie verlor die Orientierung und musste sich beim Eintritt in die Tagseite neu ausrichten. Das verbrauchte in hohem Maße den Stickstoff für die Lageregelung. Schon am 24.8.1961 war er erschöpft und Ranger 1 konnte nicht mehr stabil ausgerichtet werden. Dadurch verlor sie auch die Stromversorgung durch die Solarzellen, da diese nun nicht mehr beschienen wurden. Für drei Tage lang bis zum 27.8.1961 konnte die Batterie dies überbrücken und man empfing Daten der Experimente. Am 30.8.1961 trat sie über dem Golf von Mexiko wieder in die Atmosphäre ein und verglühte.

Analysen nach dem Flug zeigten, dass die Agena B die zweite Zündung im Erdorbit fast unmittelbar nach der Zündung abgebrochen hatte. Ein Ventil in der Salpetersäurezuflussleitung zur Brennkammer hatte sich wieder geschlossen. Der Treibstoff, der in die Kammer gelangte, reichte immerhin aus, um Ranger 1 um 70 m/s zu beschleunigen - von einem kreisförmigen 168 km Orbit in den 168 × 501 km Orbit. Der Vorfall wurde genau untersucht und man war sich sicher den Fehler gefunden und eliminiert zu haben,

Am 17.11.1961 fand der Start von Ranger 2 statt. Doch schon bald nach dem Start war klar, das die Agena B Oberstufe wiederum nicht gezündet hatte. Die Sonde verblieb in einem 154 × 234 km hohen Erdorbit. Als dies bemerkt wurde, hatte sich Ranger 2 schon von der Oberstufe gelöst, so wie es vorgegeben war. In diesem niedrigen Orbit hatte Ranger 2 noch größere Probleme sich auf die Sonne auszurichten und schaffte es nicht. Sie geriet ins Taumeln und es gab nur vereinzelt Daten. Da der Orbit sehr niedrig war, war er auch nicht stabil und schon nach dem 19.ten Umlauf, einen Tag später verglühte Ranger 2 wieder in der Erdatmosphäre. Das einzige Experiment das Daten lieferte war das Vela Hotel Experiment des Militärs. Ursache war das Lageregelungssystem der Agena, das es erlaubte dass die Agena zu stark rotierte. Dadurch wurde der Treibstoff an die Tankwände gedrückt und am Boden war zu wenig um eine Zündung zu ermöglichen.

Nun ging die NASA an den Mondflug, obwohl sie wegen des Versagens der Rakete noch nicht einmal das Raumschiff selbst getestet hatte. Dies war, wie sich noch zeigen sollte, fatal.

Ranger Block II

Ranger 3Die Ranger Block II Geräte sollten nun zum Mond fliegen und dort hart aufschlagen. Sie führten eine Balsaholzkapsel mit, welche den Aufschlag überleben sollte.

Im folgenden sollen nur die Unterschiede zu den Block I Geräten erläutert werden. Der augenfälligste Unterschied ist die kugelförmige Kapsel am Ende des Instrumententurms. Diese wog 148 kg und hatte einen Durchmesser von 65 cm.. Sie sollte einigermaßen weich auf dem Mond landen. Gesteuert durch einen Radar Höhenmesser würde in 21 km Höhe, 8 Sekunden vor dem Aufschlag, ein Feststoffantrieb von 5080 Pfund Schub (23 kN) zünden und den Großteil der Restgeschwindigkeit vernichten. In 300 m Höhe hätte der Antrieb die 64 kg schwere Kapsel (ohne Antrieb) abgetrennt die dann im freien Fall mit bis zu 250 km/h hart aufschlägt.

Innerhalb der flüssigkeitsgefüllten Kapsel (zur Reduktion des Schocks) befanden sich ein Sender, Batterien, ein Seismometer Die Füllung bestand aus Freon, einem dielektrischen Fluorkohlenwasserstoff. Die Kapseln sollten für 3,6 Millionen Dollar entwickelt werden. Die Kapsel wäre mit 130-160 km/h auf dem Mond aufgeschlagen. Die eigentlichen Geräte innerhalb der Kapsel wögen nur noch 25 kg. Sie waren in einer 31 cm großen  schweren Fieberglashülle. Es gab zwei Instrumente: Ein Thermometer und ein Seismometer. Letzteres befand sich zuerst in n-Heptan. Nach der Landung sollte eine Sprengladung die Flüssigkeit ablassen. In dem Seismometer war ein Magnet in einer spule. Verschob er sich so veränderte er das elektrische Feld, was bestimmt wurde. Es wog 3,3 kg. Beide Experimente teilten sich einen Sender der von Batterien angetrieben wurde und nur 0,05 Watt Leistung hatte. Zur Temperaturkontrolle dienten 1,7 l Wasser.

Die Gesamthöhe war mit 3.10 m etwas kleiner als bei den Block I Geräten, die Spannweite von 5.20 m blieb gleich, ebenso der Basisdurchmesser des hexagonalen Rahmens von 1.52 m.

Ziel neben dem Absetzen der Kapseln war es Fernsehaufnahmen mit hoher Auflösung in den letzten Minuten vor dem Aufschlag zu machen. Alle 10 Sekunden wäre ein Bild übermittelt worden. Ein weiteres Experiment sollte Gammastrahlen auf dem Weg und am Mond messen. Es galt die Techniken für Kursmanöver und Lagekontrolle auf dem Weg zum Mond zu entwickeln. Weiterhin sollten Erfahrungen im Sterilisieren der Raumfahrzeuge gemacht werden.

Als Neuerung hatten die Block II Sonden in der Mitte der Basis ein Triebwerk für eine Kurskorrektur. Dieses wurde erstmals bei einem Raumschiff mit katalytisch zersetztem Hydrazin angetrieben. Es hatte einen Schub von 222 N und eine Schubvektorkontrolle. Der Treibstoffvorrat reichte aus um die Geschwindigkeit um 43.2 m/s zu ändern.

