Pioneer 0

Pioneer 0 (myös Able 1 ja suunnitteluvaiheessa Baker) oli Yhdysvaltain ilmavoimien laukaisema ja Space Technology Laboratoryn (STL, nyk. TWR) valmistama vuonna 1958 laukaistu kuuluotain sekä ihmiskunnan ensimmäinen yritys saada luotain matalan Maan kiertoradan ulkopuolelle. Luotaimen kantoraketti räjähti laukaisussa tuhoten myös luotaimen. Pioneer 0 oli Advanced Research Projects Agencyn "Operaatio Monan", Air Force Ballistic Missile Divisionin "Project Able-1":n ja Nasan Pioneer-ohjelman ensimmäinen avaruusluotain.
Tausta.
Avaruuskilpa.
Neuvostoliiton Sputnik 1:stä tuli lokakuussa 1957 ensimmäinen satelliitti, joka kiersi Maata. Alle kuukautta myöhemmin Yhdysvallat oli laatinut suunnitelman päästä Neuvostoliiton edelle avaruuskilvassa. Suunnitelmana oli saada luotain kiertämään Kuuta kansainvälisen geofysiikan vuoden aikana ja ennen Neuvostoliittoa. Douglas Aircraft Companylla, Convairilla, Glenn L. Martin Companylla, North American Aviationilla, Jet Propulsion Laboratorylla, Yhdysvaltain ilmavoimilla sekä Ramo-Wooldridge Corporationilla (nyk. TRW) oli erilaisia suunnitelmia Yhdysvaltain kuuluotaimelle.
Suunnitelma.
Ramo-Wooldridge Corporationin ohjustentutkimusyksikön järjestelmäkehitysryhmän jäsen Paul Dergarabedian kirjoitti 1. marraskuuta 1957 yksikön johtajalle Louis Dunnille muistion, jossa hän ehdotti kantorakettia, joka pystyisi kuljettamaan hyötykuormaa Kuuhun. Hänen ehdotuksessaan kantoraketin ensimmäinen vaihe olisi Yhdysvaltain ilmavoimien Thor-IRBM, joka yhdistettäisiin testaamattoman Vanguard-kantoraketin toisen ja kolmannen vaiheen muokattuihin versioihin.
Yhdysvaltain ilmavoimat otti yhteyttä Ramo-Wooldridge Corporationiin ja kertoi olevansa kiinnostunut Degarabedianin ehdottaman kantoraketin sotilaallisesta käytöstä. Kantoraketista käytettiin nimeä "Advanced Re-entry Test Vehicle" eli "ARTV". Toinen nimi kantoraketille oli "Able-0". Air Force Ballistic Missile Divisionin (AFBMD) eversti Charles Therlune ehdotti, että kolme Able-0-kantorakettia varattaisiin Kuuhun laskeutumista varten ja ensimmäinen laukaisu saattaisi tapahtua kesällä 1958.
Ramo-Wooldridge Corporation oli muita yhtiötä edellä, koska muut yhtiöt eivät olleet vielä kehittäneet kantorakettia luotainlentoa varten. Ramo-Wooldridge Corporationin kuuluotain nimettiin Able-1:ksi. Luotain oli suunniteltu laskeutumaan Kuuhun, mutta suunnitelmaa pidettiin liian kunnianhimoisena, joten Able-1 muutettiin kiertolaisluotaimeksi.
Yhdysvaltain presidentti Dwight Eisenhower perusti 7. helmikuuta 1958 Advanced Research Projects Agencyn (ARPA), jonka tehtävänä oli hallinnoida Yhdysvaltain avaruushankkeita. Helmikuun puolivälissä Louis Dunn oli aloittanut Able 1:n rakentamisen valmistelut, vaikka sopimusta luotainlennosta ei ollut vielä tehty. Dunn ilmoitti 14. helmikuuta järjestämässään kokouksessa STL:n (nyk. TRW) rakentavan kuuluotaimen sekä kantoraketin, jotka laukaistaisiin elokuun puolivälissä. Luotainta kutsuttiin silloin nimellä "Baker". STL:n ohjelman johtajat esittivät 3. maaliskuuta luotainhankkeensa Yhdysvaltain presidentin tieteellisen neuvontakomitean Purcellin paneelille. Paneeli päätti suositella luotainhaketta ”vain, jos sillä olisi todellista merkitystä ja mieluiten sellaista, jota yleisö voisi ihailla”.
