徘徊者計畫

徘徊者計畫是美國在1960年代進行的系列無人太空任務之一，其目的是在月面硬著陸前逼近月球拍攝照片，測量月球附近的輻射和星際電漿等，為阿波羅計畫登月作準備。

基本介紹

• 中文名：徘徊者計畫
• 屬於：無人太空任務
• 目的：在月面硬著陸前逼近月球拍攝照片
• 鋪墊：阿波羅計畫登月

任務簡介

徘徊者計畫是美國在1960年代進行的系列無人太空任務之一，其目的是在月面硬著陸前逼近月球拍攝照片，測量月球附近的輻射和星際電漿等，為阿波羅計畫登月作準備。計畫共包括9艘探測器，於1961年8月到1965年3月間陸續發射。徘徊者1~6號的任務都因不同故障而失敗，徘徊者號系列中第一次取得成功的是7號，它向地球傳送了4300多幅電視圖像。後來的徘徊者8號和徘徊者9號也都成功命中月球，分別降落在靜海和雲海，共發回13000多張月球近景照片。

徘徊者的原始設計開始於1959年，被區分為三個不同的階段，稱為模組。每個模組有不同的任務和使命，並逐步的提升系統的設計。噴射推進實驗室的設計師在每個模組中設計多次的發射，以獲取最大化的工程經驗和科學價值，並至少完成一次成功的飛行。徘徊者系列（從1號到9號）整體的研究、發展、發射和支援的花費大約是一億七千萬元美金。

模組1任務經過

模組1簡介

模組1包括徘徊者1號(1961年8月3日發射)和徘徊者2號（1961年11月18日發射）

模組1是為了測試擎天神-愛琴娜運載火箭和航天設備，只打算進入地球軌道，並未企圖前往月球。

在徘徊者之前，多數現在認可的航天技術都未經過測試。也許，其中最重要的是三軸狀態的穩定性，意味著探測器相對於太空的位置是固定的，而不是靠著自轉來穩定。這樣能讓巨大的太陽能板指向太陽，大的天線朝向地球，照相機和其它定向的科學感測器，都能適當的指向目標。在探測器上攜帶火箭燃料是另一項關鍵性的重要技術，需要足夠精確才能抵達月球或遙遠行星的目標。

另一方面，也發展出探測器和地面基地間的雙向溝通和閉環追蹤，和使用車載計算機和地面指令序列的整合，所有必須發展的技術都要在飛行中測試。不幸的是，早期版本發射探測器的問題，讓徘徊者1號和徘徊者2號只能短暫地工作，不能在低地球軌道上穩定自己，以收集太陽能或活的久一點。徘徊者1號如預期進入泊車軌道，但愛琴娜上面級火箭重新點火進入更高軌道時失敗。徘徊者2號被發射進入低地球泊車軌道後不能進入原先計畫中的深太空軌道，結果滯留在低軌道，軌道衰減使得探測器重返地球的大氣層。

在1962年，噴射推進實驗室利用徘徊者1號和徘徊者2號設計出失敗的水手1號和成功進入深空抵達金星的水手2號。

模組1的結構

徘徊者模組1包含一個跨距1.5米的六角形基座，其上有一座以鋁支撐著，高4米高的圓錐形塔，兩個太陽能板從基座向兩端延伸，從尖端至尖端的長度是5.2米，高增益定向天線聯接在底部的基座上，探測器的實驗設備和其他裝備都安置在基座與塔內。探測器的儀器包括萊曼α望遠鏡、銣-蒸氣磁強計、靜電分析儀、介質-能量範圍粒子探測器、兩架三耦合望遠鏡、宇宙射線集成電離室、宇宙塵探測器和太陽的X射線閃爍計數器。

徘徊者模組1系列探測器圖示

通信系統包括高增益天線、全方位中增益天線和兩個轉換器，一個在960.1MHz的輸出功率為0.25W，另一個在960.05MHz的輸出功率為3W。電力由兩個太陽能板上的8680個太陽能電池，一個57千克重的銀-鋅電池，和一些實驗用的小電池供應。姿態控制由一個固態定時器、太陽和地球感測器及拋射和轉動的噴嘴來控制。溫度是被動的由表面拋光、鍍金和塗上油漆的鋁板來調整。

模組2任務經過

模組2簡介

模組2包括徘徊者3號（1962年1月26日發射）、徘徊者4號（1962年4月23日發射）和徘徊者5號（1962年10月18日發射）

模組2的3艘重331千克的探測器都在1962年發射前往月球，希望在低速撞擊月球表面下仍能存活。這三次發射證明擎天神-愛琴娜B是性能良好的探測器發射載具，但不幸的是並非所有的設備都是如此。徘徊者3號發射進入深太空，但是一個不正確的延遲過程，使他完全錯過了月球。徘徊者4號有完美的發射，但是探測器完全不能運作。專案團隊追蹤到地震儀膠囊撞擊到月球背面釋放出的信號，驗證了通訊及導航系統。徘徊者5號不僅錯過了月球，也不能運作。從這些任務中沒有獲得重大的科學資訊。

