La Ranger 7 fue la primera sonda espacial de la NASA que transmitió con éxito imágenes de cerca de la superficie lunar a la Tierra. También fue el primer vuelo completamente exitoso del programa Ranger . Lanzada el 28 de julio de 1964, la Ranger 7 fue diseñada para lograr una trayectoria de impacto lunar y transmitir fotografías de alta resolución de la superficie lunar durante los minutos finales del vuelo hasta el impacto.
La nave espacial llevaba seis cámaras de televisión vidicón —dos de gran angular (canal F, cámaras A y B) y cuatro de ángulo estrecho (canal P)— para lograr estos objetivos. Las cámaras estaban dispuestas en dos cadenas o canales separados, cada uno de ellos autónomo con fuentes de alimentación, temporizadores y transmisores separados para ofrecer la mayor fiabilidad y probabilidad de obtener imágenes de vídeo de alta calidad. El Ranger 7 transmitió más de 4.300 fotografías durante los últimos 17 minutos de su vuelo. Después de 68,6 horas de vuelo, la nave espacial impactó entre Mare Nubium y Oceanus Procellarum . Este lugar de aterrizaje fue posteriormente llamado Mare Cognitum . La velocidad en el momento del impacto fue de 2,61 kilómetros por segundo (1,62 mi/s), y el rendimiento de la nave espacial superó las expectativas. [3] No se llevaron a cabo otros experimentos en la nave espacial. [4]
Aunque la NASA había intentado darle un giro positivo a la Ranger 6 con el argumento de que todo excepto el sistema de cámara había funcionado bien, William J. Coughlin , editor de la publicación Missiles and Rockets , la calificó de "un fracaso al cien por cien" y el historial del JPL hasta el momento era "una vergüenza". La misión no había sido un fracaso total, pero Coughlin no estaba solo en su opinión de que el Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, California , un laboratorio sin fines de lucro y una extensión del Instituto de Tecnología de California (Caltech), era un entorno académico "blando" sin el impulso o la ambición necesarios para que las misiones tuvieran éxito. Consideraba a la Ranger un "perdedor" y, durante un tiempo, todos los miembros de la NASA involucrados en el programa Ranger intentaron ocultarlo. También se decía que enviar sondas con el único propósito de devolver imágenes era inútil y no lograba nada que Apolo no pudiera lograr también. [5]
Poco después de que concluyera la misión del Ranger 6 , se convocó una junta de revisión para resolver la causa de la falla de la cámara de televisión. Esto se determinó rápidamente: la activación involuntaria del sistema de telemetría de la cámara durante el ascenso había sido causada por un cortocircuito eléctrico que paralizó el suministro de energía para las cámaras. Pero por qué había sucedido era todavía un misterio, especialmente porque los datos de telemetría enviados desde la sonda solo podían proporcionar una cantidad limitada de información. El 14 de febrero de 1964, el JPL publicó un informe que señalaba que un interruptor de comando interno podría haberse activado prematuramente o que se había producido un arco eléctrico en el conector umbilical del carenado de la carga útil. Sin embargo, no había evidencia de que esto último sucediera ni ninguna forma obvia de que pudiera ocurrir y se propusieron varias modificaciones al sistema de la cámara y/o al carenado de la carga útil.
La junta de revisión de la NASA concluyó que los sistemas del Ranger 6 no eran tan redundantes como había afirmado el Laboratorio de Propulsión a Chorro, que las pruebas previas al lanzamiento habían sido inadecuadas y que había habido casos en los que las cámaras se habían encendido solas en la planta de RCA en Nueva Jersey . Si las cámaras tuvieran que ser rediseñadas completamente desde cero, la siguiente misión del Ranger podría retrasarse casi un año entero.