Der zweite (0.24 W) Emitter von Block I entfiel, dafür hatte die Kapsel einen kleinen 50 mW starken Sender. Geblieben ist der 3 Watt starke Hauptsender, der wie der Kapselsender bei 960 MHz sendete. Die 11.5 kg schwere Silberzinkbatterie hatte nur noch eine Kapazität von 1000 Wattstunden, war aber nun wieder aufladbar. Als "Computer" bekam Ranger die nächste Generation eines Timer/Sequenzer Ein Sequenzer ist ein Gerät, welches zu bestimmten Zeitpunkten vorher im Speicher abgelegte Kommandos ausführte. Die Befehle dafür waren fest verdrahtet. Eine Uhr steuerte wann welcher Befehl ausgeführt wurde. Für das Mittkurskorrekturmanöver das auf den Daten der Flugbahnvermessung beruhte gab es vier Leerstellen im Speicher die man von der Erde aus mit Daten füllen konnte. Mit diesen Kommandos wurde Ranger Block II gesteuert), der gegenüber dem von Block I verbessert war.

Die Zahl der Datenkanäle war auf 9 angewachsen mit maximalen Datenraten von 25 Samples/sec.

Auf den Block II Raumfahrzeugen basierte auch Mariner 1+2, damals als Mariner R (R für Ranger) tituliert. Als die Sowjets 1960 einen gescheiterten Startversuch gemacht hatten, galt es so schnell wie möglich eine Raumsonde zur Venus zu senden. Für die Venussonde die man damals plante, war zu wenig Zeit und so griff man auf die zu Beginn des Ranger Programms aufgekommene Idee einer gemeinsamen Planeten und Venussonde zurück.

Die Experimente

Neben der Landekapsel hatten die Ranger Block II Sonden noch ein TV System mitführen sollen. Die TV Kamera war ein Cassegrain Teleskop angeschlossen und hatte eine Belichtungszeit von 20 ms. Das komplette abtasten der Röhre dauerte 13 Sekunden, wurde aber wegen des Verblassens des Bildes nach 10 Sekunden abgebrochen. In dieser Zeit wurde ein 200 Zeilen Bild mit 200 Punkten pro Zeile abgetastet. Bilder sollten erstmals in 4000 km Höhe gemacht werden, das letzte sollte in 47 km Höhe entstehen. Die Auflösung betrug 6 m aus 48 km Höhe.

Das Gammastrahlenexperiment bestand aus einem Detektor, einem 32 Kanal Pulshöhenanalysator und einer Hochspannungsversorgung. Der Detektor war ein Kristall aus Cäsiumiodid von 7.62 cm Durchmesser umhüllt von einer 0.317 cm dicken Kunststofffolie, welche als Szintillatonsdetektor fungierte. Die Lichtblitze der Folie wurden von einer Photomultiplierröhre von 7.62 cm Durchmesser aufgefangen und zum Analysator geleitet. Dieser konnte pro Kanal 1-16 Impulse speichern, die dann sequentiell ausgelesen wurden. Passierten geladene Teilchen die Photomultiplierröhre, so blockierte eine Schaltung den Analysator um nur Gammastrahlen aufzuzeichnen. Das Instrument war empfindlich für Gammastrahlen zwischen einer Energie von 0,1 und 2,6 MeV.

Das Radar - Altimeter (Höhenmesser) sollte in 19-25 km Höhe nach Trennung der Kapsel von der Sonde den Antrieb zur Abbremsung aktivieren. Es sandte bei einer Frequenz von 9.4 GHz Impulse mit abwechselnd 150 und 400 W Leistung aus. Pro Sekunde gab es 500-600 Impulse. Der Empfänger hatte eine Messfrequenz von 15-16 Hz und einen Gewinn von 11-12 dbi. Der Öffnungswinkel der Empfangsantenne betrug 4.5 Grad. In einer Höhe von 198 bis 55 km wurde das Experiment aktiviert. Der nominelle Aktivierungspunkt lag in 137 km Höhe.

Das 3.36 kg schwere Seismometer beinhaltete einen 1.70 kg schweren Permanentmagneten. er war durch eine Klammer fixiert. Eine vollständige Füllung der Kapsel mit Freon unter Vakuum sollte den Aufprallschock dämpfen. Beim Aufprall sollte die Klammer gelöst werden und das Seismometer nach oben schwimmen. Durch die Beschädigung der Balsahülle beim Aufprall würde das Freon verdampfen und der Druckverlust aktiviert durch einen Schalter das Seismometer. Es sollte 30 Tage lang Mondbeben messen und die Daten über einen 0.05 W Sender zur Erde übermitteln. Strom dafür lieferten 6 Silber-Cadmium Batterien.

Systeme der Block II Sonden

Ranger Block IIDer wesentliche Unterschied zu Ranger I war die sehr große und schwere Landekapsel. Ihrem Gewicht von 148 kg mussten die meisten Flugexperimente weichen. Es gab nur noch ein Gammastrahlenspektrometer an einem 1.8 m langen Mast. Der Radar Höhenmesser konnte neben der Höhenbestimmung auch zur Charakterisierung der Mondoberfläche genutzt werden. In zahlreichen Systemen war Ranger Block II leichter als die Block I Sonden. Besonders auffällig ist dies bei der Energieversorgung, da die große Silber-Zinkbatterie wegfiel.

System Gewicht
Struktur + Mechanik 36.5 kg
Elektrik und Kommunikation 34.6 kg
Stromversorgung 42.5 kg
Lagekontrolle 17.3 kg
Controller (Timer) 5.3 kg
Kabel 19.5 kg
Haupttriebwerk 10.9 kg
Kapsel 148.3 kg
Experimente 9.5 kg
Treibstoff Haupttriebwerk 7.6 kg
max. Startgewicht 336.2 kg

Sterilisation oder nicht Sterilisation ?

