Luna-10/ISL

 

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Questa sonda fu il primo veicolo spaziale ad entrare e rimanere in orbita intorno ad un corpo del Sistema Solare (la Luna nella fattispecie). Solo il 14 Novembre 1971 Mariner-9 s'inserirà in orbita intorno a un pianeta: Marte.

 

I PROGRAMMI AMERICANI SPAZIALI "RED SOCKS" E "ABLE"

 

Come risposta al successo dello Sputnik-1, tre settimane dopo, il JPL propose un programma d'esplorazione lunare: “Red Socks”. Curiosamente la pronuncia di queste due parole ("Calzini Rossi" alla lettera), suona molto simili a reds sucks (cioè "i rossi fanno schifo"). Il piano era quello di lanciare nove satellite artificiali di due tipi: uno per porre un sonda da 6,75 kg intorno alla Luna (nel Giugno 1958) ed un altro per fotografare la faccia nascosta della Luna e riportare le foto a Terra. Le altre sette navicelle sarebbero andate in orbita lunare fra il Gennaio 1959 e il Dicembre 1960. Il programma "Red socks", troppo ambizioso e costoso, non ebbe l'approvazione del Congresso e quindi fu ridimensionato. Così il 27 Marzo 1958, il presidente Eisenhower approvò un piano d'esplorazione alternativo: il progetto “Able” a cura del DoD (Department of Defense, 'Dipartimento della Difesa'). Secondo questo programma spaziale, dovevano essere lanciate verso la Luna cinque piccole sonde: tre costruite dall'Aeronautica e due dall'Esercito. Intanto, il 7 Febbraio 1958, il DoD aveva istituito l'ARPA (Advanced Research Project Agency, 'Agenzia per i Progetti di Ricerca Tecnologica avanzata'). Il suo scopo era promuovere, coordinare, gestire tutte l'attività spaziali e civili. Praticamente l'ARPA era un'organizzazione provvisoria in attesa che il Congresso creasse un'agenzia spaziale civile. Secondo il piano d'esplorazione, le prime tre sonde “Able” avrebbero tentato un inserimento in orbita lunare.

 

1958 - Il 17 Agosto alle 12:18:00 decollò un razzo "Thor Able I" con a bordo la sonda Able 1 (poi denominato Pioneer-0). Era la prima missione in assoluto rivolta verso la Luna, infatti il primo tentativo sovietico fu effettuato il successivo 23 Settembre. Dopo 77" di volo, 12:19:17, il primo stadio "Thor" esplose 15,2 km sopra l'Atlantico forse per la rottura di un condotto del propellente. La sonda e i resti del razzo ricaddero nell'oceano 123" dopo (12:21:20). Il 1° Ottobre con l'ordine esecutivo n. 10783 il presidente Eisenhower creò la Nasa (National Aeronautics and Space Administration, Agenzia Nazionale per l'Aeronautica e lo Spazio). Il nuovo l'ente spaziale battezzò le quattro rimanenti navicelle del progetto “Able” come Pioneer (cioè 'Pioniere'). Così nacque così l'omonima serie di sonde spaziali che si concluderà nel 1978. Per il suo primo lancio spaziale, la Nasa fece le cose in grande: il decollo di Able 2 sarebbe andato in diretta TV nazionale. Il 9 Ottobre per un puro caso non venne perso il vettore di lancio. Successe che un altro razzo esplodendo in volo fece passare i suoi rottami a qualche decine di metri dalla rampa 17A dove era il "Thor Able I". Il decollo di Able 2 avvenne alle 08:42 dell'11 Ottobre. Purtroppo il secondo stadio "Thor" si spense con 10" d'anticipo (forse per un errore di programmazione degli accelerometri). Al regolare spegnimento del terzo stadio, i controllori di volo costatarono che la velocità della sonda era minore del previsto: mancavano 152 m/s. Purtroppo la velocità finale non era sufficiente né a raggiungere la Luna, né a rimanere in orbita terrestre. Restava solo un'esile possibilità: accendendo il propulsore di bordo Falcon (che doveva essere utilizzato per l'inserimento in orbita lunare) si poteva raggiungere una più elevata orbita terrestre (32.200 x 128.700 km). A quel punto, se si ruotava di 180° il razzo si poteva anche ottenere un fly-by lunare. Ma gli otto tentativi di accensione fallirono poiché le batterie nella navicella aveva subìto il gelo spaziale e si erano guastate. Pioneer-1 raggiunse il "picco" della sua traiettoria parabolica alle 13:00 dell'11 Ottobre a 113.854 km dalla Terra. Naturalmente la navicella cominciò a decadere in una traiettoria parabolica. Così alle 03:47:30 del 13 Ottobre, Pioneer-1 si disintegrò sopra il sud del Pacifico dopo aver fornito qualche dato utile. Il 15 Ottobre la Nasa propose di trasferire il JPL dall'Esercito, dal quale dipendeva, alla neonata agenzia spaziale. Intanto l'8 Novembre alle 07:30, decollò Able 2 sempre alla testa del razzo "Thor Able I". Ma questa volta il terzo stadio non si accese neppure, così la navicella raggiunse un'altitudine di soli 1550 km e ricadde in una zona a nord-est dell'Africa (28,7° nord e 1,9° est) dopo aver percorso 12.067 km in 42,4’ di volo. Seppure non fosse stata raggiunta l'orbita di trasferimento lunare, la sonda venne poi denominata Pioneer 2.

