Marin 4 - Mariner 4

Marin 4
Type de mission Survol de Mars
Opérateur NASA / JPL
Identifiant COSPAR 1964-077A
SATCAT 942
Durée de la mission 3 ans, 23 jours
Distance parcourue 112 000 000 kilomètres (70 000 000 mi)
Propriétés du vaisseau spatial
Type de vaisseau spatial US-K KOBALT_A12
Fabricant Laboratoire de propulsion à réaction
Lancer la masse 260,8 kilogrammes (575 lb)
Puissance 310 watts (lors de la rencontre avec Mars)
Début de mission
Date de lancement 28 novembre 1964, 14:22:01 UTC ( 1964-11-28UTC14:22:01Z )
Fusée Atlas LV-3 Agena-D
Site de lancement Cap Canaveral LC-12
Fin de mission
Dernier contact 21 décembre 1967
Paramètres orbitaux
Système de référence Héliocentrique
Demi-grand axe 199 591 220 kilomètres (124 020 230 milles)
Excentricité 0,17322
Altitude au périhélie 166 052 670 kilomètres (103 180 350 mi)
Altitude de l'aphélie 234 867 290 kilomètres (145 939 770 milles)
Inclination 2.544 degrés
Période 567,11 jours
Époque 14 juillet 1965, 21 h 00 min 57 s UTC
Survol de Mars
Approche la plus proche 15 juillet 1965, 01:00:57 UTC
Distance 9 846 kilomètres (6 118 milles)
Instruments
Détecteur de poussières
cosmiques Télescope à rayons cosmiques
Compteur Geiger/Chambre d'ionisation Magnétomètre à
hélium
Sonde à plasma solaire
Détecteur de rayonnement piégé
Caméra TV
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Mariner 4 (avec Mariner 3 connu sous le nom de Mariner-Mars 1964 ) était le quatrième d'une série de vaisseaux spatiaux destinés à l'exploration planétaire en mode survol. Il a été conçu pour effectuer des observations scientifiques rapprochées de Mars et pour transmettre ces observations à la Terre . Lancé le 28 novembre 1964, Mariner 4 a effectué le premier survol réussi de la planète Mars , renvoyant les premières images rapprochées de la surface martienne. Il a capturé les premières images d'une autre planète jamais revenue de l'espace lointain ; leur description d'une planète morte avec un cratère a largement changé le point de vue de la communauté scientifique sur la vie sur Mars . D'autres objectifs de la mission étaient d'effectuer des mesures de champ et de particules dans l' espace interplanétaire à proximité de Mars et de fournir une expérience et une connaissance des capacités d'ingénierie pour les vols interplanétaires de longue durée. Le 21 décembre 1967, les communications avec Mariner 4 ont été interrompues.

Vaisseau spatial et sous-systèmes

Le vaisseau spatial Mariner 4 se composait d'un cadre octogonal en magnésium , de 127 cm (50 pouces) de diagonale et de 45,7 cm (18,0 pouces) de hauteur. Quatre panneaux solaires ont été fixés au sommet du cadre avec une portée de bout en bout de 6,88 mètres (22,6 pieds), y compris des aubes de pression solaire qui s'étendaient des extrémités. Une antenne parabolique elliptique à gain élevé de 104,1 cm × 66,0 cm (41,0 pouces × 26,0 pouces) a également été montée en haut du cadre. Une antenne omnidirectionnelle à faible gain a été montée sur un mât de 223,5 cm (7 pi 4,0 po) de hauteur à côté de l'antenne à gain élevé. La hauteur totale du vaisseau spatial était de 2,89 mètres (9,5 pieds). Le cadre octogonal abritait l'équipement électronique, le câblage, le système de propulsion à mi-parcours, les alimentations en gaz de contrôle d'attitude et les régulateurs.