Yhdysvaltain puolustusministeriö tiedotti 27. maaliskuuta 1958 laukaisevansa neljä tai viisi (myöhemmin varmistui, että viisi) kuuluotainta ARPAn valvonnassa myöhemmin samana vuonna osana kansainvälistä geofysiikan vuotta. Projekti oli nimeltään "Operaatio Mona". Yhdysvaltain puolustusministeri Neil McElroy ilmoitti, että ARPAn avaruusohjelma edistäisi avaruuslentoteknologiaa ja ”määrittäisi kyvykkyytemme tutkia Kuun lähiavaruutta, hankkia hyödyllistä tietoa Kuusta ja antaa lähikuva Kuusta”. Kolme ensimmäistä luotainta toteuttaisi Yhdysvaltain ilmavoimien Air Force Ballistic Missile Division (AFBMD) ja kaksi myöhempää Yhdysvaltain maavoimien Wernher von Braunin johtama Army Ballistic Missile Agency (ABMA).
AFBMD:n luotainhanke oli nimeltään "Project Able-1", ja se koostui Pioneer-luotaimista 0, 1 ja 2. Pioneer 0 oli AFBMD:n ensimmäinen luotain. Sen valmistuksesta vastasi STL.
ARPA oli ohjeistanut AFBMD:lle, että kuuluotaimet tulisi laukaista mahdollisimman pian. Tieteellisesti hyödyllisen tiedon kerääminen ei ollut prioriteetti. 
Pioneer 0 -hankkeeseen osallistui yhteensä yli 3 000 henkilöä ja 52 yhtiötä, muun muassa Douglas Aircraft Company, Aerojet-General Corporation, Rocketdyne, Allegany Ballistics Laboratory ja Thiokol Chemical Corporation. Kuutta lukuun ottamatta kaikki yhtiöt sijaitsivat Etelä-Kaliforniassa.
Nimi.
Pioneer 0 oli alun perin nimetty Able 1:ksi. Ytti 1hdysvaltain presidentin Dwight Eisenhowerin 29. heinäkuuta 1958 perustama Nasa o. lokakuuta 1958 virallisesti hallintoonsa kaiken Yhdysvaltain aseettoman avaruustoiminnan, minkä jälkeen järjestö asetti tehtäväkseen nimetä uudelleen Yhdysvaltain satelliitit ja luotaimet. Nasa uudelleennimesi Explorer-satelliitit, ja niiden tiedottaja kutsui satelliitteja ”avaruuden pioneereiksi”. Yhdysvaltain ilmavoimamuseon näyttelyiden pääsuunnittelija Stephen A. Saliga ehdotti Able 1 -kuuluotaimelle nimeä "Pioneer" ”näyttämään, että Yhdysvallat on avaruuden pioneeri”. Vuoden 1958 lokakuussa laukaistava kuuluotain nimettiin Saligan ehdotuksesta Pioneer 1:ksi, ja sen edeltäjä nimettiin johdonmukaisuuden vuoksi Pioneer 0:ksi.
Valmistus.
Pioneer 0:n valmisti STL Yhdysvaltain ilmavoimien tutkimuksen ja tuotekehityksen laitoksessa Redondo Beachissa Kaliforniassa. Air Force Ballistic Missile Division oli antanut STL:lle täyden määräysvallan luotaimen sekä kantoraketin suunnitteluun ja kokoamiseen. STL hankki suurimman osan komponenteistaan vapailta markkinoilta sekä Yhdysvaltain virastoilta. Luotaimella oli yksi avaruustoiminnan historian nopeimmista valmistusaikatauluista. Elokuun määräaikaan päästäkseen STL:n luotaimen valmistajan tekivät jopa 120-tuntisia työviikkoja ja nukkuivat laitoksessa kuuden tunnin yöunia.
