Mariner 4

Mariner 4 (saam met Mariner 3 bekend as Mariner–Mars 1964) was die Amerikaanse Mariner-program se vierde ruimtetuig wat ontwerp is vir planetêre verkenning met 'n  verbyvliegmodus. Die ruimtetuig was spesiaal ontwerp om wetenskaplike nabywaarnemings van Mars te doen en die waarnemings na die Aarde terug te stuur.

Die ruimtetuig is op 28 November 1964 gelanseer. Mariner 4 het die eerste suksesvolle verbyvlug van die planeet Mars op 14 Julie 1965 voltooi en die eerste nabyfoto's van Mars se oppervlakte na die Aarde gestuur. Dit het dus die eerste foto's van 'n ander planeet in die diep ruimte geneem en suksesvol na die aarde gestuur. Die foto's, wat van 'n klein bandopnemer oor 'n lang periode teruggespeel is, het getoon dat die oppervlakte van Mars vol kraters is en dat die wêreld daar oënskynlik dood is. Wetenskaplikes se mening oor lewe op Mars het hierna verander.

Daar was aanvanklik beplan dat die Mariner 4-tuig ongeveer agt maande sou oorleef nadat dit Mars bereik het, maar aan die einde was dit drie jaar lank in 'n sonwentelbaan, met langtermynstudies van die sonwindomgewing terwyl dit gekoördineerde opnames saam met sy susterskip, Mariner 5, gemaak het.

Ander doelwitte van die sending was om veld- en deeltjiemetings in die omgewing van Mars te neem, en om ondervinding op te doen en kennis in te samel oor die ingenieursmoontlikhede vir interplanetêre vlugte met 'n lang tydsduur. Kommunikasie met Mariner 4 is op 21 Desember 1967 opgeskort.

Ruimtetuig en substelsels 
Die romp van Mariner 4 het bestaan uit 'n agtkantige raam wat van magnesium vervaardig is. Dit was 127 cm in deursnee diagonaal oor die agthoek wat 45,7 cm hoog was. Daar was vier sonpanele bo-aan die raamwerk geheg, met 'n span van 6,88 m punt tot punt, insluitende die sonseilpanele aan die punte van die panele geheg is. Daar was ook 'n 104,1 cm x 66,0 cm elliptiese hoëwins-antenne op die bokant van die raamwerk gemonteer. 'n Omnigerigte lae-wins antenne was gemonteer op 'n 223,5 cm lang maspaal langs die hoë-wins antenne. Die totale hoogte van die ruimtetuig is 2,89 meter. Aan die binnekant van die agthoekige raam is die elektroniese toerusting, bekabeling, die aandrywingstelsel vir die middelgedeelte van die tog en posisie beheergas voorrade en reëlaars.

Die wetenskaplike instrumente aan boord het ingesluit:
 'n  Helium magnetometer, gemonteer op die golfleier wat na die omnigerigte antenne gaan, om die intensiteit en ander kenmerke van tussenplanetêre ruimte asook planete se magneetvelde te meet.
 'n Ioniseringkamer/Geiger-teller, gemonteer op die golfleier wat na die omnigerigte antenne gaan maar nader aan die romp van die ruimtetuig, om die deeltjielading intensitiet en verspreiding daarvan in tussenplanetêre ruimte asook die omgewing van Mars te bepaal.
 'n Deeltjie uitstraling bespeurder, gemonteer op die romp met die asrigting van 70° en 135° van die son se rigting om die intensiteit en rigting van die lae-energie deeltjies te meet.
 'n Kosmiese teleskoop, gemonteer binne die die romp en wys in teenoorgestelde rigting van die son, om die rigting en energiespektrum van protonne en alfadeeltjies te bepaal.
 'n Sonplasma-sondeerder, gemonteer op die romp in die rigting 10° van die son se rigting, om die baie-lae-energie gelaaide deeltjies wat van die son vloei te meet.
 'n Kosmiese stofbespeurder, gemonteer op die romp, met 'n mikrofoonplaat min of meer reghoekig met die vlak van die wentelbaan, om die energie, verspreiding, digtheid en rigting van die stof te bepaal.
 'n Televisiekamera, gemonteer aan die middel-onderkant van die ruimtetuig, om nabyskootfoto's van Mars te neem. Hierdie substelsel het uit vier dele bestaan: 'n Cassegrain-teleskoop met 1.05° by 1.05° sigveld, 'n sluiter en rooi/groen filter samestelling met beligtingstye van 0,08s en 0,20s, 'n videobuis wat stadig aftas en die optiese beeld na 'n elektroniese videosein omskakel en die elektroniese stelsels benodig om analoogseine na 'n digitale bisstroom, vir transmissie na die aarde, om te skakel.