El informe completo presentado al Congreso fue criticado por varias personas de la NASA, que señalaron que, aunque las cámaras carecían de redundancia, cualquiera de las docenas de modos de falla en el cohete o la nave espacial también podría provocar que no se enviaran imágenes de televisión. En cuanto a la falta de pruebas adecuadas antes del lanzamiento, mencionaron el incidente de 1961, cuando el Ranger 1 desplegó sus paneles solares durante una prueba en tierra y que se habían interrumpido las pruebas en tierra con la potencia máxima de 60 vatios en las sondas del Bloque II por temor a encender accidentalmente el motor de corrección de curso intermedio en la plataforma y destruir todo el vehículo de lanzamiento en el proceso.
RCA también prometió investigar los estándares de calidad de la mano de obra en su planta principal en Hightstown, Nueva Jersey , cuando al examinar un módulo Ranger sellado se descubrió una bolsa de plástico con tornillos y arandelas en el interior. Aunque existía la sospecha de que esto lo había hecho un empleado descontento, era mucho más probable que alguien lo hubiera hecho por accidente.
Como no se pudo encontrar ninguna razón obvia para el mal funcionamiento en las propias cámaras, la investigación se centró en el umbilical eléctrico del carenado de carga útil. Este conector umbilical normalmente se conectaría en tierra para permitir la prueba de los subsistemas del Ranger y solo una delgada puerta con bisagras lo cubría durante el lanzamiento. Uno de los pines del conector estaba "caliente" y se podía puentear fácilmente, transfiriendo un voltaje a los pines adyacentes y activando el sistema de cámara de televisión durante el lanzamiento. En cuanto a la causa, una posibilidad era una descarga electrostática , la otra era una onda de choque de algún tipo.
Alexander Bratenahl, físico de la División de Ciencias Espaciales del JPL, sugirió que el cortocircuito eléctrico fue causado por la liberación de combustible durante el desprendimiento de la sección del cohete Atlas. No había imágenes de la cámara de seguimiento de este evento en el lanzamiento del Ranger 6, que había ocurrido en un día nublado, pero las películas de otros lanzamientos del Atlas mostraron que una gran columna blanca envolvió el vehículo de lanzamiento después de la puesta en escena. Los técnicos de Convair confirmaron que 51 kilogramos (112 libras) de LOX se liberaron del Atlas después de la puesta en escena, pero aunque la teoría de la onda de choque parecía tentadora, James Kendall, otro físico del Laboratorio de Propulsión a Chorro, la descartó de plano. La idea de una descarga electrostática también era improbable dada la disminución del aire y la gran altitud del Atlas cuando se produjo la puesta en escena.
Bratenahl persistió y estudió más películas de lanzamientos del Atlas con los fotogramas ampliados, que revelaron destellos de luz en la columna de humo posterior a la puesta en escena. Otra llamada telefónica a Convair reveló que también se arrojaron 30 kilogramos (67 libras) de RP-1 durante la puesta en escena y que el escape del motor sustentador del Atlas encendió la nube de propulsor , lo que produjo estos destellos. Dado que la puerta umbilical en la cubierta de carga útil solo se mantenía en su lugar con un mecanismo de cierre delgado, los gases calientes del propulsor en llamas podrían haber entrado en contacto con el conector eléctrico y causado un cortocircuito. La activación inadvertida del sistema de telemetría durante el lanzamiento había ocurrido casi simultáneamente con el desembarco del propulsor a T+140 segundos. Con eso, se podía cerrar el libro sobre la causa del fracaso del Ranger 6.
Entre los cambios realizados para el Ranger 7 se incluyen nuevos procedimientos para aplicar pruebas de máxima potencia a la nave espacial fuera de la plataforma de lanzamiento, donde no había riesgo de que el motor de corrección de curso medio se activara encima de un Atlas-Agena completamente cargado de combustible .