Im Jahre 1958 schlug Prof. Josua Ledderberg vom Institut für medizinische Genetik an der Uni Wisconsin vor, man sollte Mond- und Planetensonden grundsätzlich sterilisierten um eine Kontamination mit irdischen Bakterien zu vermeiden. Dies wurde schließlich von der internationalen Gemeinschaft aufgegriffen und so wurde schon im Januar 1959 vorgeschlagen alle NASA Raumsonden zu sterilisieren. Ranger war das erste Projekt bei dem dies angegangen werden würde. Beim Mond war dies unnötig, denn es gibt mit Sicherheit dort kein Leben: Er hat keine Atmosphäre und kein Wasser.

Doch wie sterilisiert man ein mehrere Meter großes Raumschiff, das 360 kg wiegt? Der Plan, es in einer Ethlyenoxid Atmosphäre zu lagern, wurde verworfen, weil man nicht garantieren konnte, das es Zonen gibt, in denen das Gas nicht hinkommt. Aus diesen Zonen könnten aber Keime aber bei dem Aufschlag auf dem Mond freigesetzt werden. Schließlich erhitzte man das Raumschiff und alle Systeme 24 h auf 125° Celsius und füllte den Nutzlastraum nach Montage auf die Atlas Agena mit Ethylenoxid. Ethylenoxid ist ein Alkylierungsmittel. Ein Sauerstoffatom steckt zwischen zwei Kohlenstoffatomen und das Molekül steht daher unter innerer Spannung. Kommt es mit vielen organischen Substanzen in Berührung so reagiert es indem der Sauerstoff an einen Kohlenstoff bindet und dabei die Spannung in dem Molekül abbaut. Das passiert so mit allen Zellen, die dabei geschädigt werden und absterben, aber wie sich zeigte reagiert er auch mit dem Isolationsmaterial der Drähte.

Diese eigentlich unnötige Sterilisation sollte sich noch rächen, denn 125 °C waren Temperaturen die jenseits dessen lagen, was die Elektronik im Betrieb aushalten musste. Man hoffte, sie würde dies aber im inaktiven Zustand verkraften. Doch niemand hatte dies je getestet...

Die Ranger Block II Flüge

Start einer Atlas Agena BAm 26.1.1962 stand nun der erste Start eines Block II Gerätes, Ranger 3 auf dem Programm. Schon bald nach dem Abheben verlor allerdings die Atlas den Kontakt zur Bodenkontrolle. Der Radioempfänger auf der Atlas hatte versagt. Die Rakete führte nun alle Manöver durch ihrem Autopiloten aus, der jedoch ohne den Kontakt zum Boden nichts über die wahre Geschwindigkeit wusste. Als Folge davon erreichte Ranger 3 eine um 53 m/s zu hohe Geschwindigkeit, die zu einem Verfehlen des Mondes um 32.000 km führte. Ranger 3 würde den Orbit des Mondes 14 Stunden zu früh erreichen, als der Mond noch so weit von der Zielposition entfernt war. Diese Abweichung war für das Triebwerk der Sonde nicht mehr zu korrigieren. Man entschloss sich alle Manöver durchzuführen, wie sie eine normale Mission auch gehabt hätte. Man aktivierte das Gammastrahlenexperiment, führte eine Kurskorrektur durch um die Distanz zu minimieren. Dabei zeigte die Sonde aber in die Falsche Richtung. So vergrößerte das Manöver nur die Distanz und Ranger 3 passierte den Mond in 36.785 km Entfernung. Das JPL begann am 28.1.1962 in 50.000 km Entfernung vom Mond mit der Vorbereitung der Aufnahmen. Ohne den genauen Kurs würden die Bilder aber nur das All zeigen, denn um den Mond zu fotografieren, müsste sich Ranger 3 so drehen, dass die Empfangsantenne nicht mehr zur Erde zeigte.

Als es dann dazu kommen sollte blieb Ranger stumm: Der Timer/Sequenzer waren ausgefallen. Dadurch verloren die Sensoren für die Sonne ihre Orientierung und alleine stabilisiert durch die Gyros konnte die Lage nicht mehr so präzise gehalten werden. Es gab immer wieder Telemetrie von der Sonde bis am 31.1.1962 das Stickstoffgas für die Lageregelung verbraucht war. Das Gammastrahlenspektrometer als Instrument der Sonde hatte über 30 Stunden lang Daten geliefert.

Danach gab es gegenseitige Schuldzuweisungen von Air Force und NASA. Die NASA bemerkte, dass nun schon die dritte Sonde durch ein Versagen einer "Air Force Rakete" verloren ging. Die Air Force konterte damit, dass auch der Timer/Sequenzer just dann ausgefallen war, wenn Ranger 3 Daten übermitteln sollte. Später stellte sich heraus, dass die Richtung für das Schwenken der Sonde vertauscht war und so die Antenne nicht mehr zur Erde zeigte und keine weiteren Kommandos mehr empfangen konnte. Damals wurden die Kommandos per Telefon vom Kontrollzentrum dem Techniker an der Bodenstation übermittelt. dieser gab sie dann ein und erst dann gingen sie an die Sonde. Dabei hat man wohl das Vorzeichen vertauscht. Ranger 3 befindet sich seit dem Mondvorbeiflug am 28.1.1962 auf einer Sonnenumlaufbahn mit einer Sonnenentfernung zwischen 147 und 174 Millionen km, die sie in 406 Tagen durchläuft.

