Zanim Neil Armstrong i Buzz Aldrin wylądowali na powierzchni Księżyca, NASA wysłała tam wiele bezzałogowych sond. Bez nich lądowanie człowieka na tym nieznanym świecie nie byłoby w ogóle możliwe. Pod koniec lat 50 niewiele wiadomo było o naturze Księżyca, równie dobrze mógł być z sera, jak powszechnie sądzono od połowy XVI wieku. Brakowało także techniki, która byłaby w stanie zabrać sondę na orbitę i wylądować na powierzchni. Oba te zagadnienia wymagały dokonania znaczących odkryć i przełomów. Wiele z nich wiąże się nieodłącznie z programem Ranger.
Zdarzyło ci się zapewne choć raz trzymać w dłoni lotkę, którą starałeś się trafić w zawieszoną na ścianie tarczę. Udało się? Jak trudno było posłać jej grot w sam środek, nadać mu do tego wymaganą prędkość i wyrzucić pod odpowiednim kątem? Zamień teraz tę rzutkę na ważącą kilkaset kilogramów sondę kosmiczną i spróbuj trafić nią w Księżyc, cel oddalony o 380 tysięcy kilometrów od planety, na której właśnie stoisz. Nie zapomnij wziąć poprawki na to, że ucieka on z prędkością trochę ponad kilometra na sekundę, a ziemska grawitacja nie pozwoli tak łatwo wyrwać się ze swoich objęć. Na tym właśnie w znacznym uproszczeniu polegał Ranger, pierwszy amerykański program eksploracji Księżyca.
Ambitny program
W roku 1959, niedawno powołana do istnienia NASA, dzieliła swoją uwagę na przygotowania do załogowego lotu suborbitalnego w ramach programu Mercury, wynoszenie satelitów na ziemską orbitę i organizację rozrastającego się biurokratycznego bytu. Agencja włączyła się także w program eksploracji przestrzeni międzyplanetarnej Pioneer realizowany przez Siły Powietrzne, Agencję Pocisków Balistycznych i Laboratorium Napędu Odrzutowego JPL (w 1958 włączono je w struktury NASA). Jednak pod koniec lat 50 nie osiągnięto w jego ramach żadnych większych sukcesów. Tylko do częściowo udanych można zaliczyć przelot sondy Pioneer 4 w odległości 59 545 km od powierzchni Księżyca. Za kilka lat miało się to zmienić. W tamtym momencie NASA była coraz bardziej w tyle za sowietami. Z tego powodu postanowiła wyznaczyć sobie jeszcze ambitniejszy cel i ruszyć ze swoim własnym programem księżycowym.
Program miał trzy główne cele. Przyjrzenie się powierzchni Księżyca z bliska, podczas schodzenia do twardego lądowania – jak eufemistycznie nazywa się planowane rozbicie. Bezpieczne posadzenie na powierzchni odstrzeliwanego próbnika, który zbierze dane naukowe. Opracowanie, przetestowanie i rozwój technologii potrzebnych do operowania w głębokiej przestrzeni kosmicznej m.in. systemu kontroli położenia czy manewru zmiany orbity. Realizację programu przekazano JPL, a zarządzanie nim powierzono Jamesowi D. Burke’owi. Clifford Cummings, kierownik programu Vega w JPL, zasugerował nazwę Ranger, która spotkała się z ogólnym aplauzem. Przeciwny temu był jedynie Abe Silverstein, trzeci w hierarchii NASA, chociaż powód był kuriozalny – tak samo nazywał się jego uparty pies z okresu dzieciństwa. Niemniej z czasem pogodził się z tym, a prace ruszyły do przodu.
Realizację programu podzielono na pięć etapów, każdy z dedykowaną mu wersją sondy, odpowiednio Block 1, 2, 3, 4 i 5. Ostatecznie zrezygnowano z dwóch ostatnich. Pierwszy etap, misje Ranger 1 i 2, dotyczył lotu po wysokiej orbicie ziemskiej oraz testów statku. Drugi etap, misje Ranger 3, 4 i 5, miał na celu osadzenie próbnika na powierzchni. Trzeci etap, misje Ranger 6, 7, 8 i 9, skupił się na pozyskaniu zdjęć powierzchni Księżyca tuż przed rozbiciem się sondy. W pełni udały się jedynie trzy ostatnie wyprawy, a za częściowo udaną można uznać misję Ranger 1 – potwierdziła sprawne funkcjonowanie sondy i Ranger 4 – pierwszy amerykański obiekt, który dotarł na Księżyc, chociaż nie tam gdzie powinien.