En un principio, el Laboratorio de Propulsión a Chorro había querido que la sonda Ranger 7 impactara en la misma zona general que la Ranger 6 para poder fotografiar el cráter de impacto, pero las condiciones de iluminación durante julio no serían favorables, por lo que decidieron dirigirse a una zona poco conocida a 11° al sur del ecuador de la Luna, cerca del Mar de las Tormentas. La sonda fue enviada a Cabo Cañaveral a mediados de junio junto con Atlas 250D y Agena 6009.
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Los Rangers 6 , 7, 8 y 9 fueron llamados versiones del Bloque 3 de la nave espacial Ranger. La nave espacial consistía en una base de marco de aluminio hexagonal de 1,5 metros (4 pies 11 pulgadas) de ancho sobre la que se montaron las unidades de propulsión y potencia, rematada por una torre cónica truncada que sostenía las cámaras de televisión. Dos alas de paneles solares, cada una de 739 milímetros (29,1 pulgadas) de ancho por 1.537 milímetros (60,5 pulgadas) de largo, se extendían desde bordes opuestos de la base con una envergadura total de 4,6 metros (15 pies), y una antena parabólica de alta ganancia apuntable estaba montada con bisagras en una de las esquinas de la base alejada de los paneles solares. Una antena cuasi-omnidireccional cilíndrica estaba asentada en la parte superior de la torre cónica. La altura total de la nave espacial era de 3,6 metros (12 pies). [4]
La propulsión para la corrección de la trayectoria a mitad de curso fue proporcionada por un motor monopropulsante de hidracina de 224 newton (50 lbf ) de empuje con control vectorial de cuatro paletas. El control de la orientación y la actitud sobre tres ejes fue posible gracias a doce chorros de gas nitrógeno acoplados a un sistema de tres giroscopios, cuatro sensores solares primarios, dos sensores solares secundarios y un sensor terrestre. La energía fue suministrada por 9.792 células solares de silicio contenidas en los dos paneles solares, lo que dio un área total de matriz de 2,3 metros cuadrados (25 pies cuadrados) y produjo 200 W. Dos baterías de AgZnO de 1200 vatios-hora con una potencia nominal de 26,5 V y una capacidad de funcionamiento de 9 horas proporcionaron energía a cada una de las cadenas de cámaras de comunicación/TV independientes. Dos baterías de AgZnO de 1000 vatios-hora almacenaron energía para las operaciones de la nave espacial. [4]
Las comunicaciones se realizaban a través de una antena cuasi-omnidireccional de baja ganancia y una antena parabólica de alta ganancia . Los transmisores a bordo de la nave espacial incluían un canal de TV F de 60 W a 959,52 MHz , un canal de TV P de 60 W a 960,05 MHz y un transpondedor de canal 8 de 3 W a 960,58 MHz. El equipo de telecomunicaciones convertía la señal de vídeo compuesta de los transmisores de la cámara en una señal de RF para su posterior transmisión a través de la antena de alta ganancia de la nave espacial. Se proporcionaba un ancho de banda de vídeo suficiente para permitir secuencias de encuadre rápido de imágenes de televisión tanto de ángulo estrecho como de ángulo amplio. [4]
El 6 de julio, el Ranger 7 completó sus pruebas terrestres y fue colocado sobre el cohete. El 9 de julio, un comité de la NASA se reunió y consideró que el cohete y la nave espacial estaban completamente listos para el lanzamiento, que estaba previsto para el día 27. [4]
El primer conteo regresivo del 27 de julio fracasó debido a una batería defectuosa en el Atlas y a un problema con el equipo de guía terrestre. Al día siguiente, todo transcurrió sin problemas y el Ranger 7 despegó del LC-12 a las 12:50 p. m. EST. El clima estaba despejado y sin nubes en este lanzamiento y las cámaras de seguimiento del Atlas observaron la puesta en escena. La nube de combustible esperada envolvió al cohete, pero esta vez no se produjo ningún evento anómalo. Treinta minutos después del despegue, el Agena se reinició para impulsar al Ranger 7 en una trayectoria hacia la Luna.
