Nosná raketa Atlas Agena B pro mise Ranger

Po rozboru výkonnosti dostupných a plánovaných nosných prostředků, které měla NASA k dispozici pro navedení chystaných sond série Ranger na dráhu k Měsíci, bylo rozhodnuto svěřit osud mise dvoustupňové kombinaci mezikontinentální balistické střely Atlas s přídavným stupněm Agena B. Rozhodujícím kritériem byla požadovaná nosnost a možnost provádět složité manévry během urychlování stanice na translunární dráhu.

Raketový stupeň Atlas byl první mezikontinentální americkou raketou. Byl vyvinut v polovině padesátých let 20. století firmou General Dynamics-Astronautics v San Diegu pro potřeby amerického letectva (Air Force). Délka stupně je 18 m a po naplnění kapalným kyslíkem a kerosinem má hmotnost 117000 kg. Je poháněn třemi motory dodávanými firmou Rocketdyne (divize North American Aviation), které vyvíjejí tah přibližně 1640 kN na úrovni mořské hladiny. Aby bylo možno zvýšit hmotnost vynášeného kosmického aparátu, konstruktéři Atlasu drasticky vylehčili plášť z nerezové oceli a výztužné prvky. Vzniklá konstrukce byla tak zeslabena, že ve skutečnosti nebyla schopna v nenaplněném stavu ani udržet vlastní váhu, aniž by se nezbortila. Aby se dosáhlo potřebné tuhosti, bylo nutno uvnitř nádrží udržovat stálý přetlak. Všechny hlavní motory se zažehovaly současně při startu rakety, dva boční motory se nicméně po 140 s letu odhazovaly.

Raketový stupeň Agena, umístěný v sérii nad prvním stupněm Atlas, navrhla firma Lockheed Aircraft Corporation, Missile and Space Division. Model B použitý pro mise Ranger měl proti variantě A zvětšený objem palivových nádrží a použitý raketový motor z produkce Bell Aerospace umožňoval dvojnásobný zážeh ve vakuu. Motor o tahu asi 73 kN pracoval s kombinací asymetrického dimetylhydrazinu jako paliva a dýmavé kyseliny dusičné jako okysličovadla.

Pro navedení Rangeru k Měsíci přicházely v úvahu dvě varianty - přímá trajektorie a start z dočasné parkovací dráhy kolem Země. První varianta znamená přímé nasměrování sondy startující dvoustupňovou raketou k vesmírnému cíli prakticky nepřetržitou prací raketových motorů obou stupňů. Ve druhém případě je nejprve urychlovací stupeň s užitečným zatížením naveden na oběžnou dráhu kolem Země, ze které se ve vhodný okamžik po opětovném zážehu posledního stupně teprve urychlí k Měsíci. V obou případech se trajektorie vzletu musí přizpůsobit vzájemné poloze Země a vesmírného cílového tělesa, použití parkovací dráhy a možnost několikanásobného zážehu raketových motorů však poskytuje větší možnosti ve volbě dráhy a okamžiku startu. Vícenásobný start motoru umožňuje zvolit vhodně bod zážehu tak, aby bylo dosaženo určitého cíle na Měsíci, usnadňuje eliminaci vzájemných pohybů Země a Měsíce a rozšiřuje startovní okno. V případě potíží během předstartovních operací širší startovní okno zvyšuje šanci, že vhodný okamžik startu nebude promeškán. Promeškaný start u lunárních misí Rangeru znamená odklad startu o celý měsíc, protože pro plánování letu jsou rozhodující nejenom vzájemné polohy Měsíce a Země ale i světelné podmínky na místě dopadu v okamžiku příletu.

Po startu z Cape Canaveral pod stanoveným azimutem se dráha stoupající rakety zvolna naklání až do prakticky rovnoběžného směru s horizontem ve výšce parkovací oběžné dráhy. Během vzletu jsou data o pohybu rakety přenášena do velkého číslicového počítače ve středisku řízení startu a oboustrannou komunikací se upravuje vektor tahu motorů. Po vypnutí posledního motoru stupně Atlas je vypočítána předpověď pohybu zbývajícího tělesa a na stupeň Agena se přenášejí dva údaje o okamžiku restartu a požadovaném přírůstku rychlosti. Dva malé řídící motorky na stupni Atlas definitivně upraví směr a rychlost letu a dalším povelem se vypojí.

Po oddělení stupně Atlas následuje automaticky operace odhození krytu chránícího Ranger před aerodynamickými silami vznikajícími průletem hustými vrstvami atmosféry. Motor Ageny B se zažehne poprvé, aby dopravil sondu na parkovací dráhu. Po stanovené době se zažehuje podruhé a navádí Ranger na dráhu mířící pryč od Země. Všechny tyto operace se provádějí na základě povelů z naváděcí a řídící jednotky stupně Agena, sestávající z gyroskopů, akcelerometrů a infračervených čidel zemského horizontu, bez zásahu z pozemního střediska. Jakmile je dosažena konečná dráha, odděluje se Ranger pomocí pružin a o několik okamžiků později se zažehuje několik malých motorků na stupni Agena, což zavede stupeň do bezpečné vzdálenosti od vlastní sondy a mimo Měsíc.

Během letu dále k Měsíci je Ranger odkázán jen na vlastní systémy. Sondy Ranger Block 1 neměly vlastní raketový motor, pouze stabilizační motorky, následující již disponovaly korekčním motorem.

Uskutečněné starty

Kombinace Atlas Agena B se využívala rovněž pro starty některých umělých družic Země a později v programu Mariner.