 

Con l'ordine presidenziale n. 10793 del 3 Dicembre 1958 il presidente Eisenhower trasferì le mansioni e le strutture del Jet Propulsion Laboratory dall'Esercito alla Nasa. Così il ruolo dei militari (Esercito, Aeronautica ecc.) nell'esplorazione spaziale fu ridimensionato a semplice consulenza.

 

IL PROGRAMMA “ATLAS-ABLe”

 

La Nasa decise di replicare al "successo" di Luna-1 definendo il progetto “Vega”: inviare sonde automatiche verso Venere, Marte e Luna. Ma qualche mese dopo, fu chiaro che era necessario porre un satellite americano intorno alla Luna per riguadagnare credibilità. Così il 25 Maggio l'agenzia spaziale Usa creò dal progetto “Vega” il programma “Atlas-Able”. Lo scopo era inserire tre sonde di classe "Pioneer" (da 175 kg) in un'orbita lunare.

 

1959 - Alle 07:26:00 del 26 Novembre, decollò Pioneer P 3 (denominato anche Pioneer X o Atlas-Able 4B) alla testa di un "Atlas-Able 4" (un missile intercontinentale "Atlas" con due stadi superiori "Thor-Able"). Ma dopo 45" di volo, 07:26:45, la carenatura in fibra di vetro che proteggeva il carico si staccò, lasciando il terzo stadio esposto ai forti carichi aerodinamici. Dopo altri 59" (07:27:44) le comunicazioni cessarono perché tutto il terzo stadio fu strappato e cadde nell'oceano. Il razzo proseguì la sua inutile corsa esplodendo quando si accese il secondo stadio. 

 

1960 - Il 25 Settembre alle 15:13 decollò Pioneer P 30 (denominato anche Pioneer Y o Atlas Able 5A) alla sommità di un razzo "Atlas-Able 5A". Come previsto, lo stadio iniziale bruciò per 275" e poi si separò dal secondo. Ma subito dopo i dati telemetrici mostrarono un malfunzionamento nel sistema ossidante. La sonda fu così incapace di compiere la sua orbita terreste. Fino alle 15:30 continuò a inviare segnali, poi ricadde da qualche parte nell'Oceano Indiano. Una nota Nasa del 15.11.1960 comunicò che "due frammenti della sonda erano stati trovati in Transvaal (Sud Africa)". Il programma “Atlas-Able” si chiuse con il lancio di Pioneer P 31 (denominato anche Pioneer Z o Atlas-Able 5B) avvenuto alle 09:11:00 del 15 Dicembre utilizzando il vettore "Atlas-Able 5B". Purtroppo il primo stadio "Able" s'accese mentre il secondo stadio "Atlas" bruciava. Così il razzo esplose 68 secondi dopo il lancio (09:12:08) ad un'altezza di 12,2 km. I resti ricaddero nell'Atlantico a 12-20 km da Cape Canaveral in una zona profonda circa 20 metri.

