Ranger 3

La sonde Ranger 3 est la première sonde de phase 2 (Block II). Le véhicule mesure 3,1 m de haut et est composé d'une capsule lunaire recouverte par un impacteur en bois de balsa de 65 cm de diamètre pour réduire le choc à l'impact, un propulseur unique utilisé pour la correction de trajectoire Terre-Lune, d'une rétrofusée avec une poussée de 23 kN et une plaque de base de 1,5 m de diamètre plaquée d'or et de chrome. Une grande antenne parabolique à gain élevé est fixé à la base de la plate-forme. Deux panneaux solaires (5,2 m d'envergure) sont fixés comme des ailes à la base et déployés en début du vol. La puissance est générée par 8 680 cellules photovoltaïques situées sur les panneaux solaires qui rechargent un accumulateur argent-zinc (AgZn) de 11,5 kg et de 1 000 watts ainsi qu'un accumulateur de réserve. Le véhicule est contrôlé par ordinateur, un séquenceur et un système de commandes envoyées depuis la Terre. Le contrôle d'attitude est fourni par six capteurs solaires et un capteur terrestre, des gyroscopes et des moteurs de contrôle à l'azote pour le tangage et le roulis (jet d'azote froid). Le système de télémétrie à bord de la sonde lunaire se compose de deux émetteurs à 960 MHz, l'un avec une puissance de sortie de 3 watts et l'autre de 50 mW, d'une antenne à haut gain et d'une antenne omnidirectionnelle. Le système de contrôle thermique des rétrofusées est recouvert d'une peinture blanche, de plaques en or et en chrome et de feuilles d'argent plastifiées^[1].

Lors des préparatifs avant lancement de Ranger 1, le chronomètre de la sonde avait été déclenché par inadvertance, ce qui avait conduit au déploiement des panneaux solaires à l'intérieur de la coiffe du lanceur. Il est décidé que les instruments embarqués ne soient pas testés au sol pour les sondes du block II car ceux-ci disposent d'un moteur de correction de trajectoire. Si un incident similaire arrive, les moyens pyrotechniques mis en place pour déployer les panneaux solaires peuvent par inadvertance mettre à feu les propergols du moteur embarqué, ce qui peut provoquer l'explosion de la sonde spatiale sur la plate-forme de lancement et potentiellement mener à la destruction du lanceur dans son intégralité. Les responsables du Jet Propulsion Laboratory (JPL) annoncent que des essais en usine des différents systèmes des sondes Ranger sont suffisants pour dévoiler tout problème et que tout matériel qui échoue aux essais ne sera pas considéré comme apte au vol.

La sonde embarque les quatre instruments suivants :

Spectromètre à rayonnement gamma, est composé d'un détecteur, d'un analyseur de hauteur d'impulsion à 32 canaux et d'une alimentation haute tension est conçu pour mesurer le rayonnement gamma provenant de la surface de la Lune. Le détecteur contient un cristal d'iodure de césium diamanté biseauté de 7,62 cm entouré d'un interrupteur photosensible par un scintillateur en plastique d'une épaisseur de 0,317 cm. Celui-ci est couplé à un tube photomultiplicateur de 7,62 cm de diamètre. Les impulsions sont transmises à l'analyseur, qui emmagasine de 2 à 16 impulsions dans chaque canal. Le circuit de rejet est conçu pour bloquer l'analyseur lorsque des particules chargées traversent le commutateur photographique. Les 12 premières heures de données sont obtenues avec le détecteur près de la structure principale de la sonde spatiale. Une bôme télescopique déplace ensuite le détecteur à une position de 1,8 mètre de la structure principale et les données sont prises durant 6 heures. Bien qu'un dysfonctionnement du véhicule entraîne la sonde spatiale à manquer la Lune d'environ 36 793 km, les données sont reçues durant plus de 40 heures. Les signaux intermittents prennent fin le 2 février 1962 à 800 000 km de la Terre.