Elektrisiteit vir die instrumente en radiosender is verskaf deur 28 224 sonkragselle wat in die vier 176 x 90 cm sonpanele ingebou was. Dit het 310 watt voorsien by Mars. 'n Herlaaibare silwer-sink battery met kapasiteit van 1200 W·h was ook gebruik vir bystand en posisiebeweging van die ruimtetuig. 'n Vektorbeheermotor met vier uitlaatpunte en kraglewering van 222 N stukrag, aandryf deur die monodryfmiddel hidrasien, is aan een van die kante van die romp gemonteer. Die ruimtetuig se posisiebeheer is gedoen deur twaalf kouestikstofstraalspuite gemonteer op die sonkragpanele en drie giroskope. Die sonseilpanele is 0,65 m2 groot en is aan die punte van die sonkragpanele geheg. Inligting om die posisie te bepaal is verskaf deur vier sonsensors en drie addisionele sensors vir die Aarde, Mars en die ster Canopus, afhangende waar die ruimtetuig homself bevind gedurende sy ruimtevaart. Mariner 4 is die eerste ruimtetuig wat navigasie met behulp van die posisie van sterre moes doen. Al die vorige ruimtevaarte, op daardie stadium, was naby die Aarde, die Maan of die planeet Venus, wat gebruik is vir posisionering. Die drie verwysings is helder genoeg vir die doel of is helder afgeëts teen die aarde. Gedurende Mariner se vlug het die Aarde en Mars egter te dof geword vir navigasie. 'n Ander helder verwysingspunt met 'n groot hoek en wat weg is van die Son was nodig, die ster Canopus is gebruik vir dié doel. Die ster is later ook vir ander ruimtevaarte gebruik.

Die telekommunikasietoerusting aan boord van Mariner het bestaan uit twee S-bandsenders (met 'n sewe watt triode holteversterker of 'n tien watt staandegolfbuisversterker) en een radio-ontvanger wat gelyktydig via die lae- en hoëwins antennes data teen 8⅓ of 33⅓ bisse per sekonde kon stuur en ontvang. Dit kon ook data op 'n magnetiese bandopnemer stoor vir latere versending, die bandopnemer het oor 'n kapasiteit van 5,24 miljoen bisse beskik. Al die elektroniese toerusting was beheer deur 'n beheersubstelsel wat enige van 29 direkte beheerwoorde of drie kwantitatiewe woordbevele vir veranderinge tydens die middel van die ruimtevaart kon verwerk. Die sentrale verwerker en ordener het gestoorde bevele in tydvolgorde gebruik deur gebruik te maak van 'n 38,4 kHz sinchronisasie frekwensie as tydverwysing. Temperatuurbeheer was gedoen deur die gebruik van verstelbare hortjies gemonteer op ses van die elektroniese substelsels; asook multilaag isolerende komberse, gepoleerde aluminiumskerms en die oppervlakte was behandel. Ander metings wat gemaak kon word sluit in:
 Radiometing van die planeet se atmosfeer
 Meting van die beweging van ander voorwerpe in die ruimte.

Sending oorsig

Lansering 
Mariner 3 was 'n totale verlies nadat die mantel oor die vraggedeelte nie wou wegval soos ontwerp is nie. Die ingenieurs van die Jet Propulsion Laboratory se teorie is dat die foutiewe werking veroorsaak is deur drukverskille tussen die eksterne metaaldop en die glasvesel binnevoering van die mantel. Dit kon moontlik tot gevolg gehad het dat veergelaaide meganisme wat die mantel moes aktiveer verstrengel geraak het.

Toetse by JPL het die vermoede bevestig en 'n nuwe, verbeterde slegs-metaal mantel is ontwerp en gebou. Die nadeel was dat die nuwe mantel swaarder was en dit het die Atlas-Agenavuurpyl se vragvermoë negatief beïnvloed. Convair en Lockheed-Martin moes verskeie verbeteringe aanbring om die vuurpyl se vermoë te verbeter. Alhoewel daar vrese bestaan het dat dié werk nie betyds voltooi sou wees om die 1964 Mars-lanseervenster te benut nie, was dit egter gereed teen November.

Nadat die vuurpyl gelanseer is vanaf Kaap Canaveral Lugmagstasie se lanseerkompleks 12
het die beskermende mantel suksesvol weggeval en die Agena-D/Mariner 4-kombinasie suksesvol geskei van die Atlas-D vuurpyl om 14.27:23 UCT op 28 November 1964. Agena se vuurpyl is die eerste keer vanaf 14:28:14 tot 14:30:38 gevuur. Hierdie eerste afvuring het die ruimtetuig in 'n wentelbaan om die Aarde geplaas. Die vuurpyl is die tweede keer vanaf 15:02:53 tot 15;04:28 afgevuur om die ruimtetuig in 'n oorplasingwentelbaan na Mars te plaas. Mariner 4 het om 15:07:09 van Agena geskei en die vaartmodus begin. Die sonpanele het ontplooi en die sensorplatform was om 15:15:00 ontplooi. Die son is 16 minute later deur die sensor opgespoor.

Fokus op Canopus 
Nadat die ruimtetuig die son gevind het, het die Canopus-sensor begin om na die ster te soek. Die sensor was geprogrammeer om na alle voorwerpe te soek wat een-agste helderder maar nie meer as agt keer helderder as Canopus is nie. Saam met Canopus was daar sewe sulke voorwerpe sigbaar vir die sensor. Dit het die ruimtetuig langer as 'n dag geneem om Canopus te vind nadat dit tussen die sterre rondgespring het; eers 'n verdwaalde ligpatroon van naby die Aarde, toe die sterre Alderamin, Regulus, Naos en later Gamma Velorum alvorens Canopus gevind is.
Daar was 'n probleem met die ruimtetuig wat gereeld sy kop uitgesteek het, veral gedurende die eerste helfte van sy tog. 'n Kortstondige rolfoutsein het voorgekom en soms veroorsaak dat Mariner 4 se sensor ontsluit het van Canopus. Die eerste poging om 'n roeteaanpassing te maak in die middel van die vaart moes gestaak word as gevolg van so 'n sein net nadat die giroskope begin draai het. Fokus met Canopus is ses keer verloor gedurende die eerste drie weke na lansering, elke keer moes 'n reeks radiobeheerseine na die ruimtetuig gestuur word om sluiting op Canopus te herstel. Nadat die probleem intens bestudeer is, het die ondersoekers tot die slotsom gekom dat dit veroorsaak is deur klein stofdeeltjies wat die ruimtetuig op een of ander manier afgee, en deur die Canopus-sensor se siglyn beweeg. Sonlig wat deur die deeltjies verstrooi word lyk dan soos 'n verligte ekwivalent van die helder ster. Dit het aanleiding gegee tot die kortstondige rolseinfout soos die deeltjie deur die siglyn van die Canopus-sensor beweeg. Wanneer die deeltjie helder genoeg was, en helderder was as die hoë limiet van agt keer die helderheid van Canopus, dan het die ruimtetuig outomaties ontsluit van Canopus en begin soek na 'n nuwe ster. 'n Radiobeheersein is op 17 Desember 1964 vanaf Aarde na die ruimtetuig gestuur wat die hoë limiet verwyder het en daar was geen verdere voorvalle wat die fokus op Canopus gestaak het nie. Tog was daar nog 38 gevalle van die rolfoutsein voordat die tuig Mars bereik het.

Middeltogroeteverandering 
Die 7½ maande-tog van Mariner 4 sluit een roeteverandering in en dit was op 5 Desember 1964 uitgevoer. Die roeteverandering was geskeduleer vir 4 Desember maar omrede die tuig sy fokus op Canopus verloor het, is dit uitgestel en wel suksesvol gedoen op 5 Desember. Die roeteverandering het bestaan uit 'n negatiewe stampdraai van 39,16 grade, 'n positiewe roldraai van 156,08 grade en die vuurpyl is ontbrand vir 20,07 sekondes. Ná die maneuvers het die tuig se vuurpyl in die algemene rigting van die Aarde gewys, voorheen het dit in die rigting van die vaart gewys. Beide die stamp- en roldraaie is met 'n akkuraatheid van beter as 1% uitgevoer, die snelheidverandering was met 2,5% akkuraatheid uitgevoer. Na die reeks veranderinge was die tuig op koers na Mars soos beplan.

Vermindering van data transmissie tempo 
Op 5 Januarie 1965, 36 dae na lansering en 10 261 173 km vanaf die aarde, het Mariner 4 sy transmissietempo van wetenskaplike data van 33 1/3 tot 8 1/2 bisse/sekonde verminder. Hierdie was die eerste outonome aksie wat die vaartuig geneem het sedert die roeteverandering in die middel van die vaart.

Mars verbyvlug 
Mariner 4 het op 14 en 15 Julie 1965 verby Mars beweeg. Die naaste wat dit aan Mars gekom het was 9 846 km, gemeet vanaf die oppervlakte om 01:00:57 Universele Tyd (UT) op 15 Julie. Die afstand vanaf die Aarde was 216 miljoen km en sy snelheid 7 km/s relatief tot Mars en 1,7 km/s relatief tot die Aarde.

Die status van die rekenaar is verander na planetêre wetenskapmodus om 15:41:49 UT op 4 Julie. Die kamera het om 00:18:36 UT op 15 Julie begin om foto's te neem en 21 fotos is geneem met die gebruik van rooi en groen filters alternatiewelik. Daar is ook 21 lyne van die 22ste foto geneem. Die foto's het 'n nie-aaneenlopende strook van Mars geneem, wat begin by 40° N, 170° O afwaarts tot by 35° S, 200° O en ook dwars tot by 50° S, 255° O, ongeveer 1% van Mars se oppervlakte. Die foto's is in die bandopnemer gestoor. Om 02:19:11 UT het Mariner 4 agter om Mars beweeg, soos gesien vanaf die aarde, en radiokontak was nie moontlik nie. Die radiosein het eers weer om 03:13:04 UT die aarde bereik toe die tuig agter Mars uitbeweeg het. Die aanboordrekenaar het weer oorgeskakel na vaartmodus. Die stuur van die foto's na die Aarde is begin 8.5 uur nadat kontak gemaak is en het tot 3 Augustus geduur. Al die foto's is twee keer gestuur om te verseker dat geen data verlore raak nie en dat die integriteit van die data 100 % is.Elke foto het ongeveer ses ure geneem om na die aarde gestuur te word.

Die ruimtetuig het al die geprogrammeerde take suksesvol uitgevoer en het waardevolle data na die aarde gestuur, vandat dit gelanseer is tot om 22:05:07 UT op 1 Oktober 1965 toe die lang afstand na die aarde (309,2 miljoen km) en onakkurate antenne oriëntasie tot tydelike verbreking in kommunikasie gelei het tot 1967.

Handgetekende beeld 

Daar was aanvanklik nie beplan dat daar 'n bandopnemer aan boord van die Mariner 4 sal wees nie, maar daar was 'n spaar een beskikbaar. Na die mislukking van Mariner 3, die feit dat die bandopnemer 'n spaar eenheid was en dat daar foutiewe inligting ontvang was wat moontlik veroorsaak was deur die bandopnemer, het die wetenskaplikes laat besluit om die kamera se funksionaliteit te toets. Dit het daartoe gelei dat die eerste digitale beeld met die hand geteken was. Terwyl die span wag vir beeld data om deur die rekenaar verwerk te word, het hulle met behulp van 'n pastelstel, wat hulle by 'n kunswinkel gekoop het, en om deur kleure aan nommers toe te ken, die beeld geteken. Die skets, soos voltooi, het bewys dat die kamera reg gewerk het. Die handgemaakte skets het baie goed vergelyk met die rekenaarverwerkte beeld toe dit beskikbaar geword het.

Mikrometeorietbotsings en einde van kommunikasie 
Dataverkryging met Mariner 4 is aan die einde van 1967 hervat. Die Kosmiese stofbespeurder het op 15 September binne 15 minute sewentien trefslae geregistreer met 'n skynbare mikrometeorietstorting, wat tot gevolg gehad het dat die ruimtetuig se posisie verander het en ook die termiese skild effens beskadig het. Die wetenskaplikes het gespekuleer dat die ruimtetuig deur die stof van die komeet D/1895 Q1 (D/Swift) beweeg het. Hulle het ook die ruimtetuig verby die komeet se verstrooide kern laat vlieg op 'n afstand van 20 miljoen kilometer.

Op 7 Desember het die gasvoorraad in die posisiebeheerstelsel uitgeput geraak en tussen 10 en 11 Desember het nog 83 mikrometeoriete die ruimtetuig getref wat die posisie versteur het en tot afname in die radioseinsterkte gelei. Op 21 Desember 1967 is kommunikasie met Mariner 4 gestaak. Die tuig is nou verlate in 'n heliosentriese wentelbaan.

Sending resultate 

Die totale data wat deur die ruimtetuig na die aarde gestuur was is 5.2 miljoen bisse (ongeveer 634 kilogrepe). Al die instrumente aanboord het suksesvol gewerk met die uitsondering van die Ioniseringkamer, naamlik die Geiger–Müller buis, wat buite werking geraak het in Februarie 1965. Die Sonplasma-sondeerder se vermoë het verminder nadat 'n resistor gefaal het op 8 Desember 1964, maar die uitslae van eksperimente kon nog gebruik word deur die instrument te herkalibreer. Die beelde wat op aarde ontvang is het gewys dat die oppervlakte vol kraters was, net soos die Maan se oppervlakte, wat die wetenskaplikes nie verwag het nie, tog het die amateur astronoom Donald Cyr dit voorspel.

Latere sendings het bewys dat die kraters nie tipies van die Mars-oppervlakte is nie, maar slegs die meer ou gebied gebied wat deur Mariner 4 gefotografeer is. Die atmosfeer se druk op die oppervlakte was bereken as 419 tot 700 Pascal en die dag temperatuur as −100°C. Geen magnetiese veld of Van Allen radiasie gordels of geen oppervlakte water was bespeur nie.

Bruce C. Murray het die foto's van Mariner 4 gebruik om die geologiese geskiedenis van Mars te ondersoek en verduidelik.

Beelde van kraters en aanduidings van 'n dun atmosfeer, baie dunner as wat verwag is, 'n aanduiding van 'n relatief onaktiewe planeet wat blootgestel aan die ongenaakbaarhied van die ruimte, wat enige hoop om lewe op Mars te vind laat vervaag het. Intelegente lewe op Mars was die onderwerp van bespreking en spekulasie en fiksie vir eeue.
Indien daar lewe op Mars was, het die Mariner 4 sending aangedui dat 'n eenvoudiger kleiner vorme van lewe moet wees.Ander persone het redeneer dat 'n ondersoek van lewe op aarde van duisende foto's met 'n kilometer resolusie ook geen teken van lewe aangedui het op die oorgrote meerderhied van die foto's nie. Dus, gebaseer op die 22 foto's wat van Mars geneem is, kan daar nie tot die gevolgtrekking gekom word dat daar geen lewe op Mars is nie.

Die sonwind was ook gemeet en vergelyk met die gelyktydige rekords van Mariner 5 wat na Venus gegaan het.

Die totale koste van die Mariner 4 sending is beraam op $83.2 miljoen. Die totale koste vir die navorsing, ontwikkeling, lansering en ondersteuningkostes vir die Mariner-program van ruimtetuie (Mariner 1 tot Mariner 10) was ongeveer $554 miljoen.

Verwante artikels 
 Ruimtevaart

Notas

Verwysings 

Mars
Ruimtetuie