 

LA DEFINIZIONE DEL PROGRAMMA "E-6S"

 

In ogni caso, il programma robotico lunare era inestricabilmente collegato al piano lunare pilotato (fra cui il progetto "L3", portare un sovietico sulla Luna). Già nel 1958 Korolev aveva proposto una serie di sonde ("E-1", "E-2", "E-3", "E-4") per un'iniziale esplorazione della Luna. Dei nove lanci della prima generazione di sonde ("E-1") solo tre si conclusero con un successo: Luna-1 (prima sonda a sfiorare il nostro satellite ed inserirsi in orbita solare), Luna-2 (primo oggetto costruito dall'uomo a schiantarsi sulla superficie selenica), Luna-3 (prima ricognizione fotografica di un corpo celeste, la faccia nascosta della Luna). Erano sì navicelle piccole e modeste, specie le prime due, ma inaugurarono una gloriosa era di esplorazione robotica lunare. Dal 1959 Korolev stava già pianificando una più ambiziosa famiglia di sonde: l'"E-6" (per un allunaggio morbido) e l"E-7" (per l'inserimento in orbita lunare). Nel Gennaio 1960 il governo sovietico approvò in via preliminare la costruzione di queste due classi di sonde.

 

L'OKB-1 (Opitnoye Konstruktsioniye Byuro, Ufficio di Progettazione Sperimentale) di Korolev iniziava ad essere troppo oberato dl lavoro. Così a partire dal 2 Marzo 1965, le gestione e realizzazione delle missioni lunari e interplanetarie senza equipaggio iniziarono ad essere trasferite all'NPO (Nauchno Proizvodstvennoye Obyedinyeniye, Organizzazione di Produzione Scientifica). Questo ente era stato creata alla fine degli anni 30 da Semyon A. Lavochkin (1900/60). Inoltre l'"NPO Lavochkin" da quel 2 Marzo 1965 fu guidato da Georgi N. Babakin (1914/71). Probabilmente Korolev era anche amareggiato dall'incredibile serie di fallimenti registrati dalle missioni "E-6". Purtroppo il leggendario capo progettista morì nemmeno un anno dopo, 14.01.1966. Ai primi di Febbraio Babakin convinse l'Accademia delle Scienze di approvare un satellite lunare semplificato per battere sul tempo gli Usa, che entro l'estate avrebbe lanciato il loro sofisticato Lunar Orbiter. Le navicelle "E-6S" furono costruite in soli 25 giorni, perché si sfruttò il progetto delle "E-6" e dei satelliti terrestri "Kosmos".

 

1966 - Il 1° Marzo alle 11:02, decollò una sonda "E-6S" posta alla sommità di un "Molniya 8K78M". Il vettore s'inserì in un'orbita di stazionamento terrestre (191,5 x 225,3 km ; 88,19’; 52°) come previsto. Purtroppo una perdita di controllo nello "stadio L", non permise all'ultimo stadio di fuga di accendersi. La sonda "E-6S" e il razzo rimasero in quella inutile orbita terrestre. All'oggetto spaziale gli venne assegnato il nome "di copertura" Cosmos 111. Alle 01:41 circa del 3 Marzo, Cosmos 111 rientrò nell'atmosfera terrestre disintegrandosi.

 

DESCRIZIONE DELLA SONDA

 

Il veicolo spaziale era diviso in due parti: una superiore dove trovava posto il satellite lunare vero e proprio (l'ISL), mentre la parte inferiore era il modulo di viaggio (KA).

 

MODULO DI VIAGGIO (KA:Kosmicheskiy Apparat, Sezione Cosmica - bus in gergo astronautico)

 

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La struttura era praticamente identica a quella di Luna-9. Infatti montava alla sua estremità inferiore lo stesso "KTDU-5A" capace di fornire una spinta di 45,5 kN. Il propulsore in questione, sarebbe stato usato sia per la correzione di traiettoria nel viaggio Terra-Luna che per l'inserimento in orbita lunare. Nel modulo di crociera invece c'erano: un sistema di orientamento stellare, strumenti radio per le telecomunicazioni (trasmissione: 922? MHz ; ricezione: 768 MHz), batterie chimiche ed i serbatoi per i propellenti ipergolici. Con l'orbiter posto alla "sommità", il veicolo spaziale era alto 2,7 metri. Il diametro massimo arrivava a 90 cm. Il peso totale (comprensivo di satellite artificiale lunare e propellenti) era di 1597 kg.

