Luna-1/Metcha

Fu la prima sonda ad effettuare un incontro ravvicinato con la Luna, anche se "involontario". Per saperne di più sul primo fly-by lunare "intenzionale" clicca sulla scheda di Pioneer-4. Inoltre Mechta deve anche considerarsi il primo oggetto costruito dall'uomo a porsi in un'orbita eliocentrica. Infatti raggiunse la seconda velocità cosmica che permette di liberarsi dalla sfera di attrazione terrestre.

 

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Stemma commemorativo della missione

 

IL CARICO E

 

Già nel memorandum del 30 Agosto 1955 Korolev aveva accennato ad un programma d'esplorazione lunare con sonde automatiche da lanciare con il vettore 8K71. Così nell'Aprile 1957 iniziarono i lavori di progettazione per un particolare carico scientifico: l'“Oggetto (o Carico) E”. Furono previsti quattro modelli secondo la loro missione: “E-1” (impatto con la Luna), “E-2”/“E-3” (foto della faccia nascosta e loro trasmissione a Terra) ed “E-4” (detonazione di una bomba atomica sulla faccia visibile [!]). Lo sviluppo dei modelli “E-2”, “E-3” ed “E-4” venne sospeso e poi cancellato.

Così furono costruite solo sei sonde modello “E-1” ed una modello “E-2a” (sintesi dei modelli “E-2” e “E-3”). Il progetto preliminare della famiglia “E-1” fu presentato il 28 Gennaio 1958. L'approvazione dello sviluppo fu emanato il successivo 20 Marzo; invece l'autorizzazione al lancio della prima navicella E-1 fu concessa il 2 Settembre.

 

LA SCELTA DEL VETTORE DI LANCIO

 

Ad inizio 1958 c'era a disposizione solo un due stadi R-7, che nelle sue varianti — l'8K71PS e l'8A91 — poteva spingere in una bassa orbita terrestre un carico di massimo di 1400 kg. L'accelerazione fornita dal vettore era di 7,9 km/s; ancora troppo poco per sfuggire alla forza gravitazionale terrestre (11,2 km/s cioè la velocità di fuga).

Per raggiungere questa fatidica soglia si doveva impiegare il doppio dell'energia a parità di carico scientifico. L'OKB-1 di Korolev e l'OKB-456 di Valentin P. Glushko lavorarono indipendentemente ad una nuova versione dell'R-7: un tre stadi con un accurato sistema di guida e un sistema di controllo del volo. I capi-progettisti presentarono così i piani finali sulle due varianti: l'8K72 (a cura dell'OKB-1) e l'8K73. Entrambi utilizzavano un primo stadio comune di un missile intercontinentale (l'8K71) ed il terzo stadio denominato ‘Blocco-E′.

La scelta di sviluppare due differenti veicoli di lancio era nata da un "contrasto" fra Korolev e Glushko. Quando i piani dei propulsori per i due stadi superiori furono disegnati, a metà del 1957, Korolev si convinse che i nuovi motori dovevano essere alimentati dalla stessa combinazione di propellenti (ossigeno liquido e cherosene) usata per lo stadio inferiore.

Glushko tuttavia rimase impressionato da un nuovo propellente sintetico: la dimetilidrazina non simmetrica che in Occidente sarà chiamata UDMH (Unsymmetrical DiMethylHydrazine). Era stata proprio l'Unione Sovietica con il suo Istituto statale di chimica applicata a sviluppare per la prima volta questo innovativo propellente. Secondo i dati, l'UDMH prometteva caratteristiche energetiche più elevate rispetto alla tradizionale combinazione ossigeno liquido-cherosene.

Nel 1958 Glushko iniziò la costruzione di quattro nuovi motori che usavano l'UDMH: tre in combinazione con azoto-ossidante ed uno in combinazione con l'ossigeno liquido. Quest'ultimo, l'“RD-109”, era capace di una spinta nel vuoto di quasi 103 kN; però non superò i test di funzionamento. Comunque gli ingegneri alla guida di Mikhail V. Melnikov avevano già pronto un più piccolo motore di spinta da 49 kN, denominato “RD-0105”, che poteva essere subito utilizzato. Intanto Korolev era stato molto impressionato dal rapporto sul nuovo e riavviabile motore a razzo ossigeno liquido-cherosene sviluppato dall'OKB-154, alla cui guida c'era Semyon A. Kosberg.

Il cinquantaquattrenne capo progettista aveva poco interesse per lo spazio o la missilistica in generale. Era contento di stare in quel settore dell'aeronautica; ma Korolev con argomenti persuasivi riuscì a farlo collaborare nella costruzione del nuovo motore a razzo capace di accendersi nel vuoto. Così Kosberg e Korolev il 10 Febbraio 1958 firmarono un memorandum; combinando una turbo-pompa dell'OKB-154 e gli ugelli del gruppo di Melnikov si poteva costruirono un prototipo in appena nove mesi. L'autorità governative furono convinte e diedero il loro assenso ufficiale il successivo 20 Marzo.

