Ranger

In 1961 zei president Kennedy in een toespraak dat er voor 1970 een man op de Maan zou lopen. Een moedig plan, want op dat moment mislukten er nogal wat lanceringen. En naar de Maan? Hoe zag die er eigenlijk uit van dichtbij? Maanfoto's die door Aardse telescopen waren gemaakt lieten geen kleinere details zien dan ongeveer een halve kilometer. Was het oppervlak wel geschikt om op te landen?
Om dit te onderzoeken werd het 1961 het Ranger programma gestart. Ranger betekent eigenlijk padvinder. Er zijn totaal 9 Rangers gelanceerd en NASA was in het begin niet erg gelukkig in dit programma.
De Rangers werden (na enige tijd in een omloopbaan om de Aarde te hebben gevlogen)  rechtstreeks naar de Maan gelanceerd. De bedoeling was dat ze met grote snelheid op de Maan zouden neerkomen en daar te pletter zouden slaan. Maar niet nadat ze heel veel foto's hadden genomen. En de foto's werden zo uiteraard steeds dichterbij genomen, zodat er steeds kleinere details op de Maan gefotografeerd zouden worden.

In het voorbeeld hiernaast is de laatste foto van Ranger 7 te zien (480 m boven het maanoppervlak). Het kleinste detail op deze foto is 38 cm.... De Rangers kwamen met grote snelheid op het Maanoppervlak af. Toen deze foto op 480 m hoogte was genomen, is er geen tijd meer geweest om de hele foto over te sturen. Tijdens het overseinen is de Ranger te pletter geslagen waarbij het hele ruimtevaartuigje werd vernield, met als resultaat ruis aan de rechterkant van de foto.

ruimtevaartuig

De Rangers bestonden uit een doos waaraan allerlei onderdelen zoals de zonnepanelen, antenne en toren met camera's waren bevestigd. Binnen de cirkel is de opening met  de zes camera's te zien. De camera's waren op de Maan gericht en de grote schotelantenne op de Aarde. Bovenop de toren staat de rondom gevoelige antenne.	In deze Engelstalige tekening is te zien dat er oplaadbare batterijen aan boord waren om groter stroomverbruik tijdens het fotograferen van de Maan op te vangen. De standregeling werd verzorgd door onder druk staande bollen met stikstof gas, dat via kleine straalpijpjes weggeblazen werd. Zonnesensoren en een aardsensor maakten het mogelijk om de stand in de ruimte te controleren.

Beschrijving Ranger 7 (identiek aan de nummers 8 en 9):

De zonnepanelen hadden afmetingen van 73,9 bij 153,7 cm. De doos (bus) waar alles aan vast was gemonteerd had een middellijn van 1,5 m. De hele breedte van de Ranger was 4,7 meter en de totale hoogte, inclusief toren 3,6 m.

Behalve de 12 kleine stuurraketjes was er ook nog een grotere raket aanwezig die halverwege de Aarde en de Maan de koerscorrecties uitvoerde. Deze raket met een stuwkracht van 224 Newton werkte op de brandstof hydrazine. De 9792 zonnecellen gaven genoeg energie voor de vlucht. De opbrengst van de zonnepanelen was 200 Watt. 

De positie van de Ranger werd bepaald door 3 gyro's, 4 zonnesensoren en 2 backup zonnesensoren. Ook was er nog een aardsensor aanwezig. Een systeem aan boord vertaalde de positie in commando's aan de 12 stuurraketjes.
De camera's waren in twee groepen ingedeeld, elk met hun eigen elektrische voeding, timers en zenders. Die groepen werden kanaal P en F genoemd.
Twee accu's van 1200 Watt-uur zorgden voor de elektrische energie voor die beide groepen bij een spanning van 26,5 volt. Er waren ook nog twee 1000 Watt-uur accu's aan boord voor de werking van het ruimtevaartuig zelf. 
De opgespaarde energie was voldoende om de Ranger bij de Maan 9 uur te laten werken.

Voor de beide kanalen P en F was een 60 Watt televisiezender aan boord. Kanaal P werkte op 960,05 MHz en kanaal F op 959,52 MHz. Er was ook nog een 3 Watt transponder aanwezig, die een signaal kon terugzenden op een ontvangen boodschap - een soort antwoordapparaat dus. De televisiebeelden werden analoog uitgezonden met voldoende bandbreedte, want de zes televisiecamera's zonden hun beelden tegelijkertijd uit.

De Atlas Agena raket stuurde de Ranger op 28 juli 1964 in een 192 km hoge baan om de Aarde. Een half uur na de lancering werd de Agena rakettrap voor de tweede keer ontstoken en de Ranger verliet de aardbaan. Na het afstoten van de Agena, werden de zonnepanelen en schotelantenne uitgeklapt, standregeling geactiveerd, de zenders omgeschakeld van de rondom gevoelige antenne naar de schotel. Een dag later werd er een koerscorrectie uitgevoerd met de 224 N raketmotor.