15. huhtikuuta 1958 luotain painoi 9 kilogrammaa, ja 23. toukokuuta luotain oli saanut lopullisen muotonsa, jolloin luotaimen massa oli 10,2 kg.
Pioneer 0:n päätavoitteena oli osoittaa Yhdysvaltojen kyky kiertää Kuun ympäri luotaimella. Luotaimen alkuperäisessä suunnitelmassa oli pelkästään yksi tutkimuslaite, televisiokamera, jonka tarkoituksena oli kuvata Kuun pintaa ja erityisesti Kuun Maahan näkymätöntä puolta. Neuvostoliiton Luna 3 -luotain saavutti tuon tavoitteen ennen Yhdysvaltoja lokakuussa 1959. Keväällä 1958 Explorer 3 -satelliitti vahvisti Van Allenin vyöhykkeen olemassaolon, joka viittasi siihen, että avaruudessa olisi paljon löydettävää. Pioneer 0:n lentoreitti Kuuhun tarjosi tilaisuuden tutkia avaruuden tuntematonta osaa. Tämän takia tiedeyhteisö pyysi, että siihen asennettaisiin lisää tutkimuslaitteita. Kesäkuun alussa myönnettiin lupa lisätä seitsemän uutta laitetta. Pioneer 0:n laukaisuun oli enää kaksi kuukautta aikaa, ja tutkimuslaitteiden lisäämiseksi luotaimen runkoa oli muunnettava. Kaikkia laitteita ei saatu valmiiksi ennen laukaisua. STL suunnitteli uusien tutkimuslaitteiden painottuvan avaruuden eri kenttien ja hiukkasten tutkimukseen.
Pioneer 0 puhdistettiin elokuussa 1958 eliöistä ultraviolettivalolla. Puhdistus tehtiin siltä varalta, ettei luotain haittaisi tulevia Kuun pinnan tutkimuksia, jos se osuisi Kuun pintaan.
Laukaisu.
Cape Canaveralissa Pioneer 0:n laukaisuvalmisteluissa Pioneer 0:n Able 1 -kantoraketin ensimmäisen vaiheen MB-3-rakettimoottori alkoi herättää huolta. Kantoraketin ensimmäisen vaiheen koelennot 24. huhtikuuta ja 11. lokakuuta 1958 olivat päättyneet epäonnistumiseen, jotka johtuivat MB-3:n turbopumpun vioittumisesta. Tästä huolimatta laukaisuvalmistelut jatkuivat.
Able 1 tankattiin iltapäivällä 16. elokuuta 1958, ja viimeiset kantoraketin kokeet aloitettiin kello 0.30 UTC (19.30 paikallista aikaa). Kokeet saatiin valmiiksi ennen aikataulua. Luotaimen laukaisuikkuna toistui neljä kertaa kuukaudessa ja oli parhaimmillaan 35 minuutin mittainen. Laukaisupäivän laukaisuikkuna avautui kello 12.14 UTC.
Pioneer 0 laukaistiin 17. elokuuta 1958 kello 12.18 UTC (7.18 paikallista aikaa) Cape Canaveral Air Force Stationin laukaisualusta Launch Complex 17A:sta. Kantoraketti tuhoutui 73,6 sekuntia laukaisun jälkeen räjähdyksessä 16 kilometrin korkeudessa Atlantin valtameren yllä. Telemetriaa luotaimesta saatiin ainakin 123 sekuntia räjähdyksen jälkeen.
Luotain oli ihmiskunnan ensimmäinen yritys saada luotain matalan Maan kiertoradan ulkopuolelle.
Onnettomuuden syy.
Yhdysvaltain laivaston sukeltajien talteenottamat osat luotaimesta sekä Pioneer 0:n telemetriatietojen analyysi osoittivat räjähdyksen syyksi vian kantoraketin ensimmäisen vaiheen, Thor-IRBM:n MB-3 -rakettimoottorin turbopumpun vaihteistossa. Vaihteiston laakeri jumittui ja pysäytti nestehapen virtauksen rakettimoottoriin. Muita syitä räjähdykselle uskottiin olleen kantoraketin revennyt polttoaine- tai happiputki. 
