Mariner 4, Mariner-Mars 1964 – amerykańska sonda kosmiczna wystrzelona 28 listopada 1964 w ramach programu Mariner, która dokonała pierwszego przelotu w niewielkiej odległości (8700 km) od Marsa i przesłała pierwsze w historii zdjęcia innej planety wykonane z głębokiej przestrzeni kosmicznej. Mariner 4 opracowany został z myślą o przeprowadzeniu naukowych obserwacji Marsa i transmisji ich wyników na Ziemię. Zaopatrzony w kamerę oraz inne instrumenty naukowe, badał przestrzeń, którą przebył w kierunku Marsa (pomiary pól i cząstek), oraz samą planetę. Łączność ze statkiem zakończono 21 grudnia 1967.
Zebrane dane silnie wpłynęły na postrzeganie Marsa jako miejsca, gdzie potencjalnie mogło istnieć życie.
Budowa i działanie
Mariner 4 zbudowany był w oparciu o szkielet w kształcie graniastosłupa ośmiokątnego ze stali magnezowej, o przekątnej podstawy 1,27 m i wysokości 0,457 m. Do niego dołączone były 4 panele ogniw słonecznych o całkowitej rozpiętości 6,88 m, włącznie z chwytakami wiatru słonecznego. Na szczycie zamontowana była antena paraboliczna o średnicy 1,168 m. Antena dookólna zamontowana była na maszcie o wysokości 2,235 metra, koło anteny parabolicznej. Całkowita wysokość statku wynosiła 2,89 m. Szkielet zawierał miejsca na wyposażenie elektroniczne, napęd i systemy kontroli położenia.
Energia elektryczna generowana była przez 28 224 ogniw słonecznych na 4 panelach o wymiarach 1,76 × 0,90 m. W pobliżu Marsa zapewniały one 310 W energii elektrycznej. Ogniwa ładowały baterię akumulatorów srebrowo-cynkowych, o pojemności 1200 Wh. Masa akumulatorów wynosiła 15 kg.
Napęd sondy stanowił hydrazynowy silnik z 4 dyszami, o ciągu 222 N, zainstalowany na burcie ośmiokątnego korpusu. Położenie statku było sterowane 12 silniczkami na azot, umieszczonymi na końcach paneli słonecznych, i trzema żyroskopami. Na końcu każdego panelu zamontowano również żagiel słoneczny, każdy o powierzchni 0,65 m².
Informacje o położeniu Marinera uzyskiwane były za pomocą 4 czujników Słońca i jednego dodatkowego czujnika kierowanego, zależnie od fazy lotu, na Ziemię, Marsa lub gwiazdę Kanopus. Statek był pierwszą sondą kosmiczną wymagającą gwiazdy jako obiektu odniesienia własnego położenia. W trakcie lotu ani Ziemia, ani Mars nie były dość jasne, aby wykorzystać je w celach astronawigacyjnych. Jasnym obiektem w odpowiedniej odległości kątowej od Słońca była właśnie gwiazda Kanopus, używana w tym samym celu przez wiele późniejszych misji.
Łączność z sondą odbywała się poprzez dwa nadajniki pasma S działające z 7 W wzmacniaczem z lampą o fali bieżącej. Odbiornik (będący również rezerwowym nadajnikiem) posługiwał się anteną małego (8⅓ bps) i dużego zysku (paraboliczną; 33⅓ bps).
Temperatura statku kontrolowana była pasywnie (wielowarstwowe izolacje, aluminiowe osłony) i aktywnie (odchylane żaluzje).
Wyposażenie naukowe
W skład ładunku użytecznego sondy wchodziły:
* Magnetometr helowy, wektorowy, do słabych pól
: Zamontowany na falowodzie anteny dookólnej – do pomiarów pól magnetycznych w przestrzeni międzyplanetarnej i planetarnej. Trzy składowe pola były mierzone jednocześnie, ale dane przesyłane były sekwencyjnie. Każda próbka danych stanowiła uśrednienie odczytów z około 1 sekundy. Odpowiedź dla zmian o częstotliwościach 1 Hz spadła do 3 dB. Informacje wyższych częstotliwościach były tracone. Poszczególne składowe przesyłane były w odstępach 1,5, 0,9 i 2,4 s. Cała ramka danych powtarzała się co 12,5 s. Niepewność pomiaru składowej wynosiła 0,35 nT.