Les instruments scientifiques comprenaient :

  • Un magnétomètre à hélium , monté sur le guide d'ondes menant à l'antenne omnidirectionnelle, pour mesurer l'amplitude et d'autres caractéristiques des champs magnétiques interplanétaires et planétaires.
  • Une chambre d'ionisation / compteur Geiger , montée sur le guide d'ondes menant à l'antenne omnidirectionnelle la plus proche du corps de l'engin spatial, pour mesurer l'intensité et la distribution des particules chargées dans l'espace interplanétaire et au voisinage de Mars.
  • Un détecteur de rayonnement piégé , monté sur le corps avec des contre-axes pointant à 70° et 135° de la direction solaire, pour mesurer l'intensité et la direction des particules de faible énergie.
  • Un télescope à rayons cosmiques , monté à l'intérieur du corps pointant dans la direction anti-solaire, pour mesurer la direction et le spectre d'énergie des protons et des particules alpha .
  • Une sonde à plasma solaire , montée sur le corps et pointée à 10° de la direction solaire, pour mesurer le flux de particules chargées de très faible énergie provenant du Soleil .
  • Un détecteur de poussière cosmique , monté sur le corps avec une plaque de microphone approximativement perpendiculaire au plan de l' orbite , pour mesurer la quantité de mouvement , la distribution, la densité et la direction de la poussière cosmique.
  • Une caméra de télévision , montée sur une plate-forme de balayage en bas au centre du vaisseau spatial, pour obtenir des images rapprochées de la surface de Mars. Ce sous-système se composait de 4 parties, un télescope Cassegrain avec un champ de vision de 1,05° par 1,05°, un ensemble obturateur et filtre rouge/vert avec des temps d'exposition de 0,08 et 0,20 seconde, un tube vidicon à balayage lent qui traduisait l'image optique en un signal vidéo et les systèmes électroniques nécessaires pour convertir le signal analogique en un train binaire numérique pour la transmission.
Mariner 4 est prêt pour un test de poids le 1er novembre 1963

L' alimentation électrique des instruments et de l'émetteur radio de Mariner 4 était fournie par 28 224 cellules solaires contenues dans les quatre panneaux solaires de 176 cm × 90 cm (69 pouces × 35 pouces ), qui pourraient fournir 310 watts à la distance de Mars. Une batterie argent-zinc rechargeable de 1200 W·h a également été utilisée pour les manœuvres et la sauvegarde. L' hydrazine monergol a été utilisée pour la propulsion , via un moteur à commande vectorielle à aubes à quatre jets, avec une poussée de 222 newtons (50  lbf ), installé sur l'un des côtés de la structure octogonale. Le contrôle d'attitude de la sonde spatiale était assuré par 12 jets d' azote gazeux froid montés aux extrémités des panneaux solaires et trois gyroscopes . Des girouettes solaires, chacune d'une superficie de 0,65 m 2 (7,0 pieds carrés), ont été fixées aux extrémités des panneaux solaires. Les informations de position ont été fournies par quatre capteurs solaires et un capteur pour la Terre, Mars ou l'étoile Canopus , en fonction de la durée de son vol spatial. Mariner 4 a été la première sonde spatiale qui avait besoin d'une étoile pour un objet de référence de navigation, puisque les missions précédentes, qui sont restées près de la Terre, de la Lune ou de la planète Vénus , avaient aperçu soit la face brillante de la planète mère, soit la cible éclairée. Pendant ce vol, la Terre et Mars seraient trop sombres pour se verrouiller. Une autre source lumineuse à un grand angle du Soleil était nécessaire et Canopus a rempli cette exigence. Par la suite, Canopus a été utilisé comme point de référence dans de nombreuses missions suivantes.

L'équipement de télécommunications sur Mariner 4 se composait de deux émetteurs en bande S (avec soit un amplificateur à cavité triode de sept watts, soit un amplificateur à tube à ondes progressives de dix watts ) et un seul récepteur radio qui, ensemble, pouvait envoyer et recevoir des données via les antennes à gain élevé à 8⅓ ou 33⅓ bits par seconde. Les données pourraient également être stockées sur un magnétophone d'une capacité de 5,24 millions de bits pour une transmission ultérieure. Toutes les opérations électroniques étaient contrôlées par un sous-système de commande qui pouvait traiter n'importe lequel des 29 mots de commande directs ou trois commandes de mots quantitatifs pour les manœuvres à mi-parcours. L'ordinateur central et le séquenceur exploitaient des commandes de séquences temporelles stockées en utilisant une fréquence de synchronisation de 38,4 kHz comme référence de temps. Le contrôle de la température a été obtenu grâce à l'utilisation de persiennes réglables montées sur six des assemblages électroniques, ainsi que de couvertures isolantes multicouches, de blindages en aluminium poli et de traitements de surface. D'autres mesures qui pourraient être faites comprenaient :