Kun räjähdyksen syy saatiin selville, Pioneer 0:n seuraajan, Pioneer 1:n laukaisualus, joka oli nostettu laukaisualustalleen 19. elokuuta, päätettiin korvata. Laukaisua lykättiin kuukaudella, jotta laukaisualuksen ensimmäinen vaihe ehdittiin muuttaa Thor 129:stä turbopumpun vian korjattuun versioon, 130:een.
Suunniteltu Kuun kiertorata.
Alkuperäisen suunnitelman mukaan luotaimen piti matkata 2,6 päivää Kuun suuntaan, minkä jälkeen luotaimen rakettimoottori olisi käynnistynyt ja asettanut Pioneer 0:n 29 000 kilometrin korkuiselle Kuun kiertoradalle. Luotaimen oli suunniteltu operoivan kiertoradalla noin kahden viikon ajan.
Laukaisualus.
Pioneer 0:n laukaisualus oli STL:n suunnittelema ja kokoama Thor-Able- eli Able 1 -kantoraketti. STL:n suunnitteludokumenteissa Pioneer 0:aa kutsuttiin ”kantoraketin neljänneksi vaiheeksi”. Able 1 oli korkeudeltaan 26,8 metriä ja sen suurin lentoonlähtöpaino oli 5 080 kilogrammaa.
Ensimmäinen vaihe.
Able 1:n ensimmäinen vaihe oli Yhdysvaltain ilmavoimien muunneltu petrolia sekä nestehappea käyttävä SM-75 Thor-keskipitkän matkan ballistinen ohjus (IRBM) numero 127. Thorin oli valmistanut Douglas Aircraft Company. Moottorinaan se käytti Rocketdynen MB-3-rakettimoottoria. Ensimmäisen vaiheen polttoaika oli 2 minuuttia 45 sekuntia. IRBM oli korkeudeltaan 18,42 metriä ja halkaisijaltaan 2,44 metriä. Täyteen tankattuna ensimmäinen vaihe painoi 49 337 kg. Thorin ydinkärki korvattiin Douglas Aircraft Companyn valmistamalla Vanguard-kantoraketin toisen ja kolmannen vaiheen muokatuilla versiolla.
Toinen vaihe.
STL oli muokannut Able 1:n toista vaihetta lyhentämällä sitä ja vaihtamalla sen Aerojetin AJ10-37-rakettimoottorin tehokkaampaan UDMH:ta sekä typpihappoa polttavaan AJ10-41-rakettimoottoriin. Aerojetin valmistama toinen vaihe oli korkeudeltaan 6,57 metriä ja leveydeltään 0,84 metriä. Polttoaika oli 115 sekuntia. Toinen vaihe oli alun perin valmistettu Yhdysvaltain laivaston Vanguard -kantoraketille.
Kolmas vaihe.
Kolmas vaihe oli Allegany Ballistics Laboratoryn valmistama Altair X248-A3. Sen X-248-rakettimoottori oli päällystetty lasikuidulla. Kolmas vaihe olisi palanut 38 sekunnin ajan. Toinen ja kolmas vaihe koottiin ja testattiin STL:n Ramo-Wooldridge-hallissa, Los Angelesin kansainvälisellä lentoasemalla. Nokkakartio peitti kantoraketin kolmannen vaiheen ja Able 1:n kärkeen asennetun Pioneer 0:n. Nokkakartio oli tarkoitus irtautua kantoraketin toisen vaiheen aikana.
Luotaimen tehtävät.
Luotaimen tehtäviä olivat:
Rakenne.
Pioneer 0 suunniteltiin siten, että tiukkoja painorajoja noudattaen voitaisiin kerätä mahdollisimman paljon dataa mahdollisimman monilla eri tutkimuslaitteilla ja että luotaimen paristot toimisivat mahdollisimman pitkään. 