 

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MODULO STRUMENTALE (ISL:Iskusstvennayy Sputnik Lunay, Satellite Lunare Artificiale)

 

Era un cilindro pressurizzato e smussato (diametro: 76,2 cm ; lunghezza: 149,3 cm) con un peso di 244,5 kg. La struttura della sonda era simile a quella di molti satelliti terrestri della serie "Kosmos" lanciati  per studi scientifici. Il satellite lunare si sarebbe inserito passivamente in orbita; infatti non aveva né sistemi propulsivi, né sistemi di orientamento. L'unico mezzo di stabilizzazione era una lenta rotazione lungo il suo asse orizzontale. Le telecomunicazioni avvenivano grazie ad un ricevitore/trasmettitore (183,535 / 768 [MHz]). Forse c'era anche un altro trasmettitore sui 922 MHz, ma non è sicuro. Infatti due antenne erano sicuramente delegate alla trasmissione/ricezione sui 183/768 MHz ; ma per le altre due non si hanno riferimenti certi. Per ottenere l'energia a bordo c'erano delle batterie chimiche non ricaricabili. Per il controllo termico veniva utilizzata una ventola, che dissipava il calore in eccesso direttamente verso l'esterno.

 

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STRUMENTAZIONE SCIENTIFICA DEL MODULO STRUMENTALE

 

1) spettrometro per i raggi gamma (modello "3134-03");

2) magnetometro triassiale (modello "NA-591" lo stesso montato su Venera-4);

3) due trappole per gli ioni e una per le particelle cariche ;

4) un sensore per le micrometeoriti ;

5) rilevatore di infrarossi (modello "EA-1");

6) contatore dei fotoni nei raggi X ad alta energia (modello "D-153");

7) radiometro (modello "NE-1");

8) spettrometro (modello "A-153").

 

esperimento 1

era sensibile alle particelle energetiche nell'intervallo 0,3-3,2 MeV. Per la precisione, lo strumento rispondeva a due intervalli energetici sovrapposti: 0,15-3,2 e 0,3-0,7 [MeV].

(5)

 

doveva studiare l'intensità e la composizione spettrale della radiazione gamma della superficie lunare. In questo modo sarebbe stato possibile identificare gli elementi chimici contenuti al suolo.

esperimento 2

era posto in cima ad un'asta lunga 149,3 cm ed aveva un intervallo dinamico di: -50 ¸ 50 [nT]. Lo strumento doveva studiare sia i campi magnetici interplanetari, che definire il limite più basso di un eventuale campo magnetico lunare. Il campo magnetico, misurato nella direzione di rotta, veniva campionato una volta ogni 128" (2,13’). La precisione nelle misurazioni era di: 9 nT (per la componente parallela all'asse di rotazione); 2,5 nT (per quella perpendicolare) e 10 nT (per l'ampiezza del campo magnetico).

esperimento 3

le "trappole" per gli ioni sono conosciute anche come "gabbie di Faraday". Ognuno di questi dispositivi poteva rilevare gli ioni presenti nello spazio

esperimento 4

aveva una superficie di raccolta pari a 1,21 m². Questo rilevatore piezoelettrico di micrometeoriti poteva scoprire particelle leggerissime fino ad una massa di 0,071 microgrammi.

esperimento 5

era composto da due placche (dimensioni: 15,2 x 30,5 mm) che venivano usate come rilevatori infrarossi. In questo modo era possibile misurare sia la radiazione infrarossa proveniente dalla superficie, che le condizioni termiche esistenti al suolo.

esperimento 6

rilevava l'emissioni di raggi X provenienti dalla Luna.
esperimento 7

avrebbe permesso di determinare le caratteristiche di un qualsiasi esile medium gassoso vicino alla superficie. Infine con il "tracciamento" da parte delle stazioni terrestri, si poteva determinare la distribuzione della massa sulla Luna.

esperimento 8 il suo scopo era quello di studiare il plasma solare.

 

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La missione in forma schematica:

1) Lancio e parcheggio in un'orbita terrestre bassa.