Bij de Maan aangekomen (31 juli) werden 18 minuten voor de inslag op de Maan de F kanaal camera's ingeschakeld, om gedurende een minuut op te warmen. De eerste foto werd genomen op 2110 km boven het maanoppervlak. Daarna  werden de P kanaal camera's ingeschakeld. De laatste foto voor de inslag had een resolutie van 0,5 m per pixel.
De vlucht had 68,6 uur geduurd.
De Rangers waren enkel ontworpen om te fotograferen. Er waren geen andere experimenten aan boord. De Ranger woog 367 kg:

camera's

De camera's waren in twee groepen ingedeeld, elk met hun eigen elektrische voeding, timers en zenders. Die groepen werden, zoals hierboven al genoemd, kanaal P en F genoemd.
De 6 camera's zaten bovenin de toren, die volgepropt was met elektronica.

Het F kanaal bevatte twee groothoek camera's:

De camera F-A, met een brandpuntsafstand van  25 mm, lichtsterkte 1:1 en een beeldhoek van 25 graden.
De camera F-B met een brandpuntsafstand van  75 mm, lichtsterkte 1:2 en een beeldhoek van 8,4 graden.
De tijd tussen twee opnamen was bij deze camera's bijna 3 seconden en de belichtingstijd 1/200 sec.

Het P kanaal bevatte vier tele camera's:

P1 en P2, met een brandpuntsafstand van 75mm, een lichtsterkte van 1:2 en een beeldhoek van 2,1 graden.
P3 en P4 hadden een brandpuntsafstand van 25 mm, een lichtsterkte van 1:1 en een beeldhoek van 6,3 graden.

De tijd tussen de opnamen was 0,2 sec. en de belichtingstijd 1/500 sec. De volgorde van de tele-opnamen was P1, P3, P2 en P4.
Elke camera had een spleetsluiter (twee gordijntjes die kort na elkaar door de lichtgang bewogen, net zoals in de vroegere spiegelreflex camera's). De zes vidicon buizen hadden een diameter van 2,5 cm, maar het beeldveld was maar 11 bij 11 mm. Op de voorkant van de vidicons waren merktekens aangebracht om de opnamen later te kunnen uitmeten. Zie voor een Duitse animatie van de spleetsluiter de figuur hieronder:

De vier telecamera's gaven beelden die opgebouwd waren uit 300 lijnen, wat een betrekkelijk grof beeld opleverde. De groothoek camera's gaven beelden met 1152 lijnen. Alle camera's werden door een automaat geactiveerd. Een computer was nog niet aanwezig in de Rangers. Die waren nog veel te groot in die tijd.
Op de foto rechts is te zien hoe de Ranger camera's getest worden. Ze nemen een heel groot deel van de toren in beslag. De bijbehorende elektronica vulde de rest. Tegelijk met de opnamen van de Maan werd er op de groothoek opnamen een klok en een teller mee gefotografeerd, om later de volgorde van de opnamen te kunnen controleren.

resultaten

De eerste vijf vluchten mislukten eigenlijk. De Rangers 1 en 2 kwamen in een lagere baan om de Aarde dan was voorzien en zijn nooit op weg geweest naar de Maan. Ranger 3 miste de Maan op 35.000 km. Ranger 4 sloeg te pletter op de achterkant van de Maan. Ranger 5 miste de Maan en kwam in een baan om de Zon terecht. Op dat moment kreeg de Amerikaanse senaat genoeg van het Ranger project. Met de grootste moeite lukte het om het project door te laten gaan. De senaat besloot om de Rangers 10 t/m 12 te schrappen, mits Ranger 6 een succes zou worden. Daar zag het wel naar uit maar toen het grondstation het commando gaf om de camera's in te schakelen reageerde Ranger 6 daar niet op. De Ranger sloeg te pletter zonder foto's gemaakt te hebben. De senaat vond dat het succes erg dichtbij was geweest en gaf toestemming tot het lanceren van de Rangers 7 t/m 9. Die waren alle erg succesvol en ze leverden 17.259 foto's op.

Zie ook de tabel:

tabel: Van Spoetnik tot Spaceshuttle - Chriet Titulaer

Ranger 9 sloeg in bij de krater Alphonsus. Een Russische astronoom had daar volgens zeggen een uitbarsting waargenomen. Op de foto hiernaast is de Ranger 9 nog 370 km boven het maanoppervlak. De grote witte cirkel laat drie kratertjes zien die hieronder ook nog eens zijn aangegeven op de de foto die vanaf een hoogte van 80 km is gemaakt. Het kleine witte cirkeltje is het uiteindelijke inslagpunt van Ranger 9. Doordat het maanoppervlak relatief gezien steeds sneller dichterbij kwam, werden de opnamen steeds minder scherp door de beweging.

Zie ook de YouTube videopagina

Hans Walrecht

De complete Beelden uit de Ruimte" website is te vinden op http://www.hansonline.eu/