Profil de la mission

Lancement de Mariner 4

Lancer

Après que Mariner 3 ait été une perte totale en raison d'une défaillance du carénage de charge utile à larguer, les ingénieurs de JPL ont suggéré qu'il y avait eu un dysfonctionnement causé lors de la séparation de l'extérieur du carénage en métal de la doublure intérieure en fibre de verre en raison des différences de pression entre la partie intérieure et extérieure de le carénage et que cela aurait pu provoquer l'enchevêtrement du mécanisme de séparation à ressort et le fait qu'il ne se détache pas correctement.

Les tests au JPL ont confirmé ce mode de défaillance et un effort a été fait pour développer un nouveau carénage tout en métal. L'inconvénient était que le nouveau carénage serait considérablement plus lourd et réduirait la capacité de levage de l'Atlas-Agena. Convair et Lockheed-Martin ont dû apporter plusieurs améliorations aux performances du booster pour en tirer plus de puissance. Malgré les craintes que les travaux ne puissent être achevés avant la fermeture de la fenêtre de Mars 1964, le nouveau linceul était prêt en novembre.

Après le lancement du complexe de lancement 12 de la base aérienne de Cap Canaveral , le carénage de protection couvrant Mariner 4 a été largué et la combinaison Agena-D /Mariner 4 s'est séparée du booster Atlas-D à 14:27:23 UTC le 28 novembre 1964. Le Le premier incendie d'Agena a eu lieu de 14:28:14 à 14:30:38. La brûlure initiale a placé le vaisseau spatial sur une orbite de stationnement terrestre et la deuxième brûlure de 15:02:53 à 15:04:28 a injecté le vaisseau dans une orbite de transfert de Mars. Mariner 4 s'est séparé de l'Agena à 15 h 07 min 09 s et a commencé ses opérations en mode croisière. Les panneaux solaires se sont déployés et la plate-forme de numérisation a été déverrouillée à 15h15. L'acquisition du soleil a eu lieu 16 minutes plus tard.

Verrouiller sur Canopus

Après l'acquisition de Sun, le traqueur d'étoiles Canopus est parti à la recherche de Canopus . Le traqueur d'étoiles a été réglé pour répondre à tout objet plus d'un huitième et moins de huit fois plus brillant que Canopus. Y compris Canopus, il y avait sept de ces objets visibles par le capteur. Il a fallu plus d'une journée de "saut d'étoiles" pour trouver Canopus, car le capteur s'est verrouillé sur d'autres étoiles à la place : un motif de lumière parasite provenant de la Terre proche, Alderamin , Regulus , Naos et Gamma Velorum ont été acquis avant Canopus.

Un problème constant qui a tourmenté le vaisseau spatial pendant la première partie de sa mission était que les transitoires du signal d'erreur de roulis se produiraient fréquemment et entraîneraient parfois la perte du verrouillage de l'étoile Canopus. La première tentative de manœuvre à mi-parcours a été avortée par une perte de verrouillage peu de temps après que les gyroscopes ont commencé à tourner. Le verrou de Canopus a été perdu six fois en moins de trois semaines après le lancement et à chaque fois, une séquence de commandes radio était nécessaire pour récupérer l'étoile. Après une étude du problème, les enquêteurs ont conclu que le comportement était dû à de petites particules de poussière qui étaient libérées du vaisseau spatial par certains moyens et dérivaient dans le champ de vision du capteur stellaire. La lumière du soleil diffusée par les particules est alors apparue comme un éclairage équivalent à celui d'une étoile brillante. Cela provoquerait une erreur de roulis transitoire lorsque l'objet traversait le champ de vision alors que le capteur était verrouillé sur Canopus. Lorsque l'objet était suffisamment brillant pour dépasser les limites élevées de la porte à huit fois l'intensité de Canopus, le vaisseau spatial désacquérait automatiquement Canopus et initiait une recherche par roulis pour une nouvelle étoile. Enfin, une commande radio a été envoyée le 17 décembre 1964, qui a supprimé la limite haute de la porte. Il n'y a eu aucune autre perte de verrouillage de Canopus, bien que des transitoires de roulis se soient produits 38 fois de plus avant la rencontre avec Mars.