2) Manovra di correzione della traiettoria durante il viaggio.

3) Orientamento della navicella prima della frenatura.

4) Frenatura e inserimento del satellite in orbita lunare.

 

La navicella "E6-S" decollò alle 10:48:00 del 31 Marzo 1966 dentro un razzo "Molniya 8K78M". L'inserimento in un'orbita terrestre di stazionamento temporaneo (190 x 220 km ; 88,52’; 51,80°) andò alla perfezione. Alle 11:53 lo stadio finale del razzo inserì Luna-10 in un corridoio verso la Luna. Il KTDU fu usato per la manovra di aggiustamento della traiettoria dopo un giorno di viaggio a circa 240.000 km dalla Terra. Nel viaggio verso la Luna, l'esperimento 3 misurò il flusso di radiazione cosmica dando un valore assoluto di 4,7 particelle al secondo su cm².

 

- 3 Aprile 1966 -

 

| Inserimento in orbita lunare |

 

Appena il KA si trovò sulla verticale locale, ai 1000 km di quota, il KTDU su accese per 57". Così l'intero veicolo spaziale rallentò di 3057,7 km/h e s'inserì in questa orbita (perilunio:: 350,84 ; apolunio: 1017,10 [km]; periodo: 2 ore, 58’, 11"; inclinazione: 67° 9’ 37" - molte fonti invece citano 71°). Venti secondi dopo il termine dell'accensione, alle 18:45:39, l'ISL si staccò dal KA (che non lascerà traccia). Il piccolo satellite si stabilizzò in rotazione al ritmo di 2 giri/minuto. Per celebrare l'evento, dall'orbiter venne riprodotta per 6’ (dalle 19:44 alle 19:50) una breve sintesi elettronica dell'Internazionale. Questo motivo, tanto caro al popolo sovietico, fu ascoltato durante il 23° Congresso del Partito Comunista dell'Unione Sovietica (il PCUS).

 

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 Traiettoria di Luna-10 nel suo viaggio di tre giorni verso la Luna.

 

Il modulo strumentale iniziò la sua missione scientifica: studiare le radiazioni gamma, i campi magnetici ed elettrici, il vento solare e l'emissione infrarossa della Luna. Il 3 Maggio i parametri orbitali erano: 361 x 1007 km ; 178,27’; 72,01°. Il progressivo esaurirsi delle batterie chimiche fece diventare instabili le comunicazioni. Il 30 Maggio (56° giorno in orbita) i trasmettitori di bordo vennero spenti dato che rimaneva pochissima energia a disposizione. Luna-10, dopo: 460 orbite lunari e 219 trasmissioni dati terminò la sua missione. L'ultima orbita rilevata aveva questi parametri: 378,2 x 984,9 km ; 178,05’; 72,03°. Considerando che la gravità lunare è più forte nelle aree pianeggianti dei "mari" piuttosto che nelle zone montagnose, è probabile che Luna-10 non sia più in orbita e si già caduta sulla Luna.

 

Segmento (durata: 9 secondi) dell'"Internazionale" trasmessa da Luna-10 (149 kb - formato "RealAudio™").

 

Il rilevatore di micrometeoriti contò 198 impatti nei primi 40 giorni, ancora una volta non venne trovata traccia di campo magnetico. Il limite superiore dell'eventuale concentrazione di particelle cariche nella ionosfera lunare fu stimata nell'ordine di 100-300 unità/cm³. Il sensore ai raggi gamma delineò le differenze fra le rocce dei "mari" e quelle degli "altopiani": le prime erano più acide e tendenzialmente basaltiche le altre probabilmente erano rocce non differenziate. Il principale contributo della radiazione gamma dalla Luna (~ 90%) era data dai processi di iterazione fra i raggi cosmici e il materiale lunare. Nell'intensità totale della radiazione gamma delle specie chimiche lunari, la porzione di emissione causata dalla disintegrazione del potassio (K), torio (Th) e uranio (U) non superava il 10%. Infine vennero scoperte le prime caratteristiche dell'anomalo, estremamente irregolare campo gravitazionale del nostro satellite naturale.

 

RINGRAZIAMENTO:

 

Vorrei ringraziare l'amico Paolo Ulivi per aver risposte a varie mie domande su questa missione: in particolare per l'esatto significato dell'acronimo ISL.