La trayectoria de vuelo del Ranger 7 fue bastante precisa, pero se realizó una pequeña corrección a mitad de la trayectoria a primera hora de la mañana del 29 de julio para garantizar el impacto en el Mar de las Tormentas en lugar de en la cara oculta de la Luna. El período de calentamiento de las cámaras de televisión se realizaría antes y sería más corto que en el Ranger 6. Por temor a poner en peligro la misión, los controladores de tierra decidieron que la orientación de la sonda era lo suficientemente aceptable y no se arriesgarían a maniobrar con los propulsores de control de actitud para conseguir un mejor ángulo. A las 6:09 AM PDT, las primeras imágenes de vídeo llegaron a la Tierra.
Mientras el Ranger 7 se dirigía a toda velocidad hacia la superficie de la Luna , el rendimiento de la cámara de televisión siguió siendo normal. Las imágenes de la superficie lunar llena de cráteres siguieron filtrándose a la sede del JPL en Pasadena, California, y finalmente, a las 6:25, se produjo el impacto y cesaron todas las señales de la sonda. En la sala de control del JPL, hubo una "celebración entusiasta". El Ranger 7 había proporcionado las primeras imágenes de la superficie lunar a corta distancia y "más que cualquier otra cosa, incluso las misiones tripuladas a Mercury , habían deshecho por fin el dolor que sintieron los estadounidenses con el lanzamiento del Sputnik 1 ".
Las fotografías que trajo la sonda revelaron que la Luna probablemente era "muy accidentada y rocosa, con escombros por todas partes". Después de hablar con los medios, los funcionarios de la NASA se vieron acosados por la pregunta obvia: ¿tenía la Luna una superficie lo suficientemente sólida como para que los humanos pudieran aterrizar en ella sin peligro? El geólogo Gerard Kuiper respondió que, a juzgar por las imágenes, parecía probable que al menos una parte de la Luna fuera lo suficientemente lisa como para que una nave espacial pudiera aterrizar en ella. Sin embargo, la dureza real de la superficie no se podía determinar con certeza hasta que se realizara un aterrizaje suave. No obstante, las imágenes del Ranger 7 parecían sugerir que era lo suficientemente sólida.
El Ranger 7 llegó a la Luna el 31 de julio. El canal F comenzó su calentamiento de un minuto 18 minutos antes del impacto. La primera imagen se tomó a las 13:08:45 UT a una altitud de 2.110 kilómetros (1.310 mi). Se transmitieron 4.308 fotografías de excelente calidad durante los últimos 17 minutos de vuelo. La imagen final tomada antes del impacto tiene una resolución de 0,5 metros (1,6 pies). La nave espacial se encontró con la superficie lunar en movimiento directo a lo largo de una trayectoria hiperbólica, con una dirección asintótica entrante en un ángulo de -5,57° desde el ecuador lunar. El plano de la órbita estaba inclinado 26,84° con respecto al ecuador lunar. Después de 68,6 horas de vuelo, el Ranger 7 impactó en un área entre Mare Nubium y Oceanus Procellarum (posteriormente llamado Mare Cognitum ) a 10°38′02″S 20°40′38″O / 10,6340, -20,6771 . [2] (El lugar del impacto aparece como 10,63 S, 20,66 O en el informe inicial "Ranger 7 Photographs of the Moon".) El impacto se produjo a las 13:25:48.82 UT a una velocidad de 2,62 km/s (1,63 mi/s). El rendimiento de la nave espacial fue excelente y el éxito de la misión finalmente supuso un cambio en la suerte de la NASA después de la interminable serie de fracasos de las sondas lunares desde 1958. [4]
Se le atribuye al Ranger 7 el inicio de la tradición del "cacahuete" en las estaciones de mando de la NASA. Tras el éxito del Ranger 7, se observó que alguien en la sala de control comía cacahuetes . Desde 1964, las salas de control abren ceremonialmente un recipiente de cacahuetes para dar suerte y como una tradición. [6]