Il ‘Blocco-E′ ed il due stadi R-9 furono sviluppati dal vice di Korolev, Vasily P. Mishin. Per lanciare un razzo nello spazio, il motore dello stadio superiore doveva accendersi mentre quello inferiore stava ancora accelerando. Infatti l'accelerazione avrebbe stabilizzato i propellenti sul fondo dei serbatoi in maniera da evitare la formazione di bolle, pericolose se "succhiate" dal propulsore.

L'accensioni e gli spegnimenti dei propulsori negli stadi erano temporizzati per avere una precisa velocità finale. Quando il ‘Blocco-E’ veniva "innestato" era poi stabilizzato da sensori giroscopici. Le temporizzazioni potevano essere inviate via radio o calcolate da un accelerometro integrato a bordo.

Il nuovo vettore, denominato ‘‘razzo cosmico’’ [raketa kosmicheskie], montava un ‘Blocco-E′ da 1120 kg. Questi poteva contenere ben 7 tonnellate di cherosene e ossigeno liquido in due serbatoi toroidali. La sua capacità propulsiva era davvero notevole: 6.000 kg in un'orbita terrestre "bassa" e ben 1500 kg alla velocità di fuga!

 

LA PRIMA "RETE" PER LO SPAZIO PROFONDO

 

Nel 1956 il governo sovietico aveva approvato l'uso degli R-7 per il lancio dello Sputnik. Questi razzi volavano grazie ad un sistema automatico di guida inerziale, ma avevano una precisione di appena 10 km intorno all'obiettivo Comunque usando un particolare sistema di controllo radio si poteva migliorare questa accuratezza fino a 2 km. Ma per intercettare la Luna ci voleva un precisione molto più accurata...

Due “punti di radio controllo” [in gergo RIP] vennero allestiti 250 km ad est e ovest del cosmodromo di Baikonur; gli impulsi trasmessi da questi punti arrivavano al transponder a bordo del razzo e poi venivano "rimbalzati" ad altre stazioni ripetitrici.

Dal tempo di ritorno dell'impulso e dall'effetto Doppler, il sistema di controllo terrestre poteva misurare la distanza radiale, la deviazione laterale dalla traiettoria prevista e la velocità del razzo.

 

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 Il sistema di radio-controllo con RIP per il lancio di un razzo

 

I due RIP garantivano una precisione di 2 m/s nella velocità finale del razzo. Con la costruzione di un terzo TIP, 250 km dietro il cosmodromo, si potevano ottenere "letture" Doppler anche più accurate.

Per le missioni lunari era necessario "tracciare" posizione e velocità della sonda (unita al razzo) a distanze nell'ordine di centinaia di migliaia di km. I sistemi di tracciamento e ricezione della telemetria per l'R-7 erano progettati per lavorare solo dal lancio fino al momento in cui il vettore spegneva l'ultimo stadio. Così il progettista dei sistema di radio-guida dell'R-7, Evgeny G. Boguslavsky, si dedicò ad un nuovo sistema telemetrico per le lunghe distanze.

I comandi erano inviati da Simferopoli sui 102 MHz con un trasmettitore da 10 kW montato su un vettore di antenne elicoidali. Invece la ricezione telemetrica del ‘Blocco-E′ e della sonda avvenivano sui 183,6 [9/5 * 102] MHz o sull'onde corte. Questo sistema d'antenne era situato nel cosmodromo di Baikonur e poteva ricevere le "letture" dei sensori in due minuti. Il suo periodo "d'ascolto" durava per il tempo in cui una navicella attraversava il cielo.

I ricevitori per i dati scientifici invece furono posti nella "stazione" del monte Kochka, vicino Simeiz in Crimea. Lì c'erano dei quadripoli e dipoli che dovevano ricevere un segnale, che a bordo della sonda aveva una potenza di 10 watt, ma sulla Terra arrivava a 0,1 microwatt!

 

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 Un computer “Ural-1”

 

Il primo sistema elettronico usato per il controllo balistico, calcolo e analisi della traiettoria fu il computer “Ural-1”. Molto probabilmente il controllo in tempo reale del razzo era realizzato da un altro, specifico, calcolatore.

L'Ural modello 1 era basato sulle valvole a vuoto ed alcune centinaia di diodi al germanio; la sua capacità di calcolo era di 12.000 FLOPS. Per paragone, un Pentium 4 o Athlon 64 a 2 GHz sono nell'ordine di qualche miliardo di FLOPS...Tornando al computer sovietico, questi utilizzava ‘‘parole’’ [word] da 40 bit che poteva essere un valore numerico o due istruzioni. Il calcolatore era costituito da varie unità: una a tastiera, una di controllo-lettura, due a schede perforate (una per l'input e l'altra per output), una di memoria — di massa — "a tamburo" da 1024 word cioè 5 Byte, una di memoria — operativa — a ferrite, ALU, CPU, unità di alimentazione. Questo elaboratore occupava uno spazio di 90-100 m² ed era alimentato a trifase (380 V ± 10%/50 Hz).

