Surveyor

De Rangers hadden de Maan van dichtbij gefotografeerd op hun ramkoers naar het maanoppervlak. Nu was de vraag of het oppervlak solide  genoeg was om er op te landen met een maanlander. En hoe zag het maanoppervlak er van dichtbij uit? Op die vraag en andere moest de Surveyor antwoord geven.

Op de foto hiernaast is iets bijzonders te zien. In het najaar van 1969 landde de maanlander van Apollo 12 op zo'n tweehonderd meter afstand van de Surveyor 3 die al op 2 juni 1966 op het maanoppervlak geland was. Het is een zwart-wit foto, omdat astronaut Bean de filmcassettes met kleurenopnamen vergat mee te nemen in de maanlander. Je ziet de Apollo 12 maanlander op de achtergrond staan. De astronaut heeft zijn hand bij de camera van de Surveyor. Dat onderdeel en nog een aantal andere werden losgeknipt van de Surveyor om op Aarde te kunnen onderzoeken hoe het ruimtevaartuig de extreme temperaturen overleefd had. Het antwoord was: heel goed. En op Aarde vond men, zo werd gezegd, nog een paar bacteriën, die hun verblijf in het luchtledige van de maan ook goed doorstaan hadden! Ondanks alle voorzorgen is het kennelijk niet gelukt om alle bacteriën te doden voor de lancering van Surveyor 3.

ruimtevaartuig

Hier staat een model van de Surveyor op het strand.

1. rondom gevoelige antennes.
2. radiohoogtemeter en doppler radar voor de landing.
3 "Vernier" remmotor die geregeld kon worden tussen 133 en 463 Newton. Ze werkten op hypergole brandstoffen. Deze motoren werden ook voor de midkoers correctie gebruikt.
4. landingspoot met vervormbaar (honingraat-) materiaal.
5. tanks voor stikstof en helium
6. vlakke richtantenne
7. zonnepaneel
8. camera
9. elektronica "doos".

Het startgewicht bedroeg 995 kg, waarvan het grootste gedeelte  in beslag genomen werd door de vaste brandstofraket die nodig was voor het arfemmen. Het gewicht van de lander zelf was maar 284 kg. Het kleine zonnepaneel leverde 90 Watt op en de accu's konden 230 Ampère uur aan energie opslaan. Er waren twee zenders aan boord, van elk 10 Watt.
De plaatsbepaling werd geregeld door 3-assige gyro's, een zonnesensor en Canopus sensor maakte dit compleet. De standregeling van de Surveyor werd verzorgd door stikstof door kleine straalpijpjes te blazen.(zie "5" in de foto). De heliumtank leverde druk op de tanks met hypergole brandstoffen (hydrazine en stikstoftetroxide).

Surveyor 1 werd door een Atlas Centaur raket gelanceerd . De Atlas is eigenlijk een 1,5 traps raket. Bij de start werken er drie motoren en na korte tijd wordt de ring met de twee buitenste motoren afgeworpen en blijft de middelste motor doorwerken. De Centaur was als het ware de tweede of derde trap, net hoe je het bekijkt. De Centaur was een grote stap vooruit, omdat hij op vloeibare zuurstof en waterstof werkte, net als de motoren van de Spaceshuttle. Het herstarten van de motor (om de Surveyor te versnellen en richting Maan te sturen) was een groot probleem in het begin.

Maar op 31 mei 1966 werd de Surveyor 1 succesvol gelanceerd. Net vóór de Surveyor maakte de Russische Luna 9 een zachte landing op de Maan en fotografeerde een panorama. De Surveyor, met zonnecellen aan boord, leverde maar liefst 11.237 foto's op.

In het schema hiernaast is te zien dat de Surveyor in een speciale baan van de Aarde naar de Maan reisde. De reis naar de Maan duurde ongeveer 65 uur. Op zo'n 30 tot 40 minuten voor de landing werd hij door de kleine stikstofraketjes in de juiste positie voor de landing gezet. Op 110 km hoogte en bij een snelheid van 10.000 km/h. ontbrandde de remmotor.

Op 8 km en bij een snelheid van 400 km/h werd de remmotor afgeworpen en ontstaken de regelbare Vernier raketten.

Op 4 m. hoogte en bij een snelheid van 6 km/h stopten deze raketten Het laatste stukje viel de Surveyor op het Maanoppervlak. Speciaal vervormbaar materiaal op de drie landingspoten vingen de schok van de landing op.