Wszystkie sondy Ranger opierały się na tej samej konstrukcji bazowej – heksagonalnej podstawie połączonej z dwoma panelami ogniw słonecznych i talerzem anteny dużego zysku (do odbioru sygnału z dużych odległości). Nad nią znajdowała się sekcja z aparaturą sterującą i baterie. Sondę wieńczyła szpica, tzw. wieża, gdzie umieszczono kluczowe dla danej wersji instrumenty. W wieżach wersji Block 1 znajdował się magnetometr i komora jonizacyjna, w Block 2 kapsuła z sejsmometrem, którą odstrzeliwano tuż przed uderzeniem reszty statku w powierzchnię Księżyca, a w Block 3 zaawansowany system telewizyjny. Pozostałe instrumenty do eksperymentów naukowych i inżynieryjnych rozrzucone były po całej konstrukcji sondy. Kontrolę położenia statku zapewniał system czujników Słońca, Ziemi i połączonych z nimi silniczków korekcyjnych. Do zabezpieczenia przed wysokimi temperaturami zastosowano białe malowanie i pokrycie ze złotej folii.
Sonda w wersji Block 1 mierzyła 4 m wysokości, 1,5 m średnicy podstawy, a rozpiętość rozłożonych paneli słonecznych (od końca jednego do końca drugiego) wynosiła 5,2 m. Energię zapewniało 8680 ogniw fotowoltaicznych na panelach, ogniwo srebrowo-cynkowe i mniejsze baterie dedykowane konkretnym instrumentom naukowym. Komunikacja z sondą umożliwiała antena dużego zysku, antena dookolna oraz dwa nadajniki o częstotliwościach 960,1 i 960,05 MHz. Do obserwacji naukowy na sondach umieszczono magnetometr, komorę jonizacyjną, teleskop działający w pasie Lyman-alfa przeznaczony do zbadania zawartości wodoru w egzosferze (najbardziej zewnętrzna warstwa atmosfery, 500 km ponad powierzchnią Ziemi), detektor pyłu kosmicznego, cząstek o średnich energiach, analizator elektrostatyczny, dwa potrójne teleskopy koincydencyjne i liczniki scyntylacyjne do pomiarów promieniowania rentgenowskiego ze Słońca. Sonda Ranger Block 1 nie była wyposażona w żadną kamerę.
Ranger upada po raz pierwszy
Fatum ciążyło nad misją Ranger 1 jeszcze zanim sonda znalazła się na ziemskiej orbicie. Start przekładano czterokrotnie, gdzie na zmianę walczono to z usterką sondy, to z usterką rakiety. Frustracja rosła po każdym przerwanym odliczaniu. Do szczególnie kuriozalnej sytuacji doszło 1 sierpnia 1961 roku podczas czwartej próby, kiedy sonda „stwierdziła” że już znalazła się na orbicie i rozpoczęła rozkładanie swoich paneli słonecznych. W rzeczywistości znajdowała się dalej na szczycie szykowanej do startu rakiety, zamknięta bezpiecznie w owiewce. Winnym tego było wyładowanie elektryczne w jednym z instrumentów naukowych, kiedy kontrola naziemna przeprowadzała kalibrację. Wyładowanie wywołało awarię wielu systemów sondy, a jej komputer zaczął uruchamiać kolejne procedury, jakby Ranger znalazł się już przestrzeni kosmicznej. Sonda została zabrana do naprawy, a kolejną datę startu wyznaczono na 23 sierpnia. O godzinie 6:04 rakieta Atlas LV-3 Agena-B z głośnym rykiem swoich trzech silników oderwała się od platformy startowej LC-12 pozostawiając Przylądek Canaveral za sobą i przecinając kolejne warstwy niknącej atmosfery, wyniosła pierwszego Rangera w kosmos. Fatum podążyło tam za nią.
Pierwsze szczątkowe dane wskazywały, że drugi stopień rakiety Agena zgodnie z planem odłączył się od pierwszego i wszedł na ustaloną orbitę parkingową. Mimo tego sonda pojawiła się na horyzoncie pięć minut później, niż powinna, co postawiło pod znakiem zapytania powodzenie manewru wejścia na planowaną orbitę. Kolejne nadesłane dane potwierdziły nieudane ponowne odpalenie Ageny, której silnik działał jedynie kilka sekund, zanim doszło do przegrzania obwodów. Osiągnięto jedynie niską orbitę okołoziemską o perygeum 168 km i apogeum 501 km. Wysokość znacznie za niska dla sondy, która mia