Pioneer 0:n runko oli valmistettu hunajakennomaisesta lasikuidusta. Rungon oli valmistanut Hexcel. Luotaimen keskiosa muistutti lieriötä, jonka molemmilla puolilla oli matalat kartiot. Se oli halkaisijaltaan 74 cm ja korkeudeltaan 76 cm. Luotaimen toisessa päässä oli 11 kg painava Thiokol Chemical Corporationin valmistama Thiokol TX-8-6 -rakettimoottori, jonka tarkoituksena oli hidastaa luotaimen nopeutta 850 metriä sekunnissa 65 tuntia laukaisusta, jotta se pääsisi suunnitellulle Kuun kiertoradalle. TX-8 oli valmistettu Yhdysvaltain armeijan Longhornin ammustehtaalla lähellä Karnackia, Texasissa. Rakettimoottori oli suunniteltu GAR-1 Falcon -ilmataisteluohjuksen moottoriksi. Rakettimoottoria muokattiin luotaimelle sopivaksi Thiokol Chemical Corporationin tehtaalla Huntsvillessä. Muokattu versio nimettiin Thiokol TX-8-6:ksi. 
Pioneer 0:n keskiosan toiseen päähän oli asennettu kehän muotoisesti kahdeksan pientä Vernier-rakettia, joiden tarkoituksena oli säätää raketin asentoa. Vernier-raketit oli valmistanut Atlantic Research Corporation, ja ne oli suunniteltu Vanguard-kantoraketille. Ne voitiin irrottaa luotaimesta. Luotaimen apumoottorien päässä oli myös kaksi dipoliantennia, sähköinen dipoliantenni, joka välitti 108,06 MHz:n taajuudella telemetria- ja doppler-tietoja 300 milliwatin teholla. Toinen dipoliantenneista oli magneettinen dipoliantenni, joka välitti tietoa luotaimen kamerasta yhden watin teholla 108,09 MHz:n taajuudella. Luotain vastaanotti signaaleja Maasta 114,813 MHz:n taajuudella sähköisen dipoliantennin kautta. Dipoliantennit oli valmistanut STL:n Antenna Laboratory. 
Luotaimen kuori koostui laminoidusta muovista, joka oli maalattu tummilla ja vaaleilla raidoilla, jotta luotaimen sisälämpötila pysyisi suunnitellussa 16–29 celciusasteessa. Virtalähteenä rakettimoottorien sytyttämiseen toimi nikkelikadmiumparistoja ja kuvausjärjestelmään hopeakennoparistoja. Muu laitteisto sai virtansa elohopeaparistoista. Luotaimen laitteisiin asennettiin omat virtalähteensä, jotta yhden virtalähteen vikaantuminen ei vaikuttaisi muiden laitteiden toimintaan. Luotaimessa oli 16 eri virtalähdettä. 
Pioneer 0:aan oli asennettu termistori, joka sijaitsi luotaimen lämmöneristeessä. Termistori muutti oskillaattorin apukantoaallon taajuutta. Toinen lämpömittari oli elektroninen piiri, jonka jännitelähtö vaihteli lämpötilan mukaan. Se oli asennettu metalliseen koteloon. Lämpömittaria käytettiin ensisijaisesti kalibrointijännitteen tuottamiseen luotaimen ionisaatiokammiolle. 
Jotta Pioneer 0 pysyisi vakaana matkallaan Kuuhun, Naval Ordnance Test Station kehitti gyroskooppimaisen nutaatiovaimentimen. Laite muistutti rengasta ja oli valmistettu elohopeasta. Se sijaitsi Pioneer 0:n massakeskipisteen yläpuolella. Pyörittämällä nutaatiovaimenninta luotain pyöri haluttuun suuntaan. Näin luotaimen polttoainetta ei tarvinnut käyttää liiallisen pyörimisliikkeen vähentämiseen. Nutaatiovaimentimen avulla Pioneer 0:n televisiokamera olisi pystynyt ottamaan kuvia Kuusta.
Pioneer 0:n valmistukseen osallistui noin 3 000 henkilöä.
Tutkimuslaitteisto.
Tutkimuslaitteiston yhteismassa oli 11,3 kg.
"Project Able-1":n seuraaviin luotaimiin, Pioneer 1:een ja 2:een, oli asennettu Pioneer 0:n tutkimuslaitteiston lisäksi ionisaatiokammio sekä Pioneer 2:een kosmisen säteilyn teleskooppi.