Am 23.4.1962 stand Ranger 4 auf der Startrampe. Diesmal funktionierte die "Air Force Rakete" hervorragend. Sie beförderte Ranger 4 auf einen Kollisionskurs zum Mond. Es war kein Kursmanöver nötig. Doch das Raumschiff meldete sich nicht. Es taumelte um die Achse, stabilisierte sich nicht und fuhr keine Solarpanel aus. Es reagierte auch nicht auf Signale der Erde die man ihm schickte. Eine spätere Untersuchung zeigte, das der Timer des Sequenzers ausgefallen war. Ohne ihn lief keines der vorgegebenen Manöver ab, und ohne ihn reagierte Ranger 4 auch nicht auf Kommandos. 10 Stunden nach dem Start war die Batterie erschöpft und Ranger 4 verstummte. Am 26.4.1962 schlug Ranger 4 nach 64 Stunden Flug bei 229.5° Ost und 15.5° Süd mit einer Geschwindigkeit von 2.67 km/s auf dem Mond auf.

Am 18.10.1962 fand nun der letzte Start eines Block II Gerätes statt. Inzwischen hatte man schon die aus Ranger entwickelten Mariner 1+2 Sonden auf den Weg gebracht. So war man sicher, das die Atlas funktionieren würde. Ranger 5 hob von der Startrampe ab. Zuerst sah alles aus, als würde es nun glatt laufen. Man bekam Signale vom Raumschiff, die zeigten, dass die Agena es in einen richtigen Orbit gebracht hatte und es war deutlich, so dass Ranger 5 nicht taumelte. Doch 153 Minuten nach dem Start schlug das Schicksal wieder zu. Als die Solarzellen ausgefahren werden sollten, stieg die Temperatur kurzzeitig an und es gab keinen Strom mehr von Ihnen. Nur mit der Batterie war Ranger 5 aber innerhalb weniger Stunden tot, weil diese zu wenig Kapazität hatte. Vier Stunden nach dem Start wurde mit dem Gammastrahlensensor das einzige Experiment aktiviert. Während des Manövers zur Kurskorrektur, acht Stunden nach dem Start sank die Leistung der Batterie soweit ab, das dieses abgebrochen wurde. Bald darauf geriet Ranger 5 ins Taumeln und verstummte nach 8 Stunden 44 Minuten. Am 21.10.1962 passierte die stumme Ranger 5 Sonde den Mond in 720 km Entfernung, aufgrund des abgebrochenen Kursmanövers. Einzig der Gammastrahlensensor hatte über 4 Stunden Daten geliefert. Ursache war ein Kurzschluss bei den Stromverbindungen von den Solarpaneelen zur Basis. Der Sender der Kapsel konnte noch weiter verfolgt werden bis zu einer Distanz von 1.271.110 km. Ranger 5 gelangte auf eine solare Umlaufbahn mit einem sonnenfernsten Punkt von 142 Millionen km, einem sonnenfernsten Punkt von 157 Millionen km und einer Bahnneigung von 0,39 Grad.

Ranger Block III und ein Nachspiel

Schon am 30.6.1961 wurde, als Kennedy angekündigt hatte einen "Menschen zum Mond" zu bringen, genehmigt eine dritte Serie von Ranger zu bauen. Diese sollten nun bessere Aufnahmen der Oberfläche machen. Es gab schon Pläne für weitere Sonden, Ranger Block IV und V. Ranger Block IV sollten wieder wissenschaftliche Instrumente tragen, eine Gammastrahlenspektrometer und ein Bodenradar. Block V sollte dann wieder einen Minilander absetzen, Doch nun gab es für diese Geräte erst einmal Baustopp. Nach fünf erfolglosen Ranger Flügen wurde eine Untersuchungskommission unter der Leitung von Albert J. Kelley, der schon mit dem Ranger und Agena Projekt vertraut war. Ranger hatte im JPL nun den Ruf eines "Murphy Spacecraft". Dies bezog sich auf das Gesetz von Murphy, wonach alles was schief gehen kann auch schief gehen wird.

Diese Untersuchungskommission stellte im Programm Ranger gravierende Mängel fest:

  1. Fehler beim JPL in der Organisation eines so großen Projektes wie Ranger. Es gab ungenügende Koordination zwischen den beteiligten Instituten und Firmen.
  2. Ranger hatte keine redundanten Systeme an Bord. Das Funktionieren des Raumschiffes hing von einer Reihe von Komponenten ab. Fällt davon auch nur eine aus, so ist die Mission gescheitert.
  3. Es gab Koordinationsprobleme im Deep Space Network, die zum Verlust von wichtigen Telemetriedaten führten. Die Abstimmung des DSN erfolgte durch Telefonate!
  4. Die Atlas Agena zeigte eine Zuverlässigkeit von 50%, was jeden Start zum Glücksspiel machte.
  5. Man wollte zu viel auf einmal erreichen. Ranger hatte fünf Ziele (Nutzlast zum Mond befördern, Mond untersuchen, dürfte nicht aus magnetischen Materialen bestehen, sollte das Konzept verifizieren und zuletzt sollte auch Sterilisierungen testen). Das machte das Raumschiff unnötig komplex.

Der Report stellte fest, das Ranger für eine Mondsonde viel zu komplex war und eher wie eine Planetensonde ausgelegt war. Die Sterilisierung wurde sofort gestrichen. Sie könnte den Ausfall von Bauteilen bei Ranger 3-5 verursacht haben. Bei Tests des Minilanders fiel dieser nur dann bei Abwürfen aus Helikoptern aus wenn er vorher nicht sterilisiert war. Eine Untersuchung zeigte, das das Ethylenoxyd die Isolation von Drähten angriff, was für den Kurzschluss bei Ranger 5 verantwortlich sein könnte. Man empfahl eine saubere Kompetenzteilung sowohl beim Bau wie auch beim Start und eine komplette Neukonstruktion für Ranger 6-9.

