Projekt Pioneer

Popis projektu

Projekt Pioneer byl původně projektem měsíčních sond připravovaných USAF, která v počátečním období kosmonautiky disponovala podstatně výkonnějšími nosnými prostředky než civilní organizace. Byl zamýšlen jako americký příspěvek k Mezinárodnímu geofyzikálnímu roku IGY [=International Geophysical Year] a jako snaha USA poněkud vyrovnat náskok Sovětského svazu v dobývání kosmu. Po prvním nezdařeném pokusu o vypuštění sondy k Měsíci převzala celý projekt nově vzniklá organizace NASA. Po úvodních tělesech směřujících k Měsíci na přelomu 50. a 60. let se NASA vrátila k označení Pioneer v roce 1965 a program se rozšířil na výzkum meziplanetárního prostoru z heliocentrických drah a vyvrcholil vysoce úspěšnými výpravami dvojic sond k obřím planetám Sluneční soustavy a skončil výzkumem Venuše z oběžné dráhy i rojem pouzder do její atmosféry.

Měsíční sondy

1. skupina (Pioneer 0, 1, 2)

V první skupině měsíčních sond bylo cílem dopravit na oběžnou dráhu kolem Měsíce umělou družici. Jednalo se o rotací stabilizovaná tělesa s hmotností menší než 40 kg, vybavená raketovým motorem na TPH sloužícím k navedení na selenocentrickou dráhu. Životnost byla limitována chemickými zdroji elektrické energie. Konstrukce sond byla téměř shodná, výraznější rozdíly se vyskytovaly hlavně u vědeckého vybavení. Hlavním úkolem bylo měření v prostoru mezi Zemí a Měsícem a kolem Měsíce, které se soustředilo na:

• televizní snímkování povrchu Měsíce
• kosmické záření
• mikrometeority
• magnetické pole
• tepelné poměry uvnitř sondy

Pioneer 1 (alias Able 2, 1958-007A) byl prvním kosmickým tělesem vypuštěným nově vzniklou organizací NASA a zároveň nejúspěšnější sondou z první skupiny projektu Pioneer. Byl vypuštěn 1958-10-11 v 08:42:00 UT. Kvůli chybě v naprogramování funkce nosné rakety, bylo dosaženo poněkud nižší konečné rychlosti. Ztráta rychlosti a rovněž odchylka ve směru (asi 3.5°) byly příčinou, že sonda neopustila gravitační pole Země a po opsání balistické křívky s vrcholem ve výšce asi 113800 km vstoupila do atmosféry a zanikla dne 1958-10-13 ve 03:46 UT nad jižním Pacifikem. I přesto, že primární cíl nebyl splněn, sonda prováděla hodnotná měření během asi 75% doby letu, ovšem s nestejnoměrným rozložením na jednotlivé experimenty. Hlavním přínosem byla měření radiačních pásů Země ve velkých výškách, výzkum rozložení magnetických polí a mikrometeoritů.

Pioneer 2 (alias Able 3) byl posledním pokusem v této skupině o dosažení Měsíce. První a druhý stupeň rakety pracovaly dobře, třetí stupeň se oddělil, ale nepodařilo se ho zažehnout. Pioneer dosáhl maximální výšky 1550 km a po 6 hod. 52 min. letu zanikl v atmosféře nad severozápadní Afrikou (28.7 s.š., 1.9 v.d.). Během krátkého letu byla přesto získána některá vědecká data o radiaci a mikrometeoritech.

2. skupina (Pioneer 3, 4)

Po neúspěchu první skupiny relativně komplikovaných sond třídy Pioneer, překračujících zřejmě technické možnosti oné doby, učinila NASA ve spolupráci s ABMA [=Army Ballistic Missile Agency] a JPL další pokus o dosažení Měsíce druhou skupinou značně jednodušších kosmických aparátů. Dvě sondy, každá o hmotnosti pouhých 6 kg, připravené pro tuto sérii měly za úkol průlet kolem Měsíce a nesly pouze jediný vědecký přístroj k měření radiace.

Pioneer 3 (1958-008A ) odstartoval 1958-12-06 pomocí nosiče Juno 2. První stupeň nosné rakety ukončil předčasně činnost a ani výkon zbývajících stupňů nestačil k získání únikové rychlosti k Měsíci. Obdobně jako Pioneer 1 se tato sonda vzdálila od Země jen na vzdálenost asi 102300 km a posléze završila svůj osud v hustých vrstvách atmosféry. Během letu objevil Pioneer druhý radiační pás.

