Mariner 9

Priebeh letu

Sonda bola vyslaná k planéte 30. mája 1971 z Cape Caneveral a k Marsu dorazila 14. novembra 1971. Po brzdiacom manévri a navedení na obežnú dráhu sa stala prvou ľudskou sondou, ktorá sa nachádzala na orbite inej planéty, len tesne pred tým, než sa pri Marse objavili sovietske sondy Mars 2 a Mars 3. Po mesiacoch, počas ktorých zúrila v atmosfére Marsu prachová búrka, zaslala sonda prekvapivo jasné fotografie povrchu, ktoré slúžili pre neskoršie plánovania výskumných misií.
Sonda robila pozorovania planéty počas 698 obehov, počas ktorých sa jej podarilo spraviť 7 329 snímok a zmapovať okolo 80 % povrchu (iné zdroje uvádzajú 100 %). Sonda prestala pracovať 27. októbra 1972, keď došiel plyn pre orientačné trysky a bolo rozhodnuté ju vypnúť.
Mariner 9 zostal na obežnej dráhe, kde bude krúžiť okolo Marsu asi do roku 2022, keď sa dostane do hustejších vrstiev marsovskej atmosféry. Vplyvom zvyšujúceho sa trenia sa potom rozpadne a jednotlivé časti zhoria alebo dopadnú na povrch planéty.
Náklady na misiu dosiahli 137 miliónov amerických dolárov z celkových 554 miliónov dolárov, ktoré boli použité na program Mariner od sond Mariner 1 až po Mariner 10.

Úlohy

Mariner 9 bol navrhnutý tak, aby pokračoval vo výskume atmosféry Marsu, ktorý začali sondy Mariner 6 a 7 a súčasne aby dopĺňal výskum plánovanej sondy Mariner 8. Ďalšou úlohou (po neúspešnom štarte Mariner 8) bolo mapovanie až 80 % marsovského povrchu z nižšej obežnej dráhy (vo výške okolo 1 500 kilometrov) s najvyšším možným rozlíšením (od 1 kilometra na pixel až po detailné snímky s rozlíšením 100 m na pixel). Sonda bola súčasne vybavená aj infračerveným rádiometrom, ktorý bol schopný detegovať tepelné zdroje a prípadný prebiehajúci vulkanizmus na povrchu. Plán misie počítal aj s výskumom dvoch mesiacov Marsu.

Popis sondy

Mariner 9 bola prvá sonda obiehajúca okolo inej planéty. Bola založená na konštrukcii sond Mariner 6 a 7, oproti týmto sondám bola ale hmotnejšia vďaka väčšiemu riadiacemu systému sondy, čo v dôsledku viedlo k tomu, že sonda Mariner 9 bola ťažšia než Mariner 6 a 7 dohromady.

Stavba sondy

Mariner 9 bola sonda osemuholníkového prierezu s priemerom 1,384 metra a výškou 0,457 metra tvorená z horčíka, hliníka a laminátu. O dodávku elektrickej energie sa starali štyri solárne panely s rozmermi 2,15 × 0,90 metra umiestnené v hornej časti tela sondy na sklápacích ramenách, ktoré zaisťovali dostatok energie pre chod komunikačných, riadiacich a povelových systémov. Celková plocha panelov po rozložení dosiahla 7,7 m², ktoré produkovali 800 W pri Zemi a 500 W pri Marse. Energia bola ukladaná do NiCd batérií.
Medzi zloženými solárnymi panelmi sa nachádzala aj nízkozisková a vysokozisková parabolická anténa určená pre komunikáciu s riadiacim strediskom misie, ktoré boli umiestnené na 1,44 metra dlhom stožiari. Okrem antén sa tu nachádzali aj dve nádrže na palivo. Spodná časť sondy bola vyhradená pre vedecké zariadenie, ktoré na palube tvorilo 63,1 kilogramov nákladu.
O stabilizáciu sondy sa starali 2 sady 6 motorčekov na stlačený dusík umiestnených na koncoch slnečných panelov, sledovač Slnka a hviezdy Canopous, zotrvačník, akcelerometer a inerciálna jednotka. Hlavný motor určený pre korekciu dráhy a navedenie sondy na obežnú dráhu Marsu bol raketový motor s ťahom 1 340 N s päťnásobným reštartom. Motor spaľoval zmes oxidu dusičitého a monometylhydrazínu. Celková výška sondy bola 2,28 metra so štartovnou váhou 997,9 kg, z ktorých bolo 439,1 kg postupne spotrebovaných.
Riadenie sondy bolo realizované pomocou centrálneho počítača a radiča, ktorý mal zabudovanú pamäť na 512 slov (1 slovo = 2 bajty = 16 bitov). Príkazový systém bol naprogramovaný pomocou 86 priamych, 4 násobných a 5 riadiacich príkazov. Dáta boli uložené v kotúčovom magnetofóne. 168 metrov dlhá 8-stopá páska mohla uchovať až 180 miliónov bitov nahraných rýchlosťou 132 kbit/s. Prehrávanie bolo možné rýchlosťou 16, 8, 4, 2 a 1 kbit/s s využitím dvoch stôp súčasne. Telekomunikačné spojenie bolo realizované pomocou dvoch 10 a 20 W vysielačov v pásme S. Jediný prijímač prijímal signály z vysokoziskovej parabolickej antény, stredneziskovej lievikovitej antény a pomocou všesmerovej antény s nízkym ziskom.