Ranger Block III

Ranger 6-9Die Ranger Block III Sonden sollte nach dem Kelley Bericht weitgehend umgebaut werden. So vergingen auch über zwei Jahre bis wieder ein Ranger auf der Startrampe im Cape stand. Block III enthielt gegenüber Block I+II zahlreiche Verbesserungen:

  1. Eine Konstruktion aus Aluminium anstatt Magnesium mit besseren Thermischen Eigenschaften
  2. rechteckige Solarpanels wie bei Mariner 1+2. Diese waren segmentiert, so das ein Ausfall eines Elements nichts den Verlust des ganzen Panels bedeutete.
  3. Eine zusätzliche 1200 Wattstunden Backup Batterie, welche garantieren sollte, dass das Kursmanöver auch bei eingeklappten Solarpanels ausgeführt werden kann. (Überbrückt maximal 9 h).
  4. Ein weiterer 0.25 m Watt Sender, unabhängige Systeme für High- und Low-Gain Antenne. So dass man in jedem Falle Telemetrie bekäme
  5. Neue Sequenzer ohne Hitzesterilisation, ein zweiter Backup-Timer.
  6. Ein zweites Redundantes Lagekontrollsystem
  7. Verwendung eines größeren Kurskorrekturvorrates an Treibstoff für die Kompensation von Abweichungen durch den ungenaue Einschuss durch die Rakete
  8. Isolierung aller elektrischen Teile mit Plastik um Kurzschlüsse zu vermeiden.

Block III hatte keine Kapsel mehr an Bord, sondern sollte mit Fernsehkameras beim Aufschlag Bilder zur Erde schicken.

Block III Systeme

Ranger Block IIIBlock III ist vor allem eine graduelle Verbesserung des Block II indem es mehr Redundanz und Sicherheitsspielräume gab. Auf die anspruchsvolle Kapsel wurde ganz verzichtet, das galt auch für andere Experimente. Nur das Kernexperiment - Kameras die den Mond bis zur Skala von einigen Metern fotografieren sollten und damit Daten liefern sollten wie die Oberfläche in einer Größenordnung aussieht, die für eine bemannte Landung wichtig waren (gab es größere kraterlose und ebene Flächen wo man sicher landen konnte?).

Block III hatte nur noch eine Spannweite von 4.6 m durch die kürzeren (153.2 × 73.9 cm) großen rechteckigen Solarpanels. Diese lieferten 100 Watt pro Panel anstatt 97 wie die alten. Die Gesamtfläche betrug 2.3 m². Die Panels waren mit 9792 Solarzellen aus Silizium belegt. Es gab nun eine 1000 Wattstunden Batterie für den Sequenzer und eine 1200 Wattstunden Batterie (34 V x 40 Ah) für das Kamerasystem. Die Spannung der der Silber- Zinkoxid Batterien betrug 26.5 V. Beide Batterien waren redundant ausgelegt. Sie erlaubten einen Betrieb von maximal 9 Stunden für die Sonde und 1 Stunde mit den Kameras. Die Raumsonden waren nun nochmals 30 kg schwerer als ihre Vorgänger.

Anstatt 10 gab es nun 12 mit Stickstoff angetriebenen Kaltgasdüsen. Neben dem 3 Watt Sender gab es für die Fernsehkameras einen zweiten 60 W Sender. Dieser konnte 1 Bild pro Sekunde übermitteln. Die Telemetrie lief über den 3 Watt Sender mit 1 digitalen und 7 Analogen Kanälen. Der Antrieb mit einem 224 N Triebwerk konnte die Geschwindigkeit um maximal 60 m/s ändern um eine Fehlfunktion der Atlas Agena B wie bei Ranger 3 (zu hohe Startgeschwindigkeit) besser ausgleichen zu können.

Die Sendefrequenzen betrugen 959.52 MHz / 960.,02 MHz für die beiden TV Kanäle F und P und 960.58 MHz für die 8 Telemetriekanäle. Die Sendeleistung betrug 60 W.

Ein Daten Encoder Einheit wandelte Messwerte in Datenworte um die dann übertragen wurden. Sie war voll transistorisiert und bestand aus 16 Modulen in einem 25 l großen Volumen. Dieses zog 10 W Strom und wog 12.2 kg. Die Datenrate betrug zwischen 350 und 3024 Zeichen/Sekunde. Die Anzahl der Messwerte nahm im Laufe der Mission ab. Ranger 6 übermittelte 110 Messwerte, Ranger 8 nur noch 85.

Der Sequenzer, ein Vorläufer des Computers, umfasste 6 Echtzeitkommandos und 8 gespeicherte Kommandos. Jedes gespeicherte Kommandos bestand aus einem 5 Bit Adressblock und einem 12 Bit Datenblock.

Das Antriebssystem, welches Hydrazin katalytisch zersetzte konnte die Geschwindigkeit der Raumsonde zwischen 0.1 und 60 m/s ändern.

 
System Gewicht
Struktur + Mechanik 43 kg
Elektrik und Kommunikation 26.2 kg
Stromversorgung 57.8 kg
Lagekontrolle 25.9 kg
Controller (Timer) 4.4 kg
Kabel 15.6 kg
Haupttriebwerk 10.4 kg
Fernsehkameras 173 kg
Experimente 9.5 kg
Treibstoff Haupttriebwerk 12.4 kg
max. Startgewicht 368.7 kg

Ranger Block III Experimente

Ranger Block 3 KamerasVon den neun Experimenten, welche Block III ursprünglich nach Planung mitführen sollte, blieben nur die Kameras als einziges Experiment übrig. Ziel von Ranger war es Apollo zu unterstützen - nicht mehr und auch nicht weniger. Dazu dienten sechs Kameras in drei Systemen. Die Vidiconsensorgrößen lagen bei allen Kameras bei 25.4 mm Durchmesser. Sie waren mit Antimonsulfid / Antimonsulfoxid als lichtempfindlicher Schicht belegt. Die Kameras wurden von RCA gefertigt.