回顧模組2的結果，發現在之前的任務中使用的一種二極體在太空的條件中有金板剝離的問題，這可能是導致失敗的主因。

模組2的結構

徘徊者模組2的基本重量是331千克，高3.1米，並且包含以巴爾沙木包覆，直徑650毫米的撞擊-限制月球膠囊，推力為5080磅（22.6千牛頓）的單發動機中繼推進器，和直徑1.5米、鍍金與鉻的六角形基板。一個大型的高增益碟形天線連線在基部，兩個像翼狀的太陽電池板（翼展5.2米），如同早期部署的一樣也連線在基部。電力由包含8680個太陽電池的太陽能板供應，並為重量11.5千克、蓄電量1Kwh的發射和備份的銀鋅電池充電。探測器由固態電腦和一序列由地球-控制的指令系統控制，姿態控制由太陽和地球感測器、陀螺儀和拋射和轉動的噴嘴來控制。太空船上的遙測系統包含兩個960MHz，一個輸出功率是3瓦，另一個是50毫瓦的傳輸器，和高增益天線和全方位天線。白色油漆和鍍金與鉻的板子和裝置在表面鍍銀塑膠板內的可再發動火箭提供溫度的控制。

徘徊者模組2系列探測器圖示

實驗的裝置包括：

（1）光導攝像管電視攝影機，使用一種掃描機制，每10秒鐘就能完成一幅完整的圖像

（2）裝在1.8米長懸臂上的γ射線光譜儀

（3）雷達測高儀

（4）以粗糙的登入方式在月球表面上使用的測震儀

測震儀與放大器一起包裝在月球膠囊內，一個50毫瓦的傳送器，電壓控制、旋轉天線和6顆銀-鎘電池，可以讓月球膠囊的傳送器持續運作30天，所有的設計都能承受130至160千米（80至100英里）的時速。雷達測高儀使用反射波來測量，但也被設計成和膠囊分離時和火箭再點燃時被啟動。

模組3任務經過

模組3簡介

模組3包括徘徊者6號（1964年1月30日發射）、徘徊者7號（1964年7月28日發射）、徘徊者8號（1965年2月17日發射）和徘徊者9號（1965年3月21日發射）

徘徊者模組3在1964~65年具體的進行了4次發射。這些探測器值得誇耀的電視攝影機，在設計上能在接近月球時觀察月球的表面。它們能詳細的顯示比地面望遠鏡看見的更小範圍的細節，最佳的可以達到洗手槽的大小。這個新系列的第一艘，徘徊者6號有一次完美的飛行，只是電視攝影機因為飛行事故而不能使用，未能取得任何的圖片。

後續的三艘徘徊者，使用重新設計的電視攝影機，獲得完全的成功。徘徊者7號拍攝下的目標平原，位於哥白尼坑南方，很快的被命名為知海。1965年2月，徘徊者8號以傾斜的路徑掃掠過風暴洋和雲海，撞擊在寧靜海，該處是4年半之後阿波羅11號的登入地點。它累積的影像超過7000張，覆蓋得更廣泛的區域和加強了徘徊者7號的結論。大約一個月之後，徘徊者9號降落在直徑90公里的阿方薩斯坑。它的5800張影像，利用低角度陽光的長處和同軸嵌套，提供火山口對火山口的強烈對比，有效的呈現月球表面高低起伏的輪廓。

因此，長期以來的困擾給了系統工程師大量的啟發和教導，但科學家獲得的很少，徘徊者計畫的最後三次航程，給了他們極欲一見的影像，增進了月球科學家大量有關月球表面的知識。

模組3的結構

徘徊者模組3形式探測器有一個直徑1.5米的六角形基座，在上面有推進器和動力系統，還有一座截去尖端以安放電視攝影機的圓錐形塔。兩個翼狀的太陽能板，每個寬379毫米、長1537毫米，由基做相對的兩側向外擴展，跨度為4.6米，一個定向的拋物面的高增益天線被安裝在基座上遠離太陽能板的一個角上。一個圓柱狀的準靜態無定向的低增益天線被安置在錐形塔的頂端。探測器整體的高度是3.6米。

在中途修正與校正航向的推進器以肼為燃料，推力為224牛頓，由4片噴流葉片進行向量控制。三軸的定位指向和姿態控制以12個氮氣噴嘴與3個陀螺儀耦合。裝有4個主要的太陽感測器、2個備用的太陽感測器，和一個地球感測器。動力由兩片在太陽能板上，陣列面積為2.3平方米的9792個太陽電池供應，產生的動力為200瓦。兩個功率為1200瓦-小時，電壓26.5伏特的銀鋅-氧電池可以單獨提供分離的通信與電視攝影機的機組運作9小時，兩個1千瓦-小時的銀鋅氧蓄電池儲存探測器運作所需要的電力。

模組3的探測器攜帶173千克重的電視單位（取代了模組2徘徊者探測器的登月膠囊），並且為了避免污染月球表面而做了消毒的處理。這六架攝影機包括三架廣角全景（F頻道A攝影機和P頻道P3、P4攝影機），和三架窄視野（F頻道B攝影機和P頻道P1、P2攝影機）。這套攝影系統可以提供範圍從6.4千米至1448千米的高解析度照片以支援阿波羅計畫。

徘徊者模組3系列探測器圖示

通訊可以經由準靜態無定向的低增益天線和拋物面的高增益天線。探測器的傳輸器包括在959.52MHz的電視頻道F（功率60瓦），和在960.05MHz的電視頻道P（功率60瓦），還有在960.58上的頻道8（功率3瓦）傳輸器。電訊設備將照像圖片的訊號轉換為視訊的RF訊號後，由探測器的高增益天線依序傳送。足夠的視頻頻寬使窄視野和廣角的電視圖片影像都可以快速地傳送。