Mariner 4

Mariner 4, zajedno s Marinerom 3 poznat kao Mariner-Mars 1964), je NASA-ina svemirska letjelica namijenjena istraživanju Marsa, četvrta iz programa Mariner koje su bile namijenjenih istraživanju planeta u režimu preleta. Bio je dizajniran za naučno posmatranje Marsa i za prenos podataka tog posmatranja na Zemlju. Lansiran je 28. novembra 1964. pomoću rakete Atlas-Agena D iz Cape Canaverala. Kraj Marsa je preletio 14-15. jula 1965. i pri tome na Zemlju poslao prve fotorgafije njegove površine. nssdc.gsfc.nasa.gov (18. juni 2011.)

Snimio je prve slike druge planete ikada vraćene iz dubokog svemira; njihov prikaz kraterima prekrivene, mrtve planete uveliko je promijenio pogled naučne zajednice na život na Marsu.Bill Momsen (2006). "Mariner IV – First Flyby of Mars: Some personal experiences". p. 1 Pored vizuelnog posmatranja ciljevi misije bili su izvođenje mjerenja polja i čestica u međuplanetarnom prostoru u blizini Marsa i sticanje iskustva i znanja o inženjerskim mogućnostima za međuplanetarne letove dugog trajanja.

U početku se očekivalo da će ostati u svemiru osam mjeseci, ali je misija Marinera 4 trajala oko tri godine u solarnoj orbiti."Mariner 4 – Mars Missions". jpl.nasa.gov. NASA. Komunikacija sa sondom prekinuta je 21. decembra 1967.

 Svemirska letjelica i podsistemi 
Svemirska letjelica se sastojala od osmougaonog magnezijumskog okvira, dijagonale 127 cm i visine 45,7 cm. Četiri solarna panela bila su pričvršćena na vrh okvira s rasponom od kraja do kraja od 6,88 metara, uključujući solarne lopatice za pritisak koje su se protezale s krajeva. Eliptična parabolična antena visokog pojačanja dimenzija 104,1 cm × 66,0 cm također je bila montirana na vrhu okvira. Svesmjerna antena niskog pojačanja bila je montirana na jarbol visok 223,5 cm pored antene visokog pojačanja. Ukupna visina svemirske letjelice bila je 2,89 metara. U osmougaoni okvir bila je smještena elektronska oprema, kablovi, pogonski sistem za korekciju kursa, te dovod i regulatore gasa za kontrolu položaja.

Naučni instrumenti su uključivali:Hugh R. Anderson (September 10, 1965). "Initial Results, Spacecraft Description and Encounter Sequence". Science. New Series. 149 (3689): 1226–1228. Bibcode:1965Sci...149.1226A. doi:10.1126/science.149.3689.1226. PMID 17747450.Glenn A. Reiff (January 28, 1966). "Mariner IV: Developing the Scientific Experiment". Science. New Series. 151 (3709): 413–417. Bibcode:1966Sci...151..413R. doi:10.1126/science.151.3709.413. PMID 17798511.
 Helijumski magnetometar, za mjerenje magnitude i drugih karakteristika međuplanetarnih i planetarnih magnetnih polja.
 Ionizaciona komora/Gajgerov brojač, za mjerenje intenziteta i distribucije nabijenih čestica u međuplanetarnom prostoru i u blizini Marsa.
 Detektor zračenja, za mjerenje intenziteta i smjera čestica niske energije.
 Teleskop za kosmičke zrake, za mjerenje smjera i energetskog spektra protona i Alfa-čestica.
 Sonda za solarnu plazmu,za mjerenje fluksa nabijenih čestica vrlo niske energije sa Sunca.
 Detektor svemirske prašine, za mjerenje impulsa, distribucije, gustoće i smjera svemirske prašine.
 Televizijska kamera, za dobijanje krupnih slika površine Marsa. Ovaj podsistem se sastojao od četiri dijela: Cassegrain teleskopa sa vidnim poljem od 1,05° x 1,05°, zatvarača i sklopa crveno/zelenog filtera sa vremenima ekspozicije od 0,08 i 0,20 sekundi, vidikonske cijevi za sporo skeniranje koja je pretvarala optičku sliku u električni video signal i elektronskih sistema potrebnih za pretvaranje analognog signala u digitalni bitstream za prijenos.