* Komora jonizacyjna i licznik Geigera – służyły do pomiaru strumienia i rozkładu cząstek energetycznych w przestrzeni międzyplanetarnej i sąsiedztwie Marsa
: Zamontowane na falowodzie anteny dookólnej, w pobliżu korpusu statku. Mierzyły średni dookólny przepływ promieniowania korpuskularnego i średni przepływ specyficzny między Ziemią a Marsem, oraz w sąsiedztwie Marsa. Licznik GM zamontowany był z dala od korpusu statku, dzięki czemu zasłaniał on tylko 14% sfery pomiaru przyrządu (wyłączając panele słoneczne). Tuba licznika nasyciła się 3 marca 1965 i przyrząd zakończył pracę. Krótko potem nastąpiła usterka komory jonizacyjnej, przez co nie zebrano danych w pobliżu Marsa.
* Detektor promieniowania korpuskularnego – do pomiarów strumienia i kierunku cząstek o niskiej energii
: Składał się z 4 tub Geigera i urządzenia do detekcji niskoenergetycznych protonów (0,5-11 MeV) i elektronów (0,04-150 MeV). Zamontowany w korpusie statku, w kierunku 70° i 135° od Słońca.
* Teleskop promieniowania kosmicznego
: Przyrząd składał się z trzech detektorów półprzewodnikowych (krzemowych). Mierzyły one strumień protonów o energiach 15-70 i 70-170 MeV; cząstek alfa o energiach 15-70 MeV/nukleon i >70 MeV/nukleon; protonów i cząstek alfa o energiach 1,2-15 MeV/nukleon. Zamontowany w korpusie w kierunku przeciwnym do Słońca. Straty energii cząstek w detektorze przetwarzał 128 kanałowy analizator impulsowo-szczytowy. Dwóch zliczeń i dwóch analiz amplitudowych dokonywano co 72 i 18 sekund, w zależności od używanego nadajnika (niskiego lub dużego zysku). Przyrząd działał prawidłowo od startu do października 1965, gdy statek uśpiono w celu oszczędzania energii. Gdy statek włączono ponownie, detektor nie wznowił pracy.
* Próbnik plazmy, zamontowany w korpusie, w kierunku 10° od Słońca – do pomiaru strumienia niskoenergetycznych cząstek pochodzenia słonecznego
* Detektor pyłu kosmicznego – do pomiaru pędu, gęstości, kierunku lotu pyłu kosmicznego
: Składał się aluminiowej płytki o rozmiarach 22×22 cm, pokrytej z obu stron materiałem nieprzewodzącym. Do wewnętrznej strony płytki przytwierdzony był przetwornik akustyczny. Płytka wraz z jej pokryciem tworzył pojemnościowy detektor uderzeń. Pomiar odbywał się w sposób ciągły, co umożliwiało zmianę strumienia pyłu w stosunku do odległości Ziemia-Mars. Zamontowany prostopadle do płaszczyzny orbity, częściowy w osłonie termicznej w celu osłony przed Słońcem. Pamięć przyrządu składała się z dwóch 8 bitowych rejestrów i akumulatora mikrofonowego, do rejestracji uderzeń w płytkę. Instrument zbierał dane odnośnie do pędu i kierunku drobiny, uderzeń poniżej progu czułości mikrofonu, i akumulacjach zdarzeń przez mikrofon. Pomiary sugerowały różnicę między rozkładem pyłu w pobliżu Ziemi a przestrzenią międzyplanetarną. Kalibracji dokonywano raz dziennie, komendą z Ziemi.
* Kamera telewizyjna, zamontowana u spodu statku – do wykonywania zdjęć Marsa
: Zamontowana u spodu statku kamera TV służyła do wykonywania zdjęć powierzchni Marsa. Składała się z wąskokątnego (1,05°×1,05°) teleskopu w układzie Cassegraina (ogniskowa 305 mm); migawki (ekspozycje 0,08 i 0,20 s) i zestawu filtrów (zielony, czerwony); przetwornik optoelektroniczny typu Vidicon 5,59×5,59 mm; blok elektroniki, w tym kodowania danych. Każda ramka obrazu miała 200 linii po 200 pikseli, z 6 bitową głębią, i zawierała 240000 bitów danych. Obrazy były gromadzone na taśmie magnetycznej (1/4″, 100,58 metrów długości). Co trzeci obraz nie był nagrywany, co skutkowało sekwencją par nachodzących na siebie obrazów z naprzemiennymi filtrami. Po minięciu Marsa przez sondę, planeta przesłoniła statek, dane zaczęto przesyłać na Ziemię. Trwało to od 15 do 24 lipca 1965. Uzyskano 21 zdjęć i 21 linii zdjęcia nr 22, co wskazywało na poprawne działanie przyrządu.