L'originale struttura della "rete", conosciuta come OKIK [Otdel'niy Komandno-Izmeritel'niy Kompleks, ‘‘complessi di misurazione e controllo separato’’], si componeva di tredici NIP: Baikonur vicino all'IP-1 (NIP-1), Makat vicino la città di Guriev (NIP-2), Sary-Shagan (NIP-3), Eniseisk nella Siberia occidentale (NIP-4), Iskhupi (NIP-5), Yelizovo nella penisola della Kamchatka (NIP-6), Klyuchi (NIP-7), Bolshevo ad nord-est di Mosca (NIP-8), Krasnoye Selo vicino San Pietroburgo (NIP-9), Simferopoli sul Mar Nero (NIP-10), Sartichata vicino Tbilisi in Georgia (NIP-11), Kolpashevo/Novosibirsk (NIP-12), Ulan-Ude vicino al Mar Nero (OKIK-13).

 

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Le tredici "stazioni" NIP nel 1957: dalla prima più ad ovest (NIP-10) all'ultima più ad est (NIP-6).

 

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Le stazioni della "rete" OKIK nel 1958-59; il numero vicino al punto corrisponde alla stazione.

 

La massima distanza di comunicazione fra una stazione NIP/OKIK ed un sonda unita al razzo non superava i 1500-2000 km. Per distanze maggiori si dovevano utilizzare l'antenne paraboliche in dotazione a NIP/OKIK-10 e NIP/OKIK-6. Come ulteriore supporto, dal 23.09.1958 c'era anche la "stazione" del monte Kochka, vicino Simeiz in Crimea.

 

TENTATIVI PER LA MISSIONE “E-1”

 

Nel 1958 gli Usa cercarono di porre una sonda del programma Able in orbita alla Luna; invece i sovietici, più pratici, tentarono di far schiantare un oggetto “E-1” sulla superficie lunare. 

All'inizio il lancio era previsto per il 18 Agosto, ma problemi ai motori del razzo fecero posticipare il tutto al mese successivo. Il 23 Settembre alle 09:03:23, decollò un Vostok–Luna 8K72 contenente la prima sonda E-1. Ma 87,1’’ dopo [09:04:50] il vettore ebbe un cedimento strutturale e finì in pezzi. In Occidente la prima sonda lunare sovietica fu denominata Luna-1958A.

Nella successiva finestra di lancio, alle 23:41:58 dell'11 Ottobre, decollò un medesimo vettore con a bordo la seconda E-1. Sempre nello stesso giorno, ma ben 16 ore prima (alle 08:24) era decollato anche Pioneer-1. Comunque il Vostok–Luna era molto più potente del vettore americano ThorAble I. La navicella sovietica poteva raggiungere la Luna in massimo 36 ore contro le 60 necessarie alla sonda americana. Ma questa superiorità non servì: il vettore Vostok–Luna 8K72 manifestò lo stesso problema del razzo lanciato il 23 Settembre. Alle 23:43:42, dopo soli 104,1’’ di volo, fu necessario inviare il comando di autodistruzione. In Occidente questa missione fu catalogata come Luna-1958B.

Indispettite per i due fallimenti, l'autorità militari nominarono una commissione di inchiesta. Venne costatato che l'aggiunta dello ‘Blocco-E′ aveva peggiorato un già noto problema di vibrazioni. Il baricentro si era spostato e così dopo circa cento secondi dal decollo una "zona di risonanza longitudinale" attraversava il vettore e ne provocava il cedimento strutturale. Furono attuati tutti i correttivi ed il problema delle vibrazioni scomparve.

Il 4 Dicembre alle 18:18:44 decollò un altro Vostok–Luna 8K72 con a bordo la terza sonda E-1. Questa volta accadde che un problema di lubrificazione fece cadere la spinta del blocco centrale. Dopo 245,1’’ [23:47:43] il propulsore si spense del tutto; il vettore ricadde verso la Terra e si disintegrò nell'atmosfera. Questo oggetto spaziale fu denominato dall'autorità militari Usa come Luna-1958C.

 

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Il ‘Blocco-E′

 

 

DESCRIZIONE DEL VETTORE DI LANCIO E DELLO STADIO DI FUGA

 

Il compartimento dello stadio di fuga, denominato anche “E B1-6”, era isolato termicamente e dotato di un sistema radio-telemetrico da 100 W sui 183,6 MHz. Questi codificava i dati con la modulazione di larghezza d'impulso; nei 26 canali di misurazione passavano cento "interrogazioni" al secondo, cioè una word da 40 bit ogni 10 millisecondi. Ognuna di queste "parole" era composta da un segnale di riferimento (durata 7 ms) e dall'impulso di misurazione (4 ms)

L'ultimo stadio era lungo 2,4 metri e pesava "a secco" — quindi senza propellenti — circa 1482 kg. Il vettore Vostok–Luna 8K72 poteva portare 360 kg all'impatto lunare in 34 ore. Avendo a disposizione 169,5 kg supplementari, venne deciso di aggiungere questa strumentazione:

1. un radio trasmettitore in modalità telegrafica ("acceso"/"spento") sui 19,995 e 19,997 [MHz] per l'inviare i dati del misuratore di radiazioni cosmiche di bordo;

2. un  trasponder radar nell'S-band per la determinazione della traiettoria durante l'accensione dei motori;

3. un dispositivo a tempo capace di far evaporare circa quattro chilogrammi di sodio;

4. uno scintillatore-contatore allo ioduro di sodio.