Manœuvre à mi-parcours

Le vol de 7 mois et demi de Mariner 4 impliquait une manœuvre à mi-parcours le 5 décembre 1964. La manœuvre était initialement prévue pour le 4 décembre, mais en raison d'une perte de verrouillage avec Canopus, elle a été reportée. La manœuvre s'est achevée avec succès le 5 décembre ; il consistait en un virage en tangage négatif de 39,16 degrés, un virage en roulis positif de 156,08 degrés et un temps de poussée de 20,07 secondes. Les virages ont orienté le moteur du vaisseau spatial dans la direction générale de la Terre, car le moteur était initialement dirigé dans la direction du vol. Les changements de tangage et de roulis ont été effectués avec une précision supérieure à 1% , le changement de vitesse avec une précision d'environ 2,5%. Après la manœuvre, Mariner 4 était en route pour Mars comme prévu.

Taux de transmission de données réduit

Le 5 janvier 1965, 36 jours après le lancement et à 10 261 173 km (6 375 997 mi) de la Terre, Mariner 4 a réduit son taux de transmission de données scientifiques de 33 1/3 à 8 1/2 bits par seconde. Il s'agissait de la première action autonome entreprise par le vaisseau spatial depuis la manœuvre à mi-parcours.

Survol de Mars

Le vaisseau spatial Mariner 4 a survolé Mars les 14 et 15 juillet 1965. Son approche la plus proche était à 9 846 km (6 118 mi) de la surface martienne à 01h00:57 TU le 15 juillet 1965 (20h00:57 HNE le 14 juillet ), sa distance à la Terre était de 216 millions de kilomètres (134 millions de miles), sa vitesse était de 7 km/s (4,3 mi/s) par rapport à Mars, 1,7 km/s (1,1 mi/s) par rapport à la Terre.

Le mode science planétaire a été activé à 15 h 41 min 49 s TU le 14 juillet. La séquence de caméra a commencé à 00 h 18 min 36 s TU le 15 juillet (19 h 18 min 49 s HNE le 14 juillet) et 21 images utilisant filtres verts, plus 21 lignes d'une 22e photo ont été prises. Les images couvraient une bande discontinue de Mars commençant près de 40° N, 170° E, jusqu'à environ 35° S, 200° E, puis jusqu'au terminateur à 50° S, 255° E, représentant environ 1% de la la surface de la planète. Les images prises lors du survol étaient stockées dans le magnétophone embarqué. A 02:19:11 TU, Mariner 4 est passé derrière Mars vu de la Terre et le signal radio a cessé. Le signal a été récupéré à 03:13:04 TU lorsque le vaisseau spatial est réapparu. Le mode croisière a ensuite été rétabli. La transmission des images enregistrées vers la Terre a commencé environ 8,5 heures après la réacquisition du signal et s'est poursuivie jusqu'au 3 août. Toutes les images ont été transmises deux fois pour s'assurer qu'aucune donnée n'était manquante ou corrompue. Chaque photographie individuelle a pris environ six heures pour être retransmise à la Terre.

Le vaisseau spatial a exécuté avec succès toutes les activités programmées et a renvoyé des données utiles du lancement jusqu'à 22 h 05 min 07 s UT le 1er octobre 1965, lorsque la longue distance jusqu'à la Terre (309,2 millions de kilomètres (192,1 millions de miles)) et l'orientation imprécise de l'antenne ont conduit à un perte temporaire de communication avec le vaisseau spatial jusqu'en 1967.

Première image dessinée à la main

Magnétophone Mariner 4

Le magnétophone de bord utilisé sur Mariner 4 était une pièce de rechange, non prévue à l'origine pour le vol Mariner 4. Entre la panne de Mariner 3, le fait que l'enregistreur Mariner 4 était une pièce de rechange et quelques lectures d'erreur suggérant un problème avec le magnétophone, il a été déterminé que l'équipe testerait définitivement le fonctionnement de la caméra. Cela a finalement conduit à la première image numérique dessinée à la main. En attendant que les données de l'image soient traitées par ordinateur, l'équipe a utilisé un ensemble de pastels d'un magasin de fournitures d'art pour colorier à la main (style peinture par numéros) une impression numérique des pixels bruts. L'image résultante a permis de vérifier rapidement que la caméra fonctionnait. L'image dessinée à la main se comparait favorablement à l'image traitée lorsqu'elle est devenue disponible.