Het uitschakelen van de motoren op de laatste meters werd gedaan om niet zoveel maanstof te laten opwaaien.
De Surveyors waren ontworpen om alleen in de maan "dag" te werken, die ongeveer 14 dagen duurt. Zodra de maan nacht aanbrak, kregen de zonnecellen geen energie meer en zou het afgelopen zijn met de missie van de Surveyors. Maar dat viel erg mee. Surveyor 1 heeft gewerkt tot 7 januari 1967

Met isolerende bekleding, o.a. Mylar, werden de onderdelen van de eigenlijk vrij open Surveyor beschermd tegen de extreme temperaturen op de maan (van +112 graden tot -156 graden)

Een belangrijke rol was weggelegd voor het de radiohoogtemeter en de doppler radar. Een radiohoogtemeter zendt een signaal uit naar het maanoppervlak,wat weerkaatst wordt. De korte tijd tussen het uitzenden en ontvangen kan gemeten worden en levert als resultaat de hoogte op. Een Doppler radar meet de voorwaartse snelheid. Als radargolven naar het maanoppervlak uitgezonden worden door een bewegend toestel, komen de radiogolven in een iets veranderde frequentie terug. De mate waarin die frequentie verandert, levert informatie op over de voorwaartse snelheid. Beide meetinstrumenten waren een goede test voor het Apolloprogramma, want de maanlanders gebruikten een vergelijkbaar systeem.

Hoogstwaarschijnlijk was er al een computer aan boord. Het systeem aan boord maakte het mogelijk om het dataverkeer te versleutelen. Zeg maar geheimschrift. Het kon totaal 256 commando's opsparen en naar de diverse instrumenten sturen. Terug konden er 200 meetgegevens over de technische toestand van de Surveyor verstuurd worden. Vanwege de warmte op het maanoppervlak was er geen bandrecorder aanwezig in de Surveyor.

Behalve het maken van foto's van het maanoppervlak bevonden zich nog enkele instrumenten en hulpmiddelen aan boord:

• een experiment om de magnetische eigenschappen van de maanboden te meten
• een graafarm, waarvan de resultaten in de maanbodem gefotografeerd konden worden (zie hierboven)
• een alfastralen meetapparaat om een idee te krijgen van de eigenschappen van de maanbodem 

Dit laatste instrument gebruikte een radioactieve isotoop, curium 242. De uitgezonden alfastralen die hiervan kwamen en teruggekaatst werden door de maanbodem gaven een idee van de bodemstructuur van de Maan. Op de landingsplaats bleek later dat die bodem bestond uit een mengsel van zuurstofverbindingen en silicium. Het gesteente leek op basalt en dus erg veel op de aardbodem.

De hoogte van de Surveyor was 3 meter en de diameter tussen de landingspoten 4,3 m.

camera

Oorspronkelijk was er voorzien in drie camera's, waarvan er een de landing in beeld zou brengen. Het gewicht van drie camera's zou echter te groot worden, zodat er uiteindelijk maar één camera overbleef. En dat was een bijzondere.
Omdat het teveel elektrische energie zou kosten om de hele camera te bewegen, werd er gekozen voor een staande camera waarvan alleen de kop met een spiegel erin zou bewegen.
De spiegel kon niet alleen 360 graden om zijn as draaien, maar ook  40 graden omhoog en 60 graden naar beneden. De spiegel kon in stapjes van 3 graden om zijn as bewogen worden en de beweging van boven naar beneden in stapjes van 5 graden.
De spiegel bevond zich op 180 cm hoogte, dus dat kwam overeen met het beeld dat een astronaut later ook op de Maan zou krijgen.
Voor de vidicon buis bevond zich een zoomlens die een bereik had van 25 - 100 mm. Met de gebruikte vidicon betekende dit dat de beeldhoek tussen de 6,4 en de 25,4 graden lag. Ook dit laatste is dus nog geen "groothoek" lens te noemen.

De scherptestelling kon ingesteld worden tussen 120 cm en "oneindig". Het diafragma kon automatisch werken, maar ook op afstand "met de hand"  bediend worden.

De gebruikte vidicon had een diameter van 2,5 cm. Het aftasten van het beeld kon met verschillende snelheden plaatsvinden en het beeld kon uit 600 of 200 lijnen bestaan, afhankelijk van de elektrische energie die ter beschikking stond.

De beelden werden naar de Aarde gezonden met een snelheid van 4400 bits per seconde via een zender van 10 Watt. Het oversturen van een beeld met 600 lijnen duurde 81 seconden en het oversturen van een beeld met 200 lijnen ging met een snelheid van 1100 bits per seconde en duurde 36 seconden. In dat laatste geval werd de zender van 0,1 Watt gebruikt, die met de rondom gevoelige antenne werkte.