 

DESCRIZIONE DELLA SONDA

 

La struttura era basata sul progetto dello Sputnik-1. Infatti tecnicamente la navicella era denominata Lunik, contrazione di Luna e Sputnik. Comunque la denominazione ufficiale di questa classe di sonde sarà semplicemente Luna (<<луна>> in cirillico). Tornando alla struttura, era formata da due emisferi saldati e sigillati all'"equatore". Ogni emisfero, in lega di alluminio-magnesio, aveva un raggio di 40 cm. L'intero sferoide era tenuto insieme da 48 bulloni e aveva un diametro massimo di 85 cm. Il peso fu aumentato fino a 191,8 kg invece dei 170,1 kg previsti originalmente.

Nell'emisfero superiore erano dislocati: quattro antenne "a frusta" per il radiotrasmettitore sui 183,6 MHz, due "trappole" di protoni, due "microfoni" piezoelettrici e l'asta del magnetometro. Nell'emisfero inferiore invece erano poste altre due trappole di protoni e le due antenne "a nastro" per il radiotrasmettitore sui 19.992,923 kHz.

 

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magnetometro

2 antenna del radiotrasmettitore (quattro)

3 sensore di collisione per particelle meteoritiche

4 batteria ed elettronica

5 ventola del radiatore

6 guscio sferico esterno

7 "trappola" per le particelle cariche

8 antenna "a nastro" sui 19,993 MHz (due)

 

 

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Il radiotrasmettitore sui 19,993 MHz era solo i dati scientifici raccolti; invece l'quello sui 183,6 MHz era specifico per la telemetria. Quest'ultimo dispositivo, visto che aveva mostrato anomalie, fu "raddoppiato": in ogni momento poteva subentrare un sistema di riserva. Le differenze fra questi radiotrasmettitori erano altre due: 1. la frequenza era di 20 MHz invece che 183,6; 2. la modulazione era quella a larghezza dell'impulso invece che a ‘‘spostamento della frequenza portante’’ [FSK]. Le quattro antenne a frusta si aprivano subito dopo la separazione della sonda dall'ultimo stadio; così formavano una doppia antenna a dipolo "piegato a V".

Un oscillatore al quarzo operando in modalità telegrafica ("acceso"/"spento") generava i segnali. Questi duravano da 0,5 a 0,9 secondi durante i quali venivano inviate le letture degli strumenti scientifici e la telemetria. Invece nel segnale sui 183,6 erano trasmesse — a mo' di altimetro — le misurazioni sulla traiettoria.

Il compartimento interno era diviso in quattro sezioni: apparecchiature radio e di comando, strumentazione scientifica, due batterie chimiche (all'argento-zinco e mercurio-ossigeno), emblemi dell'Urss (due sfere metalliche decorate). Il volume interno era pressurizzato con azoto a 1,3 atmosfere. Grazie ad un ventilatore la temperatura si sarebbe mantenuta sui 20-25 °C spostando il calore dagli apparati elettronici al più freddo guscio esterno. Non erano previsti né una forma di stabilizzazione assiale, né un sistema di controllo dell'assetto, né una fonte di propulsione. Tutto era affidato al razzo Vostok che doveva sfruttare una finestra di lancio ampia non più di 10 secondi.

 

COSTRIZIONI PER IL LANCIO E LA MISSIONE

 

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Profilo della missione di una sonda “E-1”: 1 Terra; 2 orbita della sonda; 3 piano orbitale della sonda; 4 piano orbitale della Luna; 5 generazione della cometa artificiale; 6 orbita della Luna; 7 posizione della Luna al lancio della sonda; 8 posizione della Luna all'impatto della sonda; 9 equatore terrestre; S polo sud terrestre.

 

 

Il viaggio verso la Luna era diviso praticamente in due parti: l'accelerazione fornita dal vettore e tutto ciò che ne seguiva. La stessa separazione fra la sonda e l'ultimo stadio imprimeva una piccola spinta supplementare. Le traiettorie di questi oggetti avevano la forma di un'iperbole, dove un fuoco era il centro della Terra. Infatti il sistema gravitazionale Terra-Luna incurva un cammino diretto.

Quando la "sfera gravitazione terrestre" non si fa più sentire allora la velocità relativa si ferma ad un valore di circa 2 km/s. La velocità comincia a salire gradualmente quando si entra nella sfera gravitazionale della Luna. Al momento dell'impatto la velocità relativa avrebbe raggiunto i 3,3 km/s.

