火箭引擎有两种类型,分别使用液体燃料和固体燃料。液体燃料引擎一般是首选,因为通过利用机械阀调整燃油和空气的流量,你可以改变引擎的推力并节省燃油。固体燃料火箭引擎(当时称为“马达”)不能调整,因为一旦燃料开始燃烧,就只能到燃料耗尽才会结束。发射探险者1号的“木星号”火箭是一颗四级火箭,一级使用液体燃料,三级使用固体燃料。因为当时固体燃料火箭的燃烧率很不一致,整个第三级火箭的组装转速就是每分钟750转。之所以这样做,是因为旋转整个组合体可以很简单地平衡不一致的推力。出乎意料的是,出于冯·布劳恩搞不清楚的原因,这样做为火箭系统增加了大量能源,结果探险者1号进入了比预定轨道高得多(高出600英里)的轨道。因为无法解释这一现象,冯·布劳恩和美国同事们在此后几年中一直在探讨这个问题。在其后的太空任务中,比如其他探险者火箭和新的先驱者火箭,也都出现了同样怪异的过度表现。即使是制导和导航技术领先美国数年的苏联,似乎在太空中也无法做好最基本的牛顿力学运动。他们第一次尝试让人造地球卫星“登陆”月球(基本就是以撞击月球的方式)时彻底错过了目标,相差将近3 700英里,超过了月球本身2 160英里的直径。1959年初,不断升级的此类事件达到了顶峰,美国喷气推进实验室建造的卫星“先驱者4号”原本准备登陆月球,结果误差却达到了令人大跌眼镜的3.7万英里,超过月球直径的17倍。
这同样也是不可能出现的情况。一旦摆脱了地球引力,计算进入月球的轨道就像拿傻瓜相机拍照片那么简单了。这被称做是“弹道轨迹”,意思是说就像出膛的子弹一样直达目标。因为太空中没有空气阻力,轨道中重力的影响也微不足道,所以从地球的轨道登陆月球可谓小菜一碟。然而,甚至有些计划中带有中途修正预案的卫星也没有到达月球,而且误差惊人。如果这种趋势继续下去,那么整个太空时代可能永远也不会出现,因为无论是美国还是苏联,似乎都没有找到可行的解决方案。
但沃纳·冯·布劳恩和他的团队最后肯定意识到了:如果希望航天器在太空中遵循传统的牛顿力学,那么第一条规则必须是:不要让它旋转。我们可以推断出这一点,因为几乎就在先驱者4号以超出月球直径17倍的距离与月球“失之交臂”后,他们立刻放弃了固体燃料火箭、旋转的上面级,以及所有相关的并发状况,改为使用当时风险更大、可靠程度更低的液体燃料设计方案。
决定扩展火箭设计模式、开始建设全新的航天器之后,冯·布劳恩[与航空航天局喷气推进实验室的威廉·皮克林(William Pickering)合作]启动了“徘徊者”系列月球无人探测器项目。“徘徊者”系列探测器的设计目的是完成“先驱者”探测器未竟的使命:登上月球。“徘徊者”系列探测器的任务过程如下:向月球发射,途中校正一次,最后在月球表面降落。“徘徊者”项目的实施时间是在1961~1965年,从一开始,这一烧钱速度惊人(就当时来说)的项目就受到了种种问题的困扰。
使用液体燃料的两级助推火箭“宇宙神/阿金纳”上搭载的两颗“徘徊者”探测器都没能进入预定轨道。徘徊者3号探测器进入了太空,可仍然完全错过了与月球的交汇,不过这次情况比之前略有改善,误差减少到2.2万英里。尽管“探测器中央计算机的某个计时器出现明显故障”,徘徊者4号却不知怎地最终降落到了月球的远地面。情况的发展肯定让人感觉冯·布劳恩距离解决这个难题越来越近了。