De camera was van het zwartwit type, maar door een schijf met filters in de kleuren rood, groen en blauw te gebruiken (filter wheel assembly) -waarbij drie foto's achter elkaar genomen werden door verschillende filters- kon men kleurenfoto's maken. De beelden van dichtbij waren erg scherp.Men kon details van 1 mm nog waarnemen.

Omdat de beeldhoek niet zo groot was, een beetje tele, moesten de opnamen op aarde aan elkaar gezet worden. Hiernaast is zo'n mozaïek te zien. Het is één dag voor zonsondergang op de Maan en de schaduw van de Sureveyor is goed te zien.

Als je naar de figuur bovenaan deze pagina kijkt, zie je dat er voor een camera die rondom zich heen kan kijken veel dode hoeken zijn. Behalve de mast voor de antenne en het zonnepaneel zit een groot deel van de Surveyor zelf "in de weg". Daarom had men op verschillende plaatsen spiegeltjes gemonteerd, zodat de camera om een hoekje kon kijken.

Op een van de landingspoten was een schijf gemonteerd met scherpstel tekens, grijze vlakken en kleuren. Dit was om de camera te kunnen testen om om later de kleur van het maanoppervlak te kunnen vaststellen (met de filter wiel opnamen).

Dat maanoppervlak bleek gewoon grijs, als cementpoeder. De camera was zo ingesteld dat hij bij de landing al op een van de landingspoten was gericht. Mocht er iets misgaan, dan hadden ze in elk geval een foto die iets over het maanoppervlak liet zien en hoe diep de landingspoot was weggezakt. 

resultaten

Surveyor 1 lukte meteen. Surveyor 2 raakte in de duikeling tijdens de midkoers correctie en ging verloren. Surveyor 3 maakte een hobbelige landing in een 200 meter grote krater, met een helling van 14 graden. De twee  Vernier motoren werden niet uitgeschakeld bij de landing. De Surveyor 3 was geland, weer opgesprongen door de werkende motoren en na 24 seconden en 22 meter verder weer neergekomen. Hierna veerde de Surveyor weer op kwam kwam toen weer 11 meter verder op de Maan terecht. Tenslotte gleed hij nog 30 cm weg. 

Eind 1969 bezocht de bemanning van Apollo deze Surveyor  en maakten de foto (hier links) van de afdruk van een van de landingspoten. 
Surveyor 4 stopte er een paar minuten voor de landing mee. Surveyor 5 landde in een 10 meter grote krater. Het alfastralen instrument (dat nieuw was aan boord) gaf een goed idee van de samenstelling van de maanbodem. Twee dagen na de  landing werd één motor van deze Surveyor kort gestart, om een idee te krijgen van het stof dat daardoor werd opgeworpen en de diepte van het kratertje dat zo geblazen werd. Zie de foto rechts voor het resultaat van dit stof op de testkaart op een van de landingspoten.
Surveyor 6 maakte de eerste lancering van het maanoppervlak mee. De motoren werden kort gestart, de Surveyor zweefde even over het maanoppervlak en kwam een kleine drie meter verder weer tot stilstand. Nadeel van deze proef was, dat de beeldkwaliteit daarna iets minder was doordat er stof op de spiegel van de camera was gekomen. 
Surveyor 7 tenslotte, landde ten noorden van de krater Tycho. Met Surveyor 7 werd de eerste reparatie op de Maan uitgevoerd. Het alfastralen instrument zat vast en kon niet naar het maanoppervlak afdalen. Met de graafarm werden er tikjes tegen het instrument gegeven. Dankzij de camera kon met precies zien wat er gebeurde. De reparatie lukte!

Met de Surveyor 1t/m 6 had men al genoeg informatie voor de maanlandingen. Surveyor 7 was een experiment, want hij landde in een bergachtig terrein, wat meer risico inhield. Er gingen nog stevige discussies aan deze vlucht vooraf.

*) datum lancering, omdat deze vluchten mislukt zijn.  (bron: Van Spoetnik tot Spaceshuttle)

Op de kaart hieronder staan de landingsplaatsen van de de Surveyors en de inslagplaatsen van de Rangers. Ze hebben bijna allemaal plaatsgevonden in de rechthoek waar ook alle Apollolandingen zijn uitgevoerd:

 Hans Walrecht

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