Comunque ci sono due caratteristiche dell'orbita lunare da tenere di conto: il suo piano è inclinato di 18° rispetto al quello equatoriale terrestre. Inoltre la velocità di spostamento della Luna lungo la sua orbita è di circa 1 km/s. Per le prime sonde Luna era necessario partire da un lato della Terra per arrivare al lato opposto della Luna entro 32-36 ore, pena il fallimento della missione.

Quindi il lancio doveva essere tecnicamente perfetto: anche 10’’ di ritardo oppure un errore di 1 m/s nella velocità del razzo (lo 0,01% rispetto a quella totale) provocava una deviazione del punto d'impatto di 200 km! Considerando che la Luna ha un diametro di 3480 km, i margini d'errore erano esigui: qualche metro al secondo nella velocità e 0,1° nello scostamento fra la velocità vettoriale e la traiettoria della navicella.

Il momento migliore per indirizzare un razzo — la cosiddetta "finestra di lancio" — era quando la Luna si trovava vicino alla minima declinazione. In pratica l'inclinazione fra il piano terrestre e quello lunare doveva essere -18°. In questo modo il razzo avrebbe tenuto il più basso angolo rispetto alla superficie terrestre. Inoltre le perdite di velocità, a causa dell'attrazione gravitazionale della Terra, sarebbero state ridotte al minimo; in questo modo il carico scientifico poteva essere più cospicuo.

 

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Il ‘Blocco-E’ con la sonda

 

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La sonda incastonata nell'ultimo stadio del vettore

 

Su due targhe metalliche rettangolari (dimensioni: 9 x 15 cm), che vennero apposte sia sulla sonda che sull'ultimo stadio del razzo, erano impresse con metodo fotochimico queste parole:

 

 

GENNAIO

IANVAR

1959

GENNAIO

IANVAR

 

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SOYUZ

UNIONE

SOVETSKIKH

SOVIETICHE

SOTSIALISTICHESKIKH

SOCIALISTICHE

RESPUBLIK

 REPUBBLICHE

 

 

Comunque venne imbarcata anche una sfera commemorativa come quelle che saranno portate a bordo di Luna-2. Non è dato a sapersi se la sfera fosse posta dentro la navicella oppure nell'ultimo stadio del vettore.

 

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STRUMENTAZIONE SCIENTIFICA

 

1. magnetometro a tre componenti;

2. due tubi di "scarica" a gas (noti anche come contatori Geiger-Müller);

3. due rilevatori per le micrometeoriti;

4. contatore-scintillatore (noto anche come rilevatore Čerenkov);

5. quattro "trappole" per ioni.

esperimento 1

era posizionato all'estremità di un'asta d'alluminio lunga un metro. La sua lontananza dall'elettronica del modulo strumentale avrebbe evitato interferenze. Si componeva di tre distinti sensori, uno per ogni asse di misurazione. L'intervallo dinamico di ciascun sensore andava da -3 a +3 mT [milli tesla]; mentre la sensibilità era di 0,6 mT.

esperimento 2

 

praticamente era un contatore Geiger-Müller che rilevava tutte le radiazioni ionizzanti, inclusi i raggi gamma (cosmici) e le particelle cariche ad alta energia. Di solito erano riempiti con gas nobile per facilitare la ionizzazione ed un alogeno per estinguere le scariche. Un campo elettrico ad alta tensione veniva mantenuto tra le pareti del tubo ed il filamento centrale. Il passaggio di un raggio creava una scia di ioni nel tubo; poi le particelle ionizzanti passavano attraverso il campo elettrico generando un piccolo impulso di corrente elettrica.

esperimento 3

 

Il rilevatore piezo-elettrico avrebbero rilevato gli impatti micrometeoritici grazie all'area sensibile ampia 0,18 m² (1800 cm²). Il dispositivo era composto da una placca metallica e da un cristallo piezoelettrico, nella fattispecie fosfato di ammonio. La piezoelettricità è la proprietà di alcuni cristalli nel trasformare una sollecitazione meccanica in una differenza di potenziale (in pratica una tensione). L'effetto è reversibile e si misura nell'ordine dei nanometri.

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Il sensore per le micrometeorit: 1. placca metallica;

2. molle; 3. cristallo piezoelettrico.

 

Il cristallo piezoelettrico era unito alla placca metallica per rilevare in maniera acustica gli impatti delle particelle micrometeoritiche. Praticamente gli urti sulla placca metallica generavano una deformazione meccanica sul cristallo.

esperimento 4

 

avrebbe misurato i nuclei pesanti contenuti nei raggi cosmici. Il rilevatore forniva dati sulle particelle cariche che attraversavano un "mezzo" trasparante in plexiglas. Questi protoni viaggiano in un "mezzo" [medium] ad una velocità superiore a quella della luce (effetto Čerenkov). La scoperta di questo fenomeno fruttò allo stesso scienziato sovietico Pavel A. Čerenkov il premio Nobel© 1958 per la fisica. Praticamente questo strumento era un tubo fotomoltiplicatore che rilevava quel particolare tipo di radiazione luminosa che è la luce. Dato che la radiazione aumenta con il quadrato della carica delle particelle, i rilevatori Čerenkov sono particolarmente utili per studiare i nuclei pesanti dei raggi cosmici.