Misia

Misia Mariner v roku 1971 bola pôvodne koncipovaná tak, že bude uskutočnená dvojicou sond Mariner 8 a 9. Každá sonda sa mala zamerať na iný aspekt misie: Mariner 8 mal zmapovať až 70 % povrchu planéty, a Mariner 9 sa mal venovať výskumu prechodných zmien v atmosfére a na povrchu planéty. Sonda Mariner 8 však havarovala počas štartu po zlyhaní nosnej rakety, a tak bolo nutné zlúčiť program oboch sond do jedinej sondy, čo malo za následok obmedzenie výskumu polárnych oblastí a redukciu pozorovania prebiehajúcich zmien povrchu.
Štart nosnej rakety úspešne prebehol 30. mája 1971 v čase 22:23:00 UTC. O 13 minút neskôr došlo k oddeleniu nosnej rakety od sondy, o 4 minúty neskôr sa rozvinuli solárne panely. Krátko potom, čo sa sonda dostala z tieňa Zeme, objavil orientačný snímač Slnko a 31. mája v 02:26 došlo k orientácii sondy smerom na Canopus (spolu so Slnkom jeden z dvoch orientačných bodov sondy). Počas letu sa 5. júna uskutočnila korekcia dráhy. 14. novembra sa sonda priblížila k Marsu po prekonaných 398 miliónoch kilometrov a začal brzdiaci manéver za pomoci hlavného raketového motoru, ktorý trval 15 minút a 23 sekúnd. Brzdenie prebehlo dobre a sonda sa dostala na obežnú dráhu okolo Marsu po 167 dňoch letu kozmickým priestorom s najbližším priblížením k planéte na 1 398 km a obežnou dobou 12 hodín a 34 minút. O dva dni neskôr bol uskutočnený ďalší korekčný manéver trvajúci 6 sekúnd pre upravenie obežnej dráhy na dráhu s obežnou dobou tesne pod 12 hodín a priblížením 1 387 km. Záverečná korekcia bola uskutočnená 30. decembra, keď sa už sonda dostala na konečnú obežnú dráhu umožňujúcu vysielať dáta na pozemský rádioteleskop v Goldstone s obežnou dobou 11 hodín 59 minút a 28 sekúnd a priblížením 1 650 km.
Mariner 9 obiehal po 349 dní na orbite Marsu 2-krát denne planétu s 12 hodinovou periódou, počas ktorej ho podrobne mapoval. Plánovaná životnosť sondy bola 9 mesiacov, ktoré sonda ale prekonala o takmer 30 %.
Pri prílete sondy k planéte bol povrch Marsu úplne zahalený globálnou prachovou búrkou, ktorá zúrila v celej atmosfére. Búrka vypukla v oblasti Noachis 22. septembra, rozšírila sa do celej atmosféry a skoro sa stala najväčšou pozorovanou búrkou na povrchu Marsu všetkých dôb. Množstvo prachu v atmosfére bolo príliš veľké, než aby zaslané fotografie ukázali niečo z povrchu, s výnimkou vrcholkov najvyšších sopiek v oblasti Tharsis, a tak bol z riadiaceho strediska vyslaný príkaz, aby sonda pozdržala výrobu mozaikových snímok vo vysokom rozlíšení do doby, keď sa atmosféra prečistí. V novembri a decembri začala búrka pomaly slabnúť a na začiatku roku 1972 skutočne ustala, čo umožnilo sonde začať mapovať povrch a posielal na Zem snímky povrchových útvarov.
Na získaných snímkoch sa objavil členitý terén, ktorý nebolo možné zo Zeme pozorovať ďalekohľadmi, zložený z množstva kráterov (vrátane obrovskej impaktnej oblasti Hellas Planitia), obrovských sopiek (vrátane najväčšej známej hory slnečnej sústavy Olympus Mons), kaňonov (vrátane Valles Marineris - systém kaňonov tiahnúci sa cez 4 000 kilometrov), útvarov vzniknutých veternou a vodnou erózií či riečnych korýt. V atmosfére objavila sonda dôkazy o existencii premenlivého počasia, postupu frontu, hmlu a ďalšie javy.
Počas obehov okolo planéty boli skúmané aj mesiace Phobos a Deimos, vďaka čomu vznikli prvé kvalitné fotografie ich povrchov.
Koncom októbra 1972 bola sonda vypnutá, pretože sa vyčerpala zásoba dusíka v orientačnom a stabilizačnom systéme.

Výsledky misie

Sonda pravidelne počas obehov merala základné parametre atmosféry (teplotu, tlak, chemické zloženie či hustotu), čo neskôr umožnilo analyzovať základné správanie atmosféry a vytvoriť jej prvý matematický model.
Zo zaslaných snímok bolo konečne úplne jasné, ako povrch Marsu vyzerá, a že ide o mŕtvu a suchú planétu, na ktorej sa nenachádzajú veľké oceány kvapalnej vody. Podrobné zmapovanie povrchu umožnilo využiť tieto znalosti pri ďalších misiách a pre výber vhodných pristávacích miest pri nadväzujúcom programe Viking.
Misia Mariner 9 získala celkom 54 miliárd bitov vedeckých informácií vrátane 7329 fotografií pokrývajúcich väčšinu povrchu planéty. Tieto získané fotografie umožnili vytvoriť prvú celoplanetárnu fotografickú mapu planéty.