Przebieg misji
Start
Start sondy w kosmos miał miejsce ze Stacji Sił Powietrznych Cape Canaveral 28 listopada 1964 o godzinie 14:22:01 GMT. Po odrzuceniu osłony aerodynamicznej, sonda i ostatni człon rakiety odłączyły się od jej niższych stopni o godzinie 14:27:23. Między 14:28:14 a 14:30:38 miało miejsce pierwsze odpalenie silnika członu Agena D. Umieściło ono sondę na orbicie okołoziemskiej. Drugie włączenie silnika, między 15:02:53 a 15:04:28, umieściło Marinera 4 na orbicie transferowej do Marsa. Rozłączenie sondy od rakiet nośnej miało miejsce o 15:07:09. Po nim nastąpiło wejście statku w tryb rejsowy, rozłożenie paneli słonecznych, a 16 minut później ustalenie pozycji względem Słońca.
Statek wypełnił wszystkie zaplanowane działania i zwracał dane do 22:05:07 GMT 1 października 1965 r., kiedy to mechanizm kierowania anteną stracił namiar na Ziemię. Mariner był wtedy w odległości 309,2 miliona kilometrów od Ziemi.
Zakończenie misji
Odbiór danych został wznowiony w 1967. Detektor pyłu kosmicznego zarejestrował w dniu 15 września 17 uderzeń w ciągu 15 minut, co może oznaczać, że położenie statku i anteny zostało zmienione przez deszcz mikrometeoroidów. Mogły też one uszkodzić osłonę termiczną statku. Spekulowano również, że sonda przeszła przez chmurę pyłu po komecie D/Swift, a nawet, że minęła jej jądro w odległości 20 milionów kilometrów.
7 grudnia wyczerpało się paliwo silniczków sterujących położeniem statku, a 10 i 11 grudnia odnotowano łącznie 83 uderzeń mikrometeoroidów, co zmieniło położenie sondy i pogorszyło łączność z Ziemią. Komunikacji z Marinerem 4 zaprzestano 21 grudnia 1967. Statek pozostaje na orbicie heliocentrycznej.
Osiągnięcia misji
Łącznie odebrano z sondy 5,2 miliona bitów informacji, tj. 634 kB. Wszystkie instrumenty naukowe pracowały poprawnie, prócz licznika Geigera-Müllera, połączonego z komorą jonizacyjną. Uległ awarii w lutym 1965. Próbnik plazmy doznał 8 grudnia 1964 zmiany parametrów pracy jednego z rezystorów, jednak naukowcy mogli uwzględnić to przy interpretacji danych, dzięki czemu pozostawały one użyteczne.
Zwrócone obrazy przedstawiały teren bogaty w kratery, podobny do księżycowego.
Późniejsze misje pokazały, że nie był to obszar typowy dla Marsa. Z pomiarów przeprowadzonych przez sondę oszacowano ciśnienie na powierzchni planety na 410-700 Pa, a temperaturę w dzień na -100 °C. Nie wykryto pola magnetycznego ani pasów radiacyjnych Marsa.
Całkowity koszt misji Mariner 4 szacowany jest na 83,2 mln USD. Koszt całego programu Mariner (sondy od Mariner 1 do 10) szacowany jest na 554 mln USD.
Przypisy
Bibliografia
* [http://www.astronautix.com/m/mariner3-4.html Encyclopedia Astronautica]
* [http://www.planet4589.org/space/log/launchlog.txt Jonathan’s Space Home Page]
* [https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraft/display.action?id=1964-077A NSSDC Master Catalog]
* [https://www.lib.cas.cz/space.40/1964/077A.HTM Space 40]
Kategoria:1964 w Stanach Zjednoczonych
Kategoria:Misje na Marsa
Mariner 04
Kategoria:Loty kosmiczne w 1964