esperimento 5

le "trappole" per gli ioni sono conosciute anche come gabbie di Faraday. Ognuno di questi dispositivi potevano rilevare gli ioni presenti nello spazio. Ogni "trappola" emisferica misurava la quantità di plasma (composto anche da ioni) amplificandone la debole corrente che passava attraverso un campo elettrico (posto fra una griglia interna in tungsteno ed un elettrodo collettore in nickel). Per ottenere dati sull'energia spettrale, una griglia esterna in nickel (messa a differenza di potenziale o d.d.p.) era caricata per respingere gli ioni sotto una soglia di energia cinetica. Se si voleva respingere ioni a potenziale x bastava applicare una d.d.p. alla griglia esterna pari a x volt.

 

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La griglia interna aveva una tensione negativa che respingeva gli elettroni; invece gli ioni positivi venivano inesorabilmente attirati e non potevano così uscire dalle "trappole". Queste essendo emisferiche avrebbero misurato il flusso del plasma in una sola direzione.

 

| IL LANCIO |

 

Alle 16:41:21 del 2 Gennaio 1959 decollò un Vostok–Luna 8K72 (chiamato anche “primo razzo cosmico”) con la quarta navicella E-1. La missione era la medesima delle tre sonde gemelle che l'avevano fallita nel 1958: impattare sulla superficie lunare seguendo una traiettoria ascendente e diretta.

A circa 1500 km di quota, la velocità del razzo rispetto al centro della Terra era maggiore di 10 km/s. Superata la velocità di fuga, Luna-1 si separò dal ‘Blocco-E′. La traiettoria dei due oggetti spaziali era inclinata di circa 65° rispetto all'equatore. Oltre i 2000 km di distanza subentrarono nel "tracciamento" le stazioni OKIK-6 (Yelizovo) e OKIK-10 (Simferopoli). Per cause ignote la modulazione telemetrica del RTS-12B non funzionò; fortunatamente subentrò il sistema di riserva sull'onde corte. Alle 24 GMT del 2 Gennaio, le 3 del 3 nella capitale sovietica, Yuriy B. Levitan (1914-83) annunciò dai microfoni di Radio Mosca il lancio di Lunik-1.

 

- 3 Gennaio -

 

Alle 00:00 la navicella aveva percorso circa 100.000 km nel suo cammino verso la Luna; la sua velocità geocentrica si era ridotta a 3,5 km/s. Alle 00:56:20, alla distanza di 119.500 km dalla Terra, si attivò il timer al quarzo dell'evaporatore posto nello ‘Blocco-E′. Quattro chilogrammi di sodio — "evaporati" con la termite — furono rilasciati nello spazio; il vento solare li fece ionizzare in appena in sei secondi. Quella notte sopra l'Asia Centrale, il Caucaso e la Crimea si poté osservare per circa cinque minuti una nube fluorescente (la cui luce aveva una lunghezza d'onda di 0,589 micron). Questa specie di "cometa" lunga centinaia di chilometri era appena visibile ad occhio nudo fra la costellazione della Vergine vicino a Spica.

 

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03.01.1959, 00:56:20 ▪ Osservatorio dell'Accademia delle Scienze di Kislovodska.

La foto della cometa artificiale nel momento esatto in cui fu scaturita. Luna-1 e l'ultimo stadio non sono visibile perché hanno una magnitudine di 19 e 16,5. 

 

 

Questo esperimento permise agli astronomi di stimare la posizione del vettore e studiare il comportamento di un gas nello spazio. Fu calcolato che la potenza prodotta dalla vaporizzazione sia stata di 7000 kW, quasi il 100% di efficienza luminosa. Alle 03:00 Luna-1 era a 130.000 km dal nostro pianeta. Alle 06:30 questa distanza era di circa 170.000 km; dopo tre ore e mezza era salita a 209.000 km. Alle 18 la navicella distava circa 265.000 km.

Dalle successive analisi sulla traiettoria risultò che lo stadio di fuga aveva impartito una spinta leggermente superiore a quella richiesta perchè si era spento dopo il tempo prefissato... L'errore nell'angolo di elevazione risultò essere di ben 2° contro il massimo ammesso di 0,1° (corrispondenti ad un margine di errore di 100-200 km). Quindi l'impatto con la Luna, obiettivo primario della missione, non sarebbe avvenuto!

 

- 4 Gennaio -

 

| Il mancato impatto con la Luna |

 

Infatti alle 02:59 Luna-1 mancò di 5995 km la superficie lunare. Lo stadio di fuga invece era transitato un minuto prima e 1000 km più vicino; poi sparì per sempre. La sonda, effettuato il primo storico (e non previsto) incontro ravvicinato con la Luna, proseguì nello spazio interplanetario. Così L.-1 diventò anche il primo satellite artificiale del Sole. Alle 07:00, il veicolo spaziale era già distante 60.400 km dalla Luna e 426.700 km dalla Terra. Dodici ore dopo [ore 19:00 GMT] la distanza dalla Terra aveva già toccato 513.285 km.