Coups de micrométéoroïdes et fin des communications

L'acquisition des données a repris fin 1967. Le détecteur de poussière cosmique a enregistré 17 coups en 15 minutes le 15 septembre, faisant partie d'une apparente pluie de micrométéoroïdes qui a temporairement modifié l'attitude du vaisseau spatial et probablement légèrement endommagé son bouclier thermique. Plus tard, il a été supposé que Mariner 4 est passé à travers les débris de D/1895 Q1 (D/Swift), et a même fait un survol du noyau probablement brisé de cette comète à 20 millions de kilomètres (12 millions de miles).

Le 7 décembre, l'alimentation en gaz du système de contrôle d'attitude était épuisée et entre le 10 et le 11 décembre, un total de 83 impacts de micrométéoroïdes ont été enregistrés, ce qui a provoqué une perturbation de l'attitude de l'engin spatial et une dégradation de la force du signal. Le 21 décembre 1967, les communications avec Mariner 4 ont été interrompues. Le vaisseau spatial est maintenant à l'abandon sur une orbite héliocentrique extérieure .

Résultats

Jack N. James (au centre), chef de projet Mariner 4 du JPL, avec un groupe à la Maison Blanche présentant la célèbre photo du vaisseau spatial Numéro 11 de Mars au président américain Lyndon B. Johnson (au centre à droite) en juillet 1965.

Le total des données renvoyées par la mission était de 5,2 millions de bits (environ 634 Ko ). Tous les instruments ont fonctionné avec succès à l'exception d'une partie de la chambre d'ionisation, à savoir le tube Geiger-Müller , qui est tombé en panne en février 1965. De plus, la sonde à plasma a vu ses performances dégradées par une défaillance de résistance le 8 décembre 1964, mais les expérimentateurs ont pu recalibrer l'instrument tout en continuant à interpréter les données. Les images renvoyées montraient un terrain cratérisé semblable à la Lune , auquel les scientifiques ne s'attendaient pas, bien que l'astronome amateur Donald Cyr ait prédit des cratères. Des missions ultérieures ont montré que les cratères n'étaient pas typiques de Mars, mais seulement de la région la plus ancienne imagée par Mariner 4. Une pression atmosphérique en surface de 4,1 à 7,0 millibars (410 à 700 Pa) et des températures diurnes de -100 °C (-148 °F) ont été estimés. Aucun champ magnétique ou ceinture de radiation martienne ou, encore une fois, étonnamment, de l'eau de surface n'a été détecté.

Bruce C. Murray a utilisé des photographies de Mariner 4 pour élucider l'histoire géologique de Mars.

Des images de cratères et des mesures d'une atmosphère raréfiée — bien plus fine que prévu — indiquant une planète relativement inactive exposée à la rigueur de l'espace, ont généralement dissipé les espoirs de trouver une vie intelligente sur Mars . La vie sur Mars a fait l'objet de spéculations et de science-fiction pendant des siècles. S'il y avait de la vie sur Mars, après la conclusion de Mariner 4, ce serait probablement des formes plus petites et plus simples. D'autres ont conclu qu'une recherche de la vie sur Terre à une résolution kilométrique, utilisant plusieurs milliers de photographies, n'a pas révélé de signe de vie sur la grande majorité de ces photographies ; ainsi, sur la base des 22 photographies prises par Mariner 4, on ne pouvait pas conclure qu'il n'y avait pas de vie intelligente sur Mars. Le vent solaire a été mesuré et comparé aux enregistrements simultanés de Mariner 5 qui sont allés à Vénus .

Le coût total de la mission Mariner 4 est estimé à 83,2 millions de dollars (équivalent à 683 millions de dollars en 2020). Les coûts totaux de recherche, de développement, de lancement et de soutien pour la série de vaisseaux spatiaux Mariner (Mariners 1 à 10) étaient d'environ 554 millions de dollars (équivalent à 4,55 milliards de dollars en 2020).

Voir également

Les références

Liens externes