Zdjęcie w tle: Lunar and Planetary Institute

Sześćdziesiąt lat temu, w szczytowym momencie przygotowań do zapowiedzianego przez nieżyjącego już prezydenta USA programu załogowych lądowań na Księżycu, NASA napotkała poważny problem. Jak wyznaczyć właściwe lądowiska przy jednoczesnej nieznajomości dokładnej rzeźby terenu, naświetlenia, nachylenia i innych parametrów Księżyca? Problem był o tyle poważny, że pytanie to postawiono jeszcze przed pierwszym miękkim lądowaniem na jego powierzchni, a nawet przed pierwszym dobrze udokumentowanym zderzeniem (tj. takim, które pozwoliłoby na obejrzenie powierzchni z bliska choćby na jednym kadrze, jak podczas misji Ranger 7).

Narodziny programu Lunar Orbiter

Pojawiła się więc potrzeba umieszczenia na orbicie Księżyca sond fotograficznych, które jednocześnie mierzyłyby jego rozmaite parametry, takie jak natężenie promieniowania i liczba mikrometeorytów. Ponieważ wcześniej rozpoczęte programy Ranger i Surveyor nie zakładały umieszczenia żadnych orbiterów wokół Srebrnego Globu, o właściwej aparaturze fotograficznej nie wspominając, konieczne było zaprojektowanie zupełnie nowego, odrębnego systemu. Co więcej, w obliczu zawrotnego tempa narzuconego przez wyścig ze Związkiem Radzieckim niezbędne było przyspieszenie prac ze względów zarówno politycznych, jak i czasowych. Wobec tego zdecydowano się na propozycję przedstawioną przez firmę Boeing w tandemie z aparaturą Eastman Kodak. Jednocześnie „w najgorszym wypadku” porażki całego programu na orbicie Księżyca umieszczono by kopię ziemskich satelitów szpiegowskich KH-7 z programu Korona. Wynieść ją miał już Saturn V; satelita zastępowałby po prostu Moduł Księżycowy. Jak pokazała historia, po całkowitym sukcesie Lunar Orbiterów nie było takiej potrzeby.

Warto podkreślić, że właśnie ze względu na te ograniczenia zdecydowano się na rozwiązanie Boeinga, choć nie było ono najtańszym, jakie zgłoszono. Decyzję tą uzasadniono rzetelnością firmy w jej wcześniejszych ambicjach kosmicznych. Także z tego powodu wykonanie całego systemu orientacji w trzech osiach przeznaczone zostało właśnie jej, a poszczególne podsystemy pokładowe miały być zakupione komercyjnie; liczba prac inżynieryjnych rozpoczynanych od zera miała być jak najmniejsza. Rzeczywiście, układ nawigacji inercyjnej oraz szukacz gwiazd (w szczególności Kanopusa) były identyczne z wyposażeniem Marinera C, a sensor Słońca już wcześniej uzyskał niezbędne certyfikacje, czyniąc go zdatnym do lotów.

NASA

Render sondy Lunar Orbiter, widoczny jest system manewrowy i przesłona układu fotografującego.

System fotograficzny

Poświęćmy chwilę na skupienie się na systemach pokładowych sondy. Są one o tyle ciekawe, że w odróżnieniu od standardowych rozwiązań tego okresu zdecydowano się zmaksymalizować jakość danych wizualnych w sposób zupełnie oryginalny. Standardowym podejściem byłoby skorzystanie z kamery telewizyjnej i przesył obrazu za pomocą fal radiowych. Niestety, okupione byłoby to olbrzymimi stratami jakości i brakiem wyrazistości. Kiedy więc projektowano satelity szpiegowskie, aby uniknąć tego właśnie problemu (i jednocześnie potencjalnego przechwycenia transmisji) zdjęcia wykonywano za pomocą aparatów analogowych na filmie celuloidowym, który następnie wracał na Ziemię w specjalnie do tego celu przygotowanych kapsułach. Oczywiście powrót próbek z orbity księżycowej zupełnie nie wchodził w grę ze względu na ograniczenia masowe.

NASA

Zdjęcie z sondy TIROS-1. Widoczne są uszkodzenia obrazu spowodowane transmisją telewizyjną.