 

05.01.1959-02.04.1960

 

Alle 07:00 del 5 ad una distanza di 600.358 km dalla Terra fu captato l'ultimo segnale: le batterie si erano esaurirono. Due giorni dopo secondo i calcoli Luna-1 uscì definitivamente dalla sfera d'attrazione del sistema Terra-Luna. L'orbita eliocentrica della navicella venne stimata in: 0,976 (perielio); 1,315  (afelio) [UA]; periodo: 450 giorni; inclinazione: 0,01° rispetto all'eclittica.

Il 12 Gennaio i sovietici battezzarono la sonda con il nome di Metcha [‘‘sogno’’]. Secondo i calcoli raggiunse il perielio a 146,9 milioni di km. La sua prima orbita solare fu completata il 2 Aprile 1960 con il passaggio all'afelio; fino al 2005 dovrebbe aver completato 35 orbite.

 

(17) ‘‘Cammino schematico della sonda rispetto sulla superficie terrestre’’

 

 

 

I numeri nello schema corrispondono alle posizioni sequenziali della proiezione della sonda sulla superficie terrestre: 1 ore 00 del 3 Gennaio, 100.000 km di distanza dalla Terra; 2 formazione della cometa artificiale, ore 00:57 circa; 3 ore 03, 137.000 km; 4 ore 10, 209.000 km; 5 ore 16, 257.000 km; 6 284.000 km; 7 02:59 del 4 Gennaio, 370.000 km - massimo avvicinamento alla Luna; 8 ore 9, 422.000 km; 9 ore 19, 510.000 km; 10 ore 7 del 5 Gennaio, 597.000 km - perdita del contatto radio con la sonda per l'esaurimento delle sue batteria.

 

 

Nella suo breve periodo di attività la sonda misurò la composizione e lo spettro energetico delle fasce di radiazioni terrestri. In particolare, il contatore-scintillatore rilevò che c'erano pochissime particelle ad alta energia nella fascia di radiazione più esterna. Gli scienziati Sergei N. Vernov e Aleksandr E. Chudakov erano dei pionieri nell'utilizzo di contatori di scarica con i cristalli oscillatori/rilevatori Čerenkov. Fortuna che i vettori sovietici potevano spedire nello spazio carichi scientifici molto pesanti e quindi anche unità energetiche ad alta tensione e tubi fotomoltiplicatori necessari per i contatori-scintillatori. Comunque il Pioneer-3 e Pioneer-4 avevano a bordo due tubi Geiger-Müller; ma erano dispositivi molto semplici rispetto alla strumentazione scientifica sulle prime sonde sovietiche. Solo per fare un paragone, queste due navicelle delle Nasa pesavano poco più di 6 kg!

Luna-1 non rilevò alcun campo magnetico intorno alla Luna; se ci fosse stato doveva avere una magnitudine  inferiore ai  30 nT. Fino al 5 Gennaio le "trappole" di ioni fornirono dei dati in situ su quello che sarà poi denominato vento solare. Purtroppo queste informazioni non furono mai pubblicate. Comunque nel 1958, Eugene N. Parker dell'Università di Chicago ipotizzava che lo spazio interplanetario fosse riempito di un flusso di plasma (elettroni, protoni, ioni) proveniente dal Sole. In seguito, grazie a Mariner-2 fu chiarito che il vento solare è un consistente e continuo flusso di plasma ionizzato che s'irradia dalla nostra stella per tutto lo spazio interplanetario circostante.

 

PRECISAZIONE:

 

Solo l'11 Aprile 1989 il cosmonauta Georgi Grechko rilevò sul quotidiano nazionale la reale missione di Luna-1. Come volevasi dimostrare, l'unico vero obiettivo era schiantarsi sulla Luna. Fonti sovietiche del 05.01.1959 avevano accennato solo che il primo oggetto costruito dall'uomo aveva raggiunto la seconda velocità cosmica e si era inserito in orbita solare. Naturalmente non ci fu alcun riferimento ai fallimenti delle tre E-1 del 1958 e al mancato impatto da parte di Metcha.

 

AGGIORNAMENTO DEL 18 NOVEMBRE 2004:

 

Sven Grahn ha trovato delle notizie interessanti in un documento della CIA, l'NIE 11-5-61. Lì vengono rivelate altre (e sconosciute) frequenze di trasmissione nelle prime navicelle sovietiche. Si è così appreso che Luna-1 utilizzava anche le frequenze di 71 e 76 MHz, il cui uso era in verità sospettato da molto tempo.

 

RINGRAZIAMENTO:

Vorrei ringraziare l'amico Paolo Ulivi per avermi gentilmente fornito una legenda per lo schema 9. Senza di lui non credo che avrei facilmente compreso cosa stavano ad indicare i punti 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, N, S.