Radioaltimètre, est inclus pour initier la séparation de la capsule et la mise à feu de la rétrofusée entre 19 et 25 km au-dessus de la surface lunaire et pour mesurer la réflectivité du sol lunaire et d'étudier ses propriétés. L'instrument est un radar à impulsions standard avec une puissance de crête émise par l'émetteur magnétron entre 150 et 400 watts. L'instrument a une fréquence de 9 400 MHz et un taux de répétition d'impulsions de 500 à 600 impulsions par seconde. La largeur de bande du récepteur superhétérodyne est de 12 à 16 MHz et son facteur de bruit est de 11 à 12 dB. L'ouverture du faisceau de l'antenne est de 4,5°. L'altimètre est conçu pour débuter des mesures sur commande de la Terre entre 198 et 55 km de la Lune (nominalement 137 km). La durée prévue de la mesure est entre 9 secondes et 2 minutes. En raison d'une défaillance de la sonde spatiale qui empêche l'impact lunaire, aucune donnée n'est envoyée.

Sismomètre magnétique, est prévu pour un atterrissage assez rude sur la surface lunaire. Le sismomètre (nom de code « Tonto ») est enfermé dans la capsule lunaire de 42,6 kg qui doit se séparer de la sonde Ranger 3 à 21,4 km de la surface de la Lune, avec un amplificateur, un émetteur de 50 mW, un contrôleur de tension, une antenne omnidirectionnelle et six piles argent-cadmium capables de faire fonctionner l'émetteur de la capsule lunaire durant 30 jours, tous conçus pour atterrir sur la Lune entre 130 et 160 km/h.

Il est conçu pour déterminer la présence ou l'absence de sismicité lunaire et d'une croûte lunaire, de couches de lave ou de couches de poussière. L'instrument est destiné à collecter des données sur les propriétés mécaniques des matériaux lunaires et à obtenir des informations préliminaires sur la nature du noyau lunaire et sur la profondeur et la concentration des tremblements de Lune. L'instrument de 3,36 kg comprend une bobine, un aimant suspendu par ressort et un dispositif d'étalonnage interne. La masse sismique de 1,70 kg est constituée d'un aimant permanent suspendu au corps de l'instrument. Il est suspendu de manière à maintenir la concentration de la masse sismique à l'intérieur du corps de l'instrument et à permettre au sismomètre de fonctionner à n'importe quelle inclinaison de son axe longitudinal de 0° à 90°. Pour amortir le mouvement rapide de la masse sismique lors de l'impact lunaire, l'instrument est rempli sous vide avec un fluide protecteur, du fréon. Lors de l'impact, l'ensemble de survie doit flotter en position verticale. Le liquide de mise en cage sismique s'échappe alors et un pressostat déclenche l'expérience. L'étalonnage des instruments avant le lancement est effectué en laboratoire et l'étalonnage doit se poursuivre tout au long du vol. En raison d'une défaillance de l'engin spatial qui empêche l'impact lunaire, l'expérience n'envoie aucune donnée.

Caméra de télévision Vidicon, est conçue pour transmettre des images en gros plan de la surface lunaire de 4 000 à 24 km au-dessus de la surface lunaire. Le système contient une déviation entièrement électrostatique et concentre le Vidicon qui combine une cible avec une capacité d'effacement rapide. Le temps d'exposition de 20 millisecondes sur la surface du photoconducteur est conçu pour empêcher le flou de l'image optique et pour fournir une fermeture du système optique durant le balayage de 13 secondes et l'opération d'effacement du système électronique Vidicon. L'image en décomposition lente et la numérisation ultérieure produisent une image complète en 10 secondes. Pour obtenir la résolution souhaitée, 200 lignes de balayage sont utilisées par image. La bande passante vidéo de ce système est d'environ 200 cps. Le système optique développé est un télescope de type Cassegrain conventionnel utilisant un miroir parabolique concave primaire et un miroir hyperbolique convexe secondaire situé au centre pour réfléchir l'image lunaire sur la surface de l'image photoconductrice. L'expérience échoue en raison de dysfonctionnements majeurs de la sonde spatiale qui empêche la manœuvre finale cislunaire.