بايونير P-31

كان من المقرر أن تكون المركبة الفضائية بايونير P-31 (المعروفة أيضًا باسم أطلس-إيبل 5B أو بايونير Z) مسبارًا مداريًا حول القمر، لكن المهمة فشلت بعد فترة وجيزة من الإطلاق. تمثلت أهدافها في وضع مسبار متطور مزود بأجهزة قياس دقيقة في مدار قمري، ودراسة البيئة بين الأرض والقمر ، وتطوير تقنية للتحكم في المركبات الفضائية وتوجيهها من الأرض. وقد زُوِّدت المركبة لالتقاط صور لسطح القمر باستخدام نظام شبيه بالتلفزيون، وتقدير كتلة القمر وتضاريس قطبيه ، وتسجيل توزيع وسرعة النيازك الدقيقة ، ودراسة الإشعاع والمجالات المغناطيسية والموجات الكهرومغناطيسية منخفضة التردد في الفضاء. وكان من المفترض أن يكون نظام الدفع في منتصف المسار وصاروخ الحقن أول نظام دفع ذاتي الاكتفاء في الولايات المتحدة قادر على العمل لعدة أشهر بعد الإطلاق على مسافات شاسعة من الأرض، وأول اختبار أمريكي لتوجيه قمر صناعي في الفضاء.

أُطلقت المركبة الفضائية على متن صاروخ أطلس 91D، موصولًا بمراحل علوية من طراز ثور-إيبل، بما في ذلك مرحلة ثالثة تعمل بالوقود الصلب من طراز إيبل، في 15 ديسمبر 1960. سار الإطلاق بسلاسة حتى الثانية 66، حين سُجّل اضطراب محوري شديد، تلاه انخفاض سريع في ضغط خزان الأكسجين السائل. استمرت محركات أطلس بالعمل لخمس ثوانٍ أخرى. انخفض ميل الصاروخ المعزز، وحدث التفكك الهيكلي النهائي وفقدان بيانات القياس عن بُعد عند الثانية 74. سقطت الحمولة في المحيط الأطلسي على بُعد يتراوح بين 12 و20 كيلومترًا (7.5 إلى 12.4 ميلًا) من كيب كانافيرال، في مياه يبلغ عمقها حوالي 20 مترًا (66 قدمًا) . استعادت عملية إنقاذ بحرية أجزاءً من مركبة الإطلاق والحمولة. لم يتضح السبب المباشر للعطل، ولكن يُعتقد أنه مرتبط إما بانفصال محول ربط مراحل إيبل بصاروخ أطلس وارتطامه بخزان الأكسجين السائل، أو باضطراب ديناميكي هوائي على مركبة الإطلاق. لم تُظهر المرحلة الثانية المُستعادة من صاروخ "أبل" أي علامة على اشتعال المحرك أو تشغيله، ويُعتقد أن السبب الأرجح للعطل هو انثناء مُحول "أبل" بفعل الديناميكا الهوائية، مما أدى إلى تمزق خزان الأكسجين السائل في صاروخ "أطلس" وانفصال المراحل العلوية عن المجموعة. استمر الصاروخ المُعطل في التحليق لبضع ثوانٍ بعد ذلك، لكن الانهيار الهيكلي للقسم الأمامي من صاروخ "أطلس"، بالإضافة إلى فقدان ضغط الأكسجين السائل في نظام تغذية الوقود، أدى إلى توقف المحرك وتدمير المركبة ذاتيًا.  

نتيجة لهذا الفشل، وفشل صاروخ ميركوري-أطلس 1 قبل خمسة أشهر بسبب حادثة مماثلة من الانحناء الديناميكي الهوائي في الجزء الأمامي من خزان الأكسجين السائل، بدأت شركة GD/A في اشتراط خضوع جميع تركيبات المرحلة العلوية/الحمولة لصاروخ أطلس لاختبارات ديناميكية هيكلية مناسبة. ^{[ 1 ]}

وُصِفَ الفشل بأنه "مُخيب للآمال بشكل خاص" لأنه كان الإطلاق الأخير في سلسلة مسبار "إيبل" قبل بدء العمل على برنامج "رينجر" الذي خلفه. في نهاية المطاف، لم يشهد برنامج الفضاء الأمريكي إطلاق مسبار قمري ناجح تمامًا إلا مع "رينجر 7" بعد أربع سنوات. كما مثّل هذا الإطلاق الأخير في الجيل الأول من المسابير القمرية، التي استخدمت مسارات صعود مباشرة، والتي ستُفسح المجال أمام الجيل الثاني من المسابير التي اعتمدت على مدارات التوقف.