Seuranta- ja ohjausjärjestelmä.
"Project Able-1" -luotainten seurantaan ja ohjaukseen tarvittiin uusi järjestelmä. Vaikka luotaimen seuranta- ja ohjausjärjestelmätiimi käytti olemassaolleita järjestelmiä hyödykseen, niiden kantama ei riittänyt yli 644 000 kilometrin matkalle. Seuranta- ja ohjausjärjestelmätiimi koostui Yhdysvaltain ilmavoimien Air Force Ballistic Missile Divisionista, STL:stä, Yhdysvaltain maavoimien Army Ballistic Missile Agencysta sekä Jet Propulsion Laboratorysta. Olemassa olleet järjestelmät olivat Naval Research Laboratoryn Vanguard-ohjelmalle valmistettu Minitrack-järjestelmä sekä Jet Propulsion Laboratoryn Explorer-satelliitteja varten valmistettu Microlock-järjestelmä. Kuuluotaimen seuranta- ja ohjausjärjestelmä erosi olemassa olleista järjestelmistä siten, että toisin kuin satelliiteissa, kuuluotaimen sijainti sekä nopeus piti tietää tarkasti, jotta Maasta pystyttäisiin antamaan komento kuuluotaimelle sytyttää sen rakettimoottori oikeaan aikaan, että luotain pystyisi hidastamaan nopeuttaan ja siten pääsemään Kuun kiertoradalle. Ennen Pioneer 0:aa satelliiteihin pystyi olemaan yhteydessä pelkästään silloin, kun satelliitti oli aseman yläpuolella. Satelliitit kiersivät Maata 90 minuutin välein, joten tämä ei tuottanut ongelmia. Välimatkat kuuluotaimen ja Maan välillä olivat paljon suuremmat, ja yhteyden saaminen luotaimeen olisi kestänyt liian kauan. Pioneer 0 edellytti siis ensimmäistä maailmanlaajuista seuranta- ja ohjausjärjestelmäverkostoa. Uudet seuranta- ja ohjausjärjestelmäasemat oli suunnattava oikein tarvittavia seuraus- ja ohjaustapahtumia varten.
Helmikuun lopussa STL:n varajohtaja Rube Mettler ja Air Force Ballistic Missile Divisionin varakomentaja prikaatikenraali Osmond J. Ritland alkoivat keskustelemaan "Project Able-1" -luotainten uusista seuranta- ja ohjausjärjestelmäasemista. 27. maaliskuuta 1957 STL ja Air Force Ballistic Missile Division alkoivat rakentaa uutta ensisijaista seuranta- ja ohjausjärjestelmäasemaa kuuluotaimille Havaijin saaren eteläisimpään osaan, South Pointiin. Lisäksi Cape Canaveraliin, Cable &amp; Wireless, LTD:n antennialueelle Singaporeen, Floridan Melbourneen, Kalifornian Redondo Beachiin sekä Alabaman Huntsvilleen asennettiin antenneja ja laitteistoa kuuluotaimen seuranta- ja ohjausjärjestelmälle. Air Force Ballistic Missile Division teki sopimuksen Englannissa sijaitsevan Manchesterin yliopistonkanssa, jotta se voisi käyttää Jodrell Bankin radioteleskooppia Pioneer 0:n paikannus- ja telemetriatietojen keräämiseen ennennäkemättömiltä etäisyyksiltä avaruudesta. STL lisäsi Jodrell Bankiin muun muassa valvontahuoneen henkilökunnan määrää. Air Force Ballistic Missile Division teki samankaltaisen sopimuksen Massachusetts Institute of Technologyn Millstone Hillissä, Marylandissa sijaitsevan radioteleskoopin käytöstä. Myös Minitrack-järjestelmää käytettiin Pioneer 0:n lennolla sekä sen seuraajien Pioneer 1:n ja -2:n lennoilla.
Palomarin observatorion teleskoopilla yritettiin kuvata luotainta, mutta yritys epäonnistui.
Ennätyksiä.
Vaikka Pioneer 0 tuhoutui pian laukaisun jälkeen, se saavutti monia ennätyksiä, kuten:
Aiheesta muualla.
Kuvia