Pioneer 4 (1959-013A) vypuštěný 1959-03-03 znamenal konečně úspěch. Po dobré práci nosné rakety se sonda odpoutala od zemské přitažlivosti, proletěla kolem Měsíce ve vzdálenosti 58983 km (dvakrát dále než bylo plánováno) a jako první americké umělé těleso se stala umělou planetkou, když ale o světový primát mít první těleso na heliocentrické dráze přišly USA vinou sovětské sondy Luna 1 (1959-012A), která proletěla podobně kolem Měsíce o několik týdnů dříve. Sonda úspěšně měřila kosmické záření až do vzdálenosti 600 tisíc km od Země.

3. skupina (Pioneer P3, P30, P31)

Relativní úspěch druhé skupiny měsíčních Pioneerů měl mít pokračování v další sérii čtyř sond podstatně těžších (přibližně 170 kg) a komplikovanějších, než byla primitivní skupina druhá. Kromě vědeckých měření se předpokládalo vyzkoušení korekčních manévrů na dráze k Měsíci, navedení na dráhu kolem Měsíce a její změny. Tyto operace předtím nebyly nikdy předtím ověřeny.

Tato skupina Pioneerů se ale stala nepřízní osudu a zásluhou nedostatečně vyspělé raketové techniky, ve které Spojené státy koncem padesátých a začátkem šedesátých let výrazně pokulhávaly za Sovětským svazem, totálním neúspěchem. Ani jedna ze čtyř přichystaných sond nepřežila start kombinace raketových stupňů Atlas a Able. Cena jedné mise byla 9 až 10 mil. USD.

Přístrojové vybavení sond o hmotnosti kolem 60 kg bylo poměrně bohaté, mírně se u jednotlivých misí lišilo a zahrnovalo:

• detektor kosmického záření o vysokých a nízkých energiích;
• detektor mikrometeoritů;
• magnetometr;
• televizní kameru;
• přijímač přírodních rádiových vln;
• detektor plazmatu.

Kolem horní části nádrže hydrazinu byla umístěna přístrojová plošina ve tvaru prstence, která nesla baterie, logické moduly vědeckých přístrojů, vysílače, přijímače, dekodéry a většinu vědeckých přístrojů. Z horní části vystupovaly dvě dipólové UHF antény, další dvě dipólové UHF antény a dlouhá anténa pro nízké frekvence byly ve spodní části. Sonda vysílala na frekvenci 378 MHz.

Tepelná regulace používala 50 krycích segmentů ve tvaru vrtule z reflexního materiálu, které samočinně zakrývaly tmavý povrch tělesa sondy v závislosti na teplotě. Na povrchu byly rovněž instalovány malé čtvercové radiátory.

Pioneer P3 (alias Atlas-Able 4) zanikl 1959-11-26 poté, co se 45 s letu předčasně oddělil aerodynamický kryt a raketa byla vystavena zvětšenému odporu vzduchu. 104 s po startu dynamické síly odtrhly užitečné zatížení, následoval poslední stupeň nosné rakety a spojení se přerušilo. Podle telemetrických údajů 1. a 2. stupeň rakety pracovaly normálně.

Pioneer P31 se 1960-02-15 ani neodlepil ze startovací rampy. Nosná raketa explodovala ještě na vypouštěcím stole při statické zkoušce.

Pioneer P30 (alias Atlas-Able 5A) dosáhl nejvyšší výšky z této série. První stupeň (Atlas) pracoval normálně a po přibližně 25 s letu byl ve výšce 370 km oddělen. Druhý stupeň po zážehu vykazoval abnormální hoření kvůli závadě v systému okysličovadla. Raketa nedosáhla únikové rychlosti a zanikla v oblasti Indického oceánu 1960-09-25. Signály užitečného zatížení byly přijímány po dobu 1020 s po startu.

Pioneer P31 (alias Atlas Able 5B) završil tragédii této skupiny sond 1960-12-15 po 68 s letu ve výšce 12.2 km explozí prvního stupně Atlas. Trosky dopadly do Atlantického oceánu ve vzdálenosti 12 až 20 km od mysu Canaveral.