كان القمر الصناعي بايونير P-31 مطابقًا تقريبًا للقمر الصناعي السابق بايونير P-30 الذي فشل، وهو عبارة عن كرة قطرها متر واحد مزودة بنظام دفع مثبت في أسفلها، مما يمنحها طولًا إجماليًا قدره 1.4 متر. بلغت كتلة الهيكل والغطاء المصنوع من سبائك الألومنيوم حوالي 30  كيلوغرامًا، بينما بلغت كتلة وحدات الدفع حوالي 90  كيلوغرامًا. امتدت أربع ألواح شمسية، أبعاد كل منها 60 × 60  سم وتحتوي على 2200 خلية شمسية موزعة على 22 وحدة، كل منها مكونة من 100 خلية، من جوانب الغلاف الكروي على شكل "عجلة مجدافية" بمدى إجمالي يبلغ حوالي 2.7 متر. قامت الألواح الشمسية بشحن بطاريات النيكل والكادميوم . داخل الغلاف، شكل خزان هيدرازين كروي كبير معظم الحجم، يعلوه خزانان كرويان أصغر حجمًا من النيتروجين وصاروخ حقن بقوة 90 نيوتن لإبطاء المركبة الفضائية للدخول في مدار قمري، وقد صُمم هذا الصاروخ ليكون قادرًا على الإطلاق مرتين خلال المهمة. كان مثبتًا في أسفل الكرة صاروخ توجيهي بقوة 90 نيوتن للدفع في منتصف المسار والمناورات المدارية القمرية، ويمكن إطلاقه أربع مرات. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

كانت تحيط بالجزء العلوي من خزان الهيدرازين منصة أجهزة حلقية الشكل، تضم بطاريات في مجموعتين، وجهازي إرسال UHF بقدرة 1.5 واط ، ومزدوجي إرسال واستقبال، ووحدات منطقية للأجهزة العلمية، وجهازي استقبال أوامر، وأجهزة فك تشفير، ومضخم/مخزن مؤقت، وثلاثة محولات، وجهاز إرسال واستقبال لاسلكي، وصندوق أوامر، ومعظم الأجهزة العلمية. وبرز هوائيان ثنائيا القطب UHF من أعلى الكرة على جانبي فوهة إطلاق الصاروخ. كما برز هوائيان ثنائيا القطب UHF وهوائي VLF طويل من أسفل الكرة. وكانت أجهزة الإرسال تعمل بتردد 378  ميجاهرتز. ^{[ 2 ]}

كان من المخطط تحقيق التحكم الحراري باستخدام 50 جهازًا صغيرًا على شكل "شفرات مروحة" مثبتة على سطح الكرة. صُنعت الشفرات من مادة عاكسة، وتتألف من أربع ريشات ملاصقة للسطح، تغطي نمطًا أسود ماصًا للحرارة مرسومًا على الكرة. رُبط ملف حساس للحرارة بالشفرات بحيث تؤدي درجات الحرارة المنخفضة داخل القمر الصناعي إلى انكماش الملف وتدوير الشفرات وكشف سطح امتصاص الحرارة، بينما تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تغطية الشفرات للأنماط السوداء. كما رُكّبت وحدات مربعة لتشتيت الحرارة على سطح الكرة للمساعدة في تبديد الحرارة من الداخل. ^{[ 2 ]}

تألفت الأجهزة العلمية من غرفة تأين وأنبوب جايجر-مولر لقياس التدفق الإشعاعي الكلي ، وتلسكوب عداد إشعاع تناسبي لقياس الإشعاع عالي الطاقة، وعداد وميضي لرصد الإشعاع منخفض الطاقة، ومطياف وميضي لدراسة أحزمة الإشعاع الأرضية (وربما القمرية) ، وجهاز استقبال VLF للموجات الراديوية الطبيعية ، وجهاز إرسال واستقبال لدراسة كثافة الإلكترونات، وجزء من مقياس المغناطيسية ذي البوابة التدفقية وملف البحث المثبت على منصة الأجهزة. ورُكّب مسبار بلازما على الكرة لقياس توزيع الطاقة والزخم للبروتونات فوق بضعة كيلوفولتات لدراسة تأثير الإشعاع الناتج عن التوهجات الشمسية. كما رُكّب كاشف النيازك الدقيقة وماسح الشمس على الكرة أيضًا. وكان الاختلاف الوحيد بين القمر الصناعي بايونير P-31 والقمر الصناعي السابق بايونير P-30 هو إضافة كاشف الحالة الصلبة الحساس للبروتونات منخفضة الطاقة على القمر الصناعي، وتجربة معيار تردد الروبيديوم المصممة من قبل شركة STL والموضوعة على كبسولة متصلة بالصاروخ المعزز. بلغ إجمالي كتلة الحزمة العلمية، بما في ذلك الإلكترونيات ومصدر الطاقة، حوالي 60  كيلوغراماً. وقُدّرت التكلفة الإجمالية للمهمة بما يتراوح بين 9 و10 ملايين دولار.

 تتضمن هذه المقالة مواداً متاحة للعموم من مواقع إلكترونية أو وثائق تابعة لوكالة ناسا .

• أرشيف وثائق مختبرات تكنولوجيا الفضاء