Die Kameras waren zwei TV Kanälen zugeordnet (TV Kanal F und P). TV Kanal F (f für "full") umfasst zwei Kameras mit einer Brennweite von 25 und 76 mm (Weitwinkelkamera A und Telekamera B). Das Gesichtsfeld betrug bei der A-Kamera 25 Grad und bei der Telekamera 8.4 Grad. Diese Kameras nutzen eine Fläche von 11 x 11 mm auf den Vidicons und tasteten diese in 2.5 Sekunden in 1132 Linien ab. Die Bilder wurden nacheinander übertragen, so dass ein Zyklus zwei Bilder umfasste und 5.12 Sekunden dauerte.

Im zweiten Kanal P (p für "partial") waren vier Kameras zugeordnet. Die Brennweiten der Kameras lagen bei 25 mm (25° und 6.3° Gesichtsfeld) und 76 mm (8.4° und 2.1° Gesichtsfeld). Sie tasteten nur eine Fläche von 2.8 x 2.8 mm (daher die Bezeichnung Partial) mit 290 Linien ab, dies jedoch in 0.2 Sekunden. Auch hier wurden die Bilder nacheinander übertragen, so dass ein Zyklus vier Bilder umfasste und 0.84 Sekunden dauerte. Durch die schnelle Übertragung sollte das letzte Bild in nur wenigen Hundert Meter Höhe entstehen.

Die Kameras waren in zwei Ketten angeordnet. Jede Kette hatte eine eigene Stromversorgung, einen eigenen Transmitter und Timer. So dass der Ausfall einer Kette nicht die Mission scheitern lies. Die 1200 Wattstunden Batterie war nur für die Fernsehkameras bestimmt. Die 1000 Wattstunden Batterie erlaubte es die wichtigsten Manöver nach dem Start durchzuführen, so dass auch bei Ausfall der Solarpanels die Mission im wesentlichen durchgeführt werden konnte.

Ziel war es Mondaufnahmen zu gewinnen die mindestens um eine Größenordnung besser als die besten irdischen waren. Die Sonden sollten bis zum Einschlag Bilder senden und dabei auch klären ob die Mondoberfläche im kleinen Maßstab genauso verkratert ist wie im Großen. Auf dem Boden wurden die Bilder von den Monitoren abfotografiert und die 35 mm Bilder der Kameras archiviert: Noch hatte das digitale Zeitalter bei der NASA nicht begonnen.

Die Ranger Block III Flüge

Fehlschlag von Ranger 6Am 30.1.1964 startete Ranger 6. Die NASA Zentrale hatte darauf gedrängt, dass das JPL Ranger 6 nur startet, wenn es keinen Zweifel an ihrem Erfolg geben würde. Der Start verlief auch problemlos. 141 Sekunden nach dem Abheben testete man Ranger 6, noch während die Sonde auf ihrer Atlas Trägerrakete auf dem Weg in den Orbit war. Nach 67 Sekunden verstummte die Telemetrie, doch die Daten die es vorher lieferte, zeigten, das alles in Ordnung schien.

Problemlos verliefen auch der Einschuss in die Bahn zum Mond und das Kurskorrekturmanöver. Auch die Systeme an Bord funktionierten einwandfrei. Am 2.2.1964, versammelten sich Presse und Projektverantwortliche in einem Konferenzsaal um die Bilder der Sonde im Endanflug zu sehen. 13 Minuten vor dem Einschlag: Schon kam die Nachricht, dass die Telemetrie signalisierte, dass die Kameras sich aufwärmten - doch die Bildschirme blieben Dunkel. 10 Minuten zum Einschlag "wir warten noch immer auf die Bilder der Sonde". 10 Minuten später "Wir haben Einschlag, aber noch keine Bilder der Sonde". Die Sonde schlug bei 9°29' Süd und 21°51' Ost auf dem Mond auf.

Danach dürfte Homer Newell von einem Ausschuss des Kongresses erläutern warum Ranger 6 der 11.te Fehlschlag des US Mondprogramms in Folge war. (Vor Ranger waren auch die vier Starts der Pioneer P Sonden gescheitert und von den 5 Pioneer 0-4 Sonden erreichte auch nur eine den Mond, verfehlte aber die geplante Passagedistanz) Sein Vorsitzender Joseph E. Karth war der Meinung, man sollte Ranger sofort streichen. Nur die Bedeutung für das Apollo Projekte rettete Ranger. Nun kam mit Alan L. Luedecke ein Externer von der Navy zum JPL, um das Management zu kontrollieren.

Wie man gleich am Anfang vermutete, hatte die Fehlfunktion des TV Systems mit dem Abrufen der Telemetrie zu tun. Das TV System musste durch einen Kurzschluss aktiviert worden sein. Die beim Start vorliegenden Belastungen hatten es zerstört. Es gab wohl eine elektrostatische Entladung auf der Atlas, die durch den Steckerkontakt mit der Agena übertragen wurde. Ursache war 180 kg ionisiertes Gas aus den Treibstoffresten der Atlas, das es bei der Stufentrennung gab und das man bei Filmaufnahmen mit Blitzen aus der Nutzlasthülle identifizieren konnte. Es musste durch eine Öffnung für den Zugang zur Raumsonde vor dem Abheben nach innen gelangt sein.

Es wurde vereinbart umfangreiche Änderungen am TV System vorzunehmen. Es sollte erst nach Abtrennung von der Agena aktiviert werden können. Dazu diente eine Schutzschaltung eine Art Sicherung. Es sollte mehr Daten über seinen Zustand liefern und die Zahl der Anschlüsse an die Agena, von der aus der Kurzschluss wahrscheinlich kam, wurde verringert. Mond aufgenommen von Ranger 7Es kam darüber hinaus zu einem erneuten Review des ganzen Systems, das TV System wurde bei RCA erneut getestet. Dazu die Verbindung über die HGA Antenne, die man vorher nie getestet hatte. Die Steckverbindungen der Nutzlasthülle, die nach Außen führten wurden alle hermetisch abgedichtet.