Sondy pro průzkum meziplanetárního prostoru

1. etapa (Pioneer 5)

V průběhu pokusů o dosažení Měsíce na přelomu 50. a 60. let byla jedna ze sond (Pioneer 5, 1960-001A) věnována výhradně pro mapování meziplanetárního magnetického pole. Velmi úspěšná sonda byla navedena 1960-03-11 přímo na heliocentrickou dráhu, na níž pracovala 106 dní a ustanovila rekord 36.2 mil. km, po kterou bylo udržováno spojení.

2. etapa (Pioneer 6, 7, 8, 9, E)

Úkolem nové generace sond Pioneer byl soustavný výzkum meziplanetárního prostoru v okolí zemské dráhy (0.8 až 1.2 AU). Do této doby byl tento průzkum víceméně náhodný jako vedlejší efekt amerických či sovětských sond mířících k Měsíci či blízkým planetám. V roce 1963 proto NASA rozhodla o realizaci soustavy 5 sond pro nepřetržitá měření na vzájemně se doplňujících drahách. Jedním z důvodů byla rovněž snaha získat dostatečné množství poznatků o variacích radiace, které by mohly být využity pro zvýšení bezpečnosti posádek lodí Apollo na cestě k Měsíci mimo ochranný štít zemské magnetosféry a radiačních pásů.

Sondy Pioneer 6, 7, 8 a 9 byly v přibližně ročních intervalech umísťovány na heliocentrickou dráhu. Relativně jednoduché a nenápadné sondy se staly jedním z největších úspěchů americké kosmonautiky v šedesátých letech. Rotací stabilizovaná tělesa s elektrickým napájením bezchybně pracovala po celou plánovanou dobu a ještě na přelomu tisíciletí byla některá z nich funkční.

Jedinou výjimkou byl Pioneer E. Poslední sonda z této skupiny skončila neúspěchem při startu dne 1969-08-27. První stupeň nosné rakety se kvůli závadě v hydraulickém systému vymkl kontrole a byl z bezpečnostních důvodů zničen.

Planetární sondy

Začátkem sedmdesátých let, poté, co byly navštíveny nejbližší planety, se aktuálním stal průzkum obřích planet Sluneční soustavy. V tomto období se totiž vnější planety uspořádaly do vzácné polohy, která umožňovala návštěvu několika obřích planet jedinou sondou. Úvahy o grandiózním projektu "Grand Tour", při kterém měly bohatě vybavené a drahé sondy navštívit postupně všechny vzdálené planety, byl sice posléze zrušen, ale přesto z něho zůstaly zbytky, které měly v omezeném rozsahu hlavní úkoly mise splnit. Tak se zrodil projekt Pioneer k Jupiteru a Voyager (složitější sondy třídy Mariner) k Jupiteru a Saturnu. Oba projekty skončily obrovským úspěchem. Poté, co splnily hlavní cíl mise, využili technici spolehlivé funkce sond a některé z nich nasměrovali i k ostatním vnějším planetám.

Sondy Pioneer 10 (1972-012A) a Pioneer 11 (1973-019A) dosáhly mnohých prvenství - poprvé překonaly pásmo asteroidů, o němž v té době nebylo známo z hlediska praktické kosmonautiky prakticky nic (bývalo označováno za minové pole Sluneční soustavy), navštívily Jupiter a soustavu jeho měsíců a Pioneer 11 poprvé zkoumal Saturn. Po průletu kolem poslední cílové planety zamířily po únikové dráze jako první lidské výtvory do mezihvězdného prostoru. Sondy nesly na svém tělese připevněnou plaketu s poselstvím k mimozemským civilizacím.

Poslední sondy s pojmenováním Pioneer byly v roce 1978 vypuštěny k Venuši. Jednalo se o kombinovanou misi sestávající z družice planety a flotily čtyř atmosférických sond. Rovněž tato mise znamenala výrazný úspěch. Sonda Pioneer 12 (alias Pioneer Venus Orbiter, 1978-051A) se stala první umělou družicí Venuše a čtyři pouzdra uvolněná z mateřského tělesa Pioneeru 13 (alias Pioneer Venus Multiprobe Mission, 1978-078A) dopadla na povrch Venuše poté, co provedla cenná měření během sestupu atmosférou.

Realizované lety

Kód úspěšnosti : 1 - splněny všechny úkoly, 2 - splněny jen hlavní úkoly, 5 - splněny jen některé vedlejší úkoly, 8 - dostala se na chybnou dráhu, úkoly splněny v omezeném rozsahu, H - pro havárii nosiče se objekt nedostal na oběžnou dráhu.