 

FONTI, RIFERIMENTI, LINK DEL MATERIALE UTILIZZATO PER QUESTA SCHEDA

 

x DISEGNI, SCHEMI, FOTO:

+

- foto (1): LINK;

- schema (2): LINK;

- foto (3): LINK;

- immagine (4): LINK;

- immagine (5): LINK;

- disegno (*):vedi nota ;

- disegno (6): LINK;

- foto (7): LINK;

- schema (8): LINK;

- disegno (*): vedi nota ;

- schema (9): Esa bulletin 103 - August 2000 (“Ways to the Moon?”), pagina 20 - LINK;

- foto (*): vedi nota ;

- foto (10): LINK;

- foto (11): LINK;

- foto (12): LINK;

- schema (13): LINK;

- foto (14): LINK;

- schema (15): LINK;

- foto (16): LINK;

- schema (17): LINK.

 

Nota: non è stato possibile trovare al momento il riferimento/la fonte/l'URL per questo elemento grafico. Conseguentemente le linee di condotta nell'uso di questo oggetto, saranno quelle che ci sono nella pagina 'astronautica'.

 

x il TESTO:

 

• National Space Science Data Center, luna1958a (Luna-1958A);

• National Space Science Data Center, luna1958b (Luna-1958B);

• National Space Science Data Center, luna1958c (Luna-1958C);

• National Space Science Data Center, 1959-012A (Luna-1);

• Space.40, 1959-012A [nota: il testo è in ceco];

• Epizodsspace.narod.ru, Biblioteka, 1959 - LINK [nota: il testo è in cirillico];

• Epizodsspace.narod.ru, Biblioteka, 1960 - LINK;

• Epizodsspace.narod.ru, Biblioteka - LINK;

• Epizodsspace.narod.ru, Biblioteka - LINK;

• Epizodsspace.narod.ru, Biblioteka - LINK;

• AstroLink.de, LINK [nota: il testo è in tedesco];

• Bernd-leitenberger.de (“Das Luna program”), LINK;

• Deep Space Chronicle, 1958 - LINK [file pdf];

• Deep Space Chronicle, 1959 - LINK;

• Gran Tour! (“Object E”), LINK ;

• Zarya (“Made-man comet”), LINK;

• Zarya (“Luna-2”), LINK;

• Zarya (“Early probing”), LINK;

• Zarya (“1959 Space Activities”), LINK;

• Paolo Ulivi (“L'ESPLORAZIONE DELLA LUNA” - 28.12.2002), pagg. 15-16, 19-20 e 24;

• Asif A. Siddiqi, (“Challenge to Apollo: the Soviet Union and the space race, 1945-1974”), pagg. 220-221, 552 | LINK [file pdf · 64,3 MB · 1034 pagine];

• Sven's space place (“New revelations of frequencies for early Soviet spacecraft”), LINK;

• Sven's space place (“Object E - the early Soviet lunar probes”), LINK;

• Sven's space place (“Why the West did not believe in Luna-1”), LINK;

• Sven's space place (“Mission profiles of early Soviet lunar probes”), LINK;

• Sven's space place (“The radio system of the early Luna probes"), LINK;

• Sven's space place (“Space Frequency Listing, 8-50 MHz, Downlink”) - LINK;

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

• Sven's space place (“Soviet/Russian OKIK ground station sites”) - LINK;

• Astronautix.com, “Enciclopedia astronautica", “Soviet space tracking systems” - LINK;

• Russianspaceweb.com, (“Centers: Ground control stations - KIK”), LINK;

• 4Reference.net, (“Luna-1") - LINK;

• Jodrell Bank Observatory (“Jodrell Bank's role in early space tracking activities - Part 1), LINK;

• Homepage of Don Mitchell (“The soviet exploration of Venus“, “Remote scientific sensor”), LINK;

• Homepage of Don Mitchell (”The soviet exploration of Venus”, “Soviet spacecraft pennants”), LINK;

• Homepage of Don Mitchell (“The soviet exploration of Venus”, “Soviet telemetry system”), LINK;

• Homepage of Don Mitchell (“The soviet exploration of Venus”, “Biographies”), LINK;

• Homepage of Don Mitchell (“The first lunar probes”, “Cosmic rocket”), LINK;

• Homepage of Don Mitchell (“The first lunar probes”, “Lunar impact”), LINK;

• Encyclopedia Astronautica (“Luna E-1”), LINK;

• Spaceviews, Issue 1999.01.01 - 1999 January 1, LINK;

Nasa Astrophysics Data System (“Observations of Lunik I”), LINK;

• Nasa (“Aeronautics and Astronautics Chronology, 1959”) - LINK;

• Nasa (“Aeronautics and Astronautics Chronology, 1960”) - LINK;

• Marcia Neugebauer and Rudolf Van Steiger (“The Solar Wind”), LINK [file pdf];

• Saguaro Astronomy Society, (“The great Moon race: in the beginning..."), June 1992 - Issue #185, LINK;

• Nuovo ORIONE, (“Le grandi pagine dell'astronomia spaziale”) - n. 79, Dicembre 1998, pagina 70.

 

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