So fand der nächste Ranger Start erst am 28.7.1964 statt. Diesmal klappte alles. Die Atlas D Nr. 250 funktionierte genauso wie die Agena B, welche die Sonde zuerst in einen 192 km hohen Parkorbit beförderte und dann nach einer halben Stunde erneut zündete. Ranger 7 Sonde wurde korrekt auf Mondkurs gebracht. 14 Stunden auch dem Start erfolgte das Kurskorrekturmanöver.

Am 31.7.1964 näherte sich Ranger 7 seinem Ziel. Wieder warteten Projektverantwortliche und Journalisten auf die ersten Bilder. Um 18.07 kam das Signal, dass sich die Kameras erwärmten, 90 Sekunden später der erste Datenstrom. 18 Minuten vor dem Einschlag kommen die ersten Bilder aus 2110 km Höhe. Und der Strom reist nicht ab. Bis zum Aufschlag sandte Ranger 7 insgesamt 4308 Bilder. Das Ranger Programm hatte nach sieben Flügen ihren ersten Erfolg. Das links abgebildete Bild zeigt einen Ausschnitt aus dem Mare Cognitum von 12 km Kantenlänger. Hier schlug Ranger 7 mit einer Geschwindigkeit von 2.62 km/s bei 10.35° Süd, 339.42° Ost auf. Die ersten Aufnahmen zeigten noch ein Gebiet von 1.2 Millionen km². Das letzte mit einer Auflösung von 0.5 Metern noch ein Gebiet von 50 × 30 m. Die Wissenschaftler stellten fest, dass der Mond auf dem letzten Bild nicht viel anders aussah, als auf den Bildern mit einigen Kilometern oder 10 km Kantenlänge. Offenbar war der Mond übersät mit Kratern jeder Größe.

Die Sonde hatte nicht nur ihre Mission erfüllt, sondern war auch äußert präzise gesteuert gewesen. Sie schlug nur 12.4 km vom geplanten Einschlagspunkt auf. Dies konnte später auf Lunar Orbiter Aufnahmen festgestellt werden. Die Kosten von Ranger 7 wurden mit 28 Millionen Dollar inklusive der Atlas-D Agena B angegeben.

Bild von Ranger 8Am 17.2.1965 wurde nun Ranger 8 gestartet mit der Atlas D Nr. 196. Nach Erreichen eines 185 km hohen Parkorbits zündete nach 14 Minuten die Agena B erneut und beförderte Ranger 8 auf einen Mondkurs. Am 18.2.1965 gab es in 160.000 km ein Mittkursmanöver. Eine Zündung über 59 Sekunden brachte Ranger 8 auf seinen Zielkurs.

Die Sonde sollte bei einem niedrigeren Sonnenstand einfliegen, wodurch die Bilder kontrastreicher wurden. Beim 27 Minuten dauernden Kurskorrekturmanöver gab es Probleme und die Telemetrie riss ab weil die HGA nicht korrekt ausgerichtet war, sodass man auf Nummer sicher beim Anflug ging. Man drehte die Sonde so, dass die Kameras zur Seite schauten, aber die Antenne zur Erde ohne weitere Nachführung. die dadurch resultierende schräge Sicht von 13.6 grad zum Mondäquator führte bei den letzten Aufnahmen auch durch die versetzten Kameras zu einem Stereoeffekt. Dafür waren sie leicht verwischt. Während 23 Minuten wurden 7317 Aufnahmen erhalten. Die Sonde schlug bei 2.67 Nord und 24.65 Ost im Mare Tranquillitatis (Dem "Meer der Stille") mit einer Geschwindigkeit von 2.68 km/s nach 64.6 Stunden Flugzeit auf.

Am 21.3.1965 wurde die letzte Ranger Sonde gestartet. 70 Minuten nach dem Start entfaltete Ranger 9 planmäßig seine Solarpanels. die Agena hatte Ranger 9 präzise auf Kurs gebracht und die Kurskorrektur konnte so um einen Tag auf den 23.3.1965 verschoben werden. Nach einem 32 Sekunden dauernden Zünden des Zentraltriebwerks war Ranger 9 dann auf dem Kurs in den Krater Alphonsus.

Ranger 9 schlug nur 4.8 km vom Zielgebiet auf. Während der letzten 19 Minuten vor dem Aufschlag wurden 5814 Bilder empfangen. Die Sonde begann in einer Höhe von 2363 km Bilder zu senden. Das letzte Bild mit einer Auflösung von 0.3 m war das höchst auflösende aller Ranger Sonden. Das Vertrauen des JPL in ihr "Murphy Spacecraft" Ranger war nun so groß, dass die Übertragung der letzten Bilder einer der Telekameras life ins amerikanische Fernsehen eingespielt wurden. Der Aufschlag fand bei 12.83 Grad Süd und 357.63 Grad Ost statt.

Die Pläne für Ranger Block IV und V wurden eingestellt, als die Programme Lunar Orbiter und Surveyor aufgelegt wurden. Gegenüber den Lunar Orbitern, die den gesamten Mond fotografierten, lieferten Ranger nur kleine Ausschnitte, wenn auch von hervorragender Auflösung. Viel mehr über die Mond Oberfläche konnten die Landesonden des Surveyor Programms herausfinden. Es lohnte sich daher nicht das Ranger Programm fortzuführen.

Die NASA hatte beim Ranger Geld viel Lehrgeld gezahlt: Die Gesamtkosten von Ranger beliefen sich auf 260 Millionen Dollar. Davon entfielen 170 Millionen Dollar auf die Raumsonden und der Rest auf die Trägerraketen und die Entwicklung von Ranger. Dazu kamen noch 15.4 Millionen die schon für den Bau der Block IV und V Geräte ausgegeben waren. Berücksichtigt man die Inflation so entspricht dies heute einer Summe zirka 1.2-1.5 Mrd. US-Dollar. Nur drei der neun Sonden waren erfolgreich. Dies war zwar ein Fortschritt gegenüber dem Able Programm (Keine der 5 Sonden erreichte auch nur eine Umlaufbahn) und dem Pioneer Programm (Eine von fünf Sonden erfolgreich). Verglicht man dies aber mit Satelliten, deren Starts damals schon Routine waren, so konnte dies nicht überzeugen.

Ranger 7 StartRanger und das JPL

Für das JPL war Ranger das erste größere Sondenprojekt. Zwar hatte man beim JPL schon vorher Explorer 1 und Pioneer 3+4 gebaut. doch dabei handelte es sich kleine Sonden von wenigen Kilogramm Masse. Bei Ranger zahlte das JPL Lehrgeld: Der Name "Jet Propulsion Laboratory" ging auf das zurück was man vorher machte: Raketen und Düsentriebwerke testen. Klappte da ein Test nicht so untersuchte man das Triebwerk, änderte etwas und machte einen neuen Versuch. Diese Vorgehensweise war bei Raumfahrzeugen nicht möglich. Ein Start mit Ranger kostete 28 Millionen Dollar und das öffentliche Echo beim Fehlschlag war enorm.

Das JPL lernte bei Ranger eine Raumsonde zu bauen, sich gegen jede Eventualität abzusichern, Redundanzen und Sicherungssysteme einzubauen. Zur gleichen Zeit startete das JPL auch Mariner 1+2 und Mariner 2 zeigte auch Probleme. Die Sonde fiel immer wieder aus, verlor die Hälfte des Stroms und die Orientierung. Instrumente arbeiteten nur sporadisch. Als die Sonde gerade beim Vorbeiflug an der Venus funktionierte unkte man bei der Presse, JPL stände für "Just plenty Luck".

Das JPL lernte daraus und konzipierte zukünftige Sonden so sicher wie möglich. Als Hughes bei dem Bau der Mariner 3+4 Sonden Probleme bekam konnte das JPL helfen und der Erfolg dieser Sonden war auch Verdienst des JPL. Seitdem hat das JPL einen exzellenten Ruf. Seit dem Verlust von Surveyor 2 im Jahre 1966 arbeiteten alle vom JPL konzipierten Sonden einwandfrei bis zum Verlust des Mars Observers 1993. Die meisten übertrafen ihre Lebensdauer bei weitem. Erst in jüngster Zeit häufen sich wieder Fehlschläge bei Sonden, weil man meint um Kosten zu reduzieren den bürokratischen "Overhead" sprich eine sorgfältige Planung und Kontrolle einsparen zu können.

Ranger und die Sowjets

In der Zeit in der das Ranger Programm durchgeführt wurde gab es einen Wettlauf um die technologische Vorherrschaft, die vor allem über Erstleistungen im All durchgeführt wurde. Bekannt ist der Wettlauf bei den bemannten Programmen. Doch auch bei der Erforschung des Mondes und der Planeten gab es einen Wettlauf. Die Sowjets konnten die erste Sonde vorweisen, die am Mond vorbei flog und auf ihm aufschlug. Später schafften sie es vor den Amerikanern zu landen und einen Mondorbiter zu starten. Doch sei kopierten nie die Zielsetzung des Ranger Programms, obgleich man durch die Verzögerungen sicherlich auch hier hätte punkten können. Warum?

Die Antwort bekam man erst nachdem man in den neunziger Jahren mehr Details über sowjetische Kameras erfuhr. Bis zum Start der Vega Sonden im Jahre 1984 setzten die Sowjets zwei Kameratypen ein : Filmkameras, deren Film an Bord entwickelt wurde und dann digitalisiert wurde. Dies erfolgte bei Luna 3, aber auch den Sond 4-8, Luna 11+12 und 19/22 Mondorbitern. Auch die USA nutzten diese Technik bei ihren Lunar Orbitern. Dies war bei einer Aufschlagssonde nicht möglich, dafür blieb keine Zeit. Der zweite Typ waren Scankameras die nur ein Bildelement, ein Fotometer hatten und damit zeilenweise ein Bild erzeugten. So machten auch die Pioneer 10+11 und Pioneer Venus Sonden Aufnahmen. Bei diesem Typ dauert es mindestens einige Sekunden bis ein Bild abgetastet ist, während dieser Zeit bewegt sich das Raumfahrzeug mit 2.5 km/s weiter und das Bild ist völlig verzerrt und enthält Teile in unterschiedlichen Maßstäben. Sowjetische Mondsonden scannten relativ langsam, einige Zeilen pro Sekunde. Damit hätte es etwa 100 Sekunden gedauert ein Bild aufzubauen - Viel zu langsam für eine Aufschlagsonde. Daher konzentrierten sich die Sowjets gleich auf den nächsten Schritt, die weiche Landung auf dem Mond. Von dort aus konnten die Scancameras die unbewegliche Szene fotografieren.

Startdaten

Erfolg Datum Nutzlast Trägerrakete
- 23.08.1961 Ranger 1 Atlas Agena B
- 18.11.1961 Ranger 2 Atlas Agena B
- 26.01.1962 Ranger 3 Atlas Agena B
- 23.04.1962 Ranger 4 Atlas Agena B
- 18.10.1962 Ranger 5 Atlas Agena B
- 30.01.1964 Ranger 6 Atlas Agena B
x 28.07.1964 Ranger 7 Atlas Agena B
x 17.02.1965 Ranger 8 Atlas Agena B
x 21.03.1965 Ranger 9 Atlas Agena B

Links

Ranger Homepage

NASA SP-4210:Lunar Impact: A History of Project Ranger

NASA Histories Online: SP-480 Far Travelers: The Exploring Machines

Artikel zuletzt geändert: 17.12.12012


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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