 

FONTI, RIFERIMENTI, LINK DEL MATERIALE UTILIZZATO PER QUESTA SCHEDA

 

x FOTO, SCHEMI, DISEGNO:

 

- Foto (1): LINK ;

- Foto (2): LINK ;

- Schema (3): LINK ;

- Foto (4): LINK ;

- Foto (5): LINK ;

- Schema (6): LINK;

- Disegno (7): LINK.

 

x il TESTO:

 

• NATIONAL SPACE SCIENCE DATA CENTER, ABLE1 (Pioneer-0);

• NATIONAL SPACE SCIENCE DATA CENTER, 1958-007A (Pioneer-1);

• NATIONAL SPACE SCIENCE DATA CENTER, PION2 (Pioneer 2);

• NATIONAL SPACE SCIENCE DATA CENTER, PIONX (Pioneer P 3);

• NATIONAL SPACE SCIENCE DATA CENTER, PIONY (Pioneer P 30);

• NATIONAL SPACE SCIENCE DATA CENTER, PIONZ (Pioneer P 31);

• NATIONAL SPACE SCIENCE DATA CENTER, 1966-017A (Cosmos 111);

• NATIONAL SPACE SCIENCE DATA CENTER, 1966-027A (Luna-10);

• SPACE 40, 1966-027A (N.B.: testo in ceco);

• AstroLink.de, LINK (N.B.: testo in tedesco);

• Bernd-leitenberger.de ("Das Luna programmm"), LINK (N.B.: testo in tedesco);

• Epizodsspace.narod.ru, Biblioteka, 1967 - LINK (N.B.: testo in cirillico);

• Deep Space Chronicle, 1958 - LINK (file .pdf);

• Deep Space Chronicle, 1959 - LINK ;

• Deep Space Chronicle, 1960 - LINK ;

• Deep Space Chronicle, 1966 - LINK ;

• Paolo Ulivi ("L'ESPLORAZIONE DELLA LUNA", 28.12.2002), pagg. 13/15 ; 17/18 ; 22/24 ; 29/31 ; 58/59 ;

• Gran Tour! ("Project Red Socks"), LINK ;

• Gran Tour! ("Project Able"), LINK ;

• Gran Tour! ("Object E"), LINK ;

• Laspace.ru, ("Luna-10"), LINK (N.B.: testo in cirillico);

• ZARYA ("Luna-10"), LINK ;

• ZARYA ("Proof of Technology "), LINK ;

• ZARYA ("1966 Space Activities"), LINK ;

• Royal Aircraft Establishment table of satellites, 1966 - LINK (file .DOC);

• Encyclopedia Astronautica ("Luna E-6S"), LINK ;

• Encyclopedia Astronautica ("KTDU-5A"), LINK ;

• Aeronautics.ru ("Russian space engines: Russia") - LINK ;

• HOME.EARTHLINK.NET ("A. M. Isatev"), LINK ;

• PLANET4589.ORG ("Russian engines"), LINK ;

• Sven's space place ("The radio system of the Luna 4-14 series"), LINK ;

• Sven's space place ("Space Frequency Listing, 170-350 MHz, Downlink") - LINK ;

• Jodrell Bank Observatory ("Jodrell Bank's role in early space tracking activities - Part 2"), LINK ;

• SAGUARO ASTRONOMY CLUB, ("The great Moon race: in the beginning..."); June 1992 - Issue #185, LINK ;

• SAGUARO ASTRONOMY CLUB, ("The great Moon race: in the beginning... Part 2"); July 1992 - Issue #186, LINK ;

• Nasa Archives, Asif A. Siddiqi, ("Challenge to Apollo: the Soviet Union and the space race, 1945-1974"), pagg. 545/546  - LINK (file pdf · 64,3 MB · 1034 pagine);

• THE ELECTRONIC JOURNAL OF THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF THE ATLANTIC: volume 3, number 10 - May 1992 ("jasa9205.txt"), LINK ;

• THE ELECTRONIC JOURNAL OF THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF THE ATLANTIC: volume 4, number 12 - July 1993 ("jasa9306.txt"), LINK.

 

Luna-9

Luna-16