Na jakie rozwiązanie zdecydowała się wobec tego NASA? Zdjęcia rzeczywiście robiono na filmie celuloidowym, jednak tym, co je wyróżniało, było ich wywoływanie jeszcze na pokładzie sondy. Dopiero tak powstała odbitka była skanowana przez kamerę telewizyjną, dzięki czemu minimalizowano straty. Tak uzyskany sygnał przesyłano z powrotem do stacji naziemnych, które zapisywały go na taśmach magnetycznych, by móc przygotować wiarygodne reprodukcje za pomocą potężnych drukarek, także należących do NASA – liczono bowiem, że ich przejrzystość będzie doskonałym atutem politycznym i rozpali wyobraźnię opinii publicznej. Niektórzy optymistyczni pracownicy porównywali ten domniemany wpływ z tym wywartym przez wystrzelenie Sputnika 1, czy nawet przez lot Jurija Gagarina, który odbył się zaledwie kilka lat wcześniej.

Lunar and Planetary Institute

Zdjęcie z Lunar Orbitera 4. Wciąż widoczne są linie uszkodzeń, jakość jest jednak znacznie lepsza.

Historia sond

Ostatecznie zdecydowano się wystrzelić pięć sond, każdą za pomocą rakiety nośnej Atlas-Agena na przełomie lat 1966 i 1967. Pierwsze trzy z nich umiejscowiono na orbitach o niskiej inklinacji – tak, że mapowały pas przyrównikowy, przeznaczony właśnie pod potencjalne lądowiska dla programu Apollo. Po ich ogromnym sukcesie, kolejne dwie umieszczono już na bardziej interesujących naukowo orbitach polarnych. Dzięki temu wszystkie razem uchwyciły ponad 99% powierzchni Księżyca, przeważnie z dokładnością do 1 metra, oraz dokładnie zmierzyły nieregularne pole grawitacyjne Księżyca, wynikające z tzw. maskonów, czyli skupisk masy pod księżycowymi morzami. Tak zdobyte dane były nieocenione zarówno podczas precyzyjnych lądowań programu Apollo (w szczególności Apollo 12, który wylądował zaledwie kilkaset metrów od wystrzelonego dwa lata wcześniej Surveyora 3), jak i dokowań na orbicie Srebrnego Globu.

Po drugiej stronie żelaznej kurtyny

Nie powinna dziwić informacja, że podobny problem napotkali inżynierowie radzieccy. Badania powierzchni Księżyca były dla nich podwójnie politycznie korzystne; poza samym prestiżem wiążącym się z wystrzeleniem pierwszego orbitera (co zresztą udało im się osiągnąć z pomocą Luny 10) budowali na swoich wcześniejszych osiągnięciach i pracach. Chodzi tutaj o zdjęcia odwrotnej strony Księżyca wykonane przez Lunę 3 jeszcze w 1959 roku. Rzeczywiście, gwoli lepszej dokumentacji powierzchni (w kontekście ambicji załogowych lądowań) interesowało ich również natężenie promieniowania i mikrometeorytów, a także pomiary grawitacyjne, które okazały się znacznie mniej regularne, niż się spodziewano. Aby te cele zrealizować, wykorzystano praktycznie tę samą technologię co dla sond Luna E-6 (czyli pierwszych miękkich lądowań), pozwalając jednak na wejście na orbitę selenocentryczną.

Don P. Mitchell

Zdjęcie wykonane przez Lunę 12 na orbicie wokół Księżyca.

Tak wystrzelona Luna 10 i jej udoskonalony następca, Luna 11, spełniły swoje wymagania naukowe – ale nie fotograficzne. W przypadku Luny 10 zdecydowano się nie rejestrować żadnych ujęć, a jej następca z powodu awarii pokładowej wykonał 64 zdjęcia… pustej przestrzeni. Dopiero Lunie 12 udało się zrealizować przewidziane zadanie i wykonać skany z dokładnością do 15-20 metrów. Zaledwie kilka z nich kiedykolwiek opublikowano, a kolejne zdjęcia z dużej odległości dostarczyły sondy programu Zond – skupiające się nie tyle na badaniach powierzchni, ile na testach kapsuły, która miała zabrać kosmonautów wokół Srebrnego Globu. W obliczu coraz szybciej uciekającego czasu, program Luna musiał powrócić do testów infrastruktury dla ewentualnych załóg, a dokładne badania fotograficzne powierzchni odbyć się miały podczas bezzałogowych testów kapsuł i lądowników.

Mimo tego, że z czasem stawała się ona iluzją, przekonanie o przewadze radzieckich ambicji kosmicznych wciąż dominowało w umysłach zarówno amerykańskiej opinii publicznej, jak i polityków decydujących o finansowaniu przedsięwzięć NASA.

Wyścig wciąż trwał – i wszystko mogło się zdarzyć.

Korekta – Alicja Seliga