Električnu energiju za instrumente i radio predajnik Marinera 4 napajale su 28.224 solarne ćelije smještene u četiri solarna panela dimenzija 176 cm × 90 cm, koji su mogli osigurati 310 vati na oko 1,5 AJ (što je približno udaljenosti Marsa). Punjiva srebro-cinkova baterija od 1200 W·h također je korištena za manevre i podršku. Za pogon je korišten monopropelentni hidrazin, putem motora s vektorskom kontrolom i četiri mlaznice, s potiskom od 222 njutna (50 lbf), instaliranog na jednoj od strana osmougaone strukture. Kontrolu položaja svemirske sonde osiguravalo je 12 mlaznica hladnog dušika postavljenih na krajevima solarnih panela i tri žiroskopa. Solarne lopatice za pritisak, svaka površine 0,65 m2, bile su pričvršćene na vrhove solarnih panela. Informacije o položaju pružala su četiri senzora Sunca i senzor za Zemlju, Mars ili zvijezdu Canopus, zavisno od vremena u svemirskom letu. Mariner 4 je bila prva svemirska sonda kojoj je bila potrebna zvijezda kao navigacijski referentni objekt, budući da su ranije misije, koje su ostale blizu Zemlje, Mjeseca ili planete Venere, uočavale ili sjajnu površinu matične planete ili jarko osvijetljenu metu. Tokom ovog leta, i Zemlja i Mars bi bili previše slabi za navigaciono fiksiranje. Bio je potreban još jedan sjajni izvor pod širokim uglom od Sunca, a Canopus je ispunio ovaj zahtjev. Nakon toga, Canopus je korišten kao referentna tačka u mnogim sljedećim misijama.W. C. Goss (May 1, 1970). "The Mariner Spacecraft Star Sensors". Applied Optics. 9 (5): 1056–1067. Bibcode:1970ApOpt...9.1056G. doi:10.1364/AO.9.001056. PMID 20076329.

Telekomunikaciona oprema na Marineru 4 sastojala se od dvostrukih S-pojasnih predajnika (sa triodnim pojačalom od sedam vati ili cijevnim pojačalom od deset vati) i jednog radio prijemnika koji su zajedno mogli slati i primati podatke putem antena niskog i visokog pojačanja brzinom od 8⅓ ili 33⅓ bita u sekundi. Podaci su se također mogli pohraniti na magnetni snimač kapaciteta 5,24 miliona bita za kasniji prijenos. Sve elektronske operacije kontrolirao je komandni podsistem koji je mogao obraditi bilo koju od 29 direktnih komandnih riječi ili tri kvantitativne komande za manevre na sredini kursa. Centralni računar i sekvencer upravljali su pohranjenim vremenskim sekvencama koristeći frekvenciju sinhronizacije od 38,4 kHz kao vremensku referencu. Kontrola temperature postignuta je korištenjem podesivih žaluzina postavljenih na šest elektronskih sklopova, plus višeslojnih izolacijskih pokrivača, poliranih aluminijskih štitova i površinskih tretmana. Druga mjerenja koja su se mogla izvršiti uključivala su:
 Radio okultaciju
 Nebesku mehaniku zasnovana na preciznom praćenju

Mariner 4 je također trebao nositi ultraljubičasti fotometar na lijevoj strani krmene platforme za skeniranje TV kamere. Kasnije tokom testiranja otkriveno je da uključivanje UV fotometra stvara električne probleme koji bi ugrozili TV kameru. Kao rezultat toga, uklonjen je i zamijenjen simulatorom termalne/inercijske mase koji je dizajniran da emulira geometriju, masu i druge karakteristike UV fotometra kako bi se eliminisali svi nenamjerni problemi uzrokovani uklanjanjem UV fotometra. Ovaj rezervni UV fotometar je na kraju korišten na Marineru 5 1967. godine.

 Misija 
 Lansiranje 
Nakon što je Mariner 3 potpuno uništen, inženjeri JPL-a sugerirali su da je došlo do kvara tokom odvajanja metalne vanjske od unutrašnje obloge od fiberglasa zbog razlike u pritisku između unutrašnjeg i vanjskog dijela obloge, te da je to moglo uzrokovati zapetljavanje opružnog mehanizma za odvajanje i njegovo nepravilno odvajanje.

Testiranje u JPL-u potvrdilo je ovaj način kvara i uložen je napor da se razvije nova, potpuno metalna obloga. Nedostatak ovoga bio je taj što bi nova obloga bila znatno teža i smanjila bi nosivost Atlas-Agene. Convair i Lockheed-Martin morali su napraviti nekoliko poboljšanja performansi potisnika kako bi iz njega izvukli više snage. Uprkos strahovima da se radovi ne mogu završiti prije zatvaranja lansirnog prozora 1964. godine, nova obloga je bila spremna do novembra.John Uri (November 26, 2019). "55 Years Ago: Mariner 4 First to Mars". nasa.gov. NASA.

Nakon lansiranja sa lansirnog kompleksa 12 Zračne baze Cape Canaveral, zaštitni pokrov koji je pokrivao Mariner 4 je odbačen, a kombinacija Agena-D/Mariner 4 se odvojila od rakete Atlas-D. Početno paljenje je postavilo letjelicu u Zemljinu parkirnu orbitu, a drugo paljenje je ubacilo letjelicu u transfernu orbitu Marsa. Potom se Mariner odvojio od Agene i započeo operacije u krstarećem režimu. Solarni paneli su aktivirani, a platforma za skeniranje je otključana.

 Lociranje Canopusa 
Pretraživač zvijezda na letjelici bio je postavljen tako da reaguje na bilo koji objekt koji je više od jedne osmine sjajniji, a manje od osam puta sjajniji od Canopusa. Pored samog Canopusa, senzor je mogao detektovati sedam takvih objekata. Trebalo je više od jednog dana "lutanja od zvijezde" da se pronađe Canopus, jer je senzor u početku locirao druge zvijezde: uzorak slučajne svjetlosti sa Zemlje, Alderamin, Regulus, Naos i Gamma Velorum, locirani su prije Canopusa.

Stalni problem tokom ranog dijela misije bio je taj što su se često javljali prolazni signali greške rotacije koji su povremeno uzrokovali gubitak fiksiranja Canopusa. Prvi pokušaj manevra na sredini kursa prekinut je gubitkom fokusa na zvijezdu ubrzo nakon što su se žiroskopi počeli okretati. Fokus na Canopus je izgubljen šest puta u periodu manjem od tri sedmice nakon lansiranja i svaki put bi bio potreban niz radio komandi za ponovno lociranje zvijezde. Nakon proučavanja problema, istraživači su zaključili da je ponašanje uzrokovano malim česticama prašine koje su se na neki način oslobađale iz svemirske letjelice i prolazile kroz vidno polje senzora zvijezde. Sunčeva svjetlost raspršena s čestica tada se pojavljivala kao osvjetljenje ekvivalentno onom od sjajne zvijezde. To bi uzrokovalo prolaznu grešku rotacije dok bi objekt prolazio kroz vidno polje dok je senzor bio usmjeren na Canopus. Kada bi objekt bio dovoljno svijetao da premaši gornja ograničenja koje je bilo postavljeno na osam puta veći intenzitet od Canopusa, svemirska letjelica bi automatski isključila Canopus i pokrenula potragu za novom zvijezdom. Konačno, 17. decembra 1964. upućena je radio komanda kojom je uklonjeno ovo gornje ograničenje. Nije bilo daljeg gubitka fokusa na Canopus, iako su se prolazne greške rotacije dogodile još 38 puta prije susreta s Marsom.

 Let 
mini|desno|Prva digitalna slika s Marsa ručno obojena poput slike oslikane brojevima
Let Marinera 4, koji je trajao 7 i po mjeseci, uključivao je jedan manevar tokom leta, izvršen 5. decembra 1964. godine. Manevar je prvobitno bio planiran za 4. decembar, ali je zbog gubitka veze s Canopusom odgođen. Manevar je uspješno završen 5. decembra. Manevrisanje je usmjerilo motor letjelice nazad približno u smjeru Zemlje, jer je motor prvobitno bio usmjeren duž smjera leta. Korekcije su izvršene sa velikom tačnošću, nakon čega je Mariner 4 nastavio let po planiranom kursu za Mars. Potom je 5. januara 1965. godine, 36 dana nakon lansiranja i 10.261.173 km od Zemlje, Mariner smanjio brzinu prijenosa naučnih podataka sa 33 1/3 na 8 1/2 bita u sekundi. Ovo je bila prva autonomna akcija koju je letjelica poduzela nakon prethodnog manevra.

Letjelica je proletjela pored Marsa 14. i 15. jula 1965. godine. Njen najbliži prilaz bio je 9.846 km od površine Marsa u, kada joj je udaljenost od Zemlje bila 216 miliona kilometara, a brzina iznosila 7 km/s u odnosu na Mars, 1,7 km/s u odnosu na Zemlju.

Režim planetarne nauke uključen je 14. jula u 15:41:49 UTC. Snimljena je 21 kompletna slika korištenjem naizmjeničnih crvenih i zelenih filtera, i još dodatno 21 linija posljednje 22. slike. Slike su pokrivale diskontinuirani pojas Marsa počevši od 40° S, 170° I, pa sve do oko 35° J, 200° I, a zatim preko do terminatora na 50° S, 255° I, što predstavlja oko 1% površine planete. Slike snimljene tokom preleta pohranjene su u ugrađenom kasetofonu. U 02:19:11 UTC, Mariner 4 je prošao iza Marsa gledano sa Zemlje i radio signal je prestao. Signal je ponovo primljen u 03:13:04 UTC kada se svemirska letjelica ponovo pojavila. Režim krstarenja je zatim ponovo uspostavljen. Prijenos snimljenih slika na Zemlju započeo je oko 8,5 sati nakon ponovnog dobivanja signala i trajao je do 3. augusta. Sve slike su poslane dva puta kako bi se osiguralo da nema nestalih ili oštećenih podataka. Za slanje svake pojedinačne fotografije na Zemlju bilo je potrebno oko šest sati.Willy Ley (April 1966). "The Re-Designed Solar System". For Your Information. Galaxy Science Fiction. Vol. 24, no. 4. pp. 126–136

Letelica je uspješno izvršila sve programirane aktivnosti i vratila korisne podatke od lansiranja do 1. oktobra 1965. godine, nakon čega su velika udaljenost do Zemlje (309,2 miliona kilometara) i neprecizna orijentacija antene doveli do privremenog gubitka komunikacije sa letjelicom do 1967. godine.

 Kraj misije 
 Udari mikrometeoroida i prekid komunikacije 
Prikupljanje podataka nastavljeno je krajem 1967. Dana 15. septembra detektor kosmičke prašine registrovao je 17 udara u periodu od 15 minuta, što je dio očiglednog roja mikrometeoroida koji je privremeno promijenio položaj letjelice i vjerovatno neznatno oštetio njen termalni štit. Kasnije se nagađalo da je Mariner 4 prošao kroz ostatke komete D/1895 Q1 (D/Swift), pa čak i preletio pored moguće razbijenog jezgra te komete na 20 miliona kilometara.Tony Phillips (August 23, 2006). "Mariner Meteor Mystery, Solved?". science.nasa.gov. NASA.

Dana 7. decembra, dovod plina u sistemu za kontrolu položaja je iscrpljen, a između 10. i 11. decembra zabilježeno je ukupno 83 udara mikrometeoroida, što je uzrokovalo poremećaj položaja letjelice i smanjenje jačine signala. Potom je 21. decembra iste godine, komunikacija sa Marinerom prekinuta. Letjelica je sada napuštena u vanjskoj heliocentričnoj orbiti.Paul E. Filmer (January 5, 2004). "Beagle! Here Beagle, Beagle..."Rod Pyle (2012). Destination Mars: New Explorations of the Red Planet. Prometheus Books. p. 348. ISBN 978-1-61614-589-7. "It eventually joined its sibling, Mariner 3, dead ... in a large orbit around the sun."

 Rezultati 
Ukupni podaci koje je misija vratila iznosili su 5,2 miliona bitova (oko 634 kB). Svi instrumenti su uspješno radili, s izuzetkom dijela ionizacijske komore, odnosno Geiger-Müllerove cijevi, koja je otkazala u februaru 1965. godine. Osim toga, performanse plazma sonde su se smanjile zbog kvara otpornika 8. decembra 1964. godine, ali su eksperimentatori uspjeli ponovo kalibrirati instrument i ipak interpretirati podatke."NASA Press Release 1965-0319" (Press release). NASA / JPL. March 3, 1965. Vraćene slike su pokazale teren sličan Mjesecu s kraterima,Robert B. Leighton; Bruce C. Murray; et al. (August 6, 1965). "Mariner IV Photography of Mars: Initial Results". Science. New Series. 149 (3689): 627–630. Bibcode:1965Sci...149..627L. doi:10.1126/science.149.3684.627. PMID 17747569. S2CID 43407530. što naučnici nisu očekivali, iako je amaterski astronom Donald Cyr predvidio kratere. Kasnije misije su pokazale da krateri nisu tipični za Mars, već samo za drevniju regiju koju je snimio Mariner 4. Procijenjeni su površinski atmosferski pritisak od 4,1 do 7,0 milibara (410 do 700 Pa) i dnevne temperature od -100 °C (-148 °F). Nije detektovano magnetno polje J. J. O'Gallagher; J. A. Simpson (September 10, 1965). "Search for Trapped Electrons and a Magnetic Moment at Mars by Mariner IV". Science. New Series. 149 (3689): 1233–1239. Bibcode:1965Sci...149.1233O. doi:10.1126/science.149.3689.1233. PMID 17747452. S2CID 21249845.Edward J. Smith; Leverett Davis, Jr.; et al. (September 10, 1965). "Magnetic Field Measurements Near Mars". Science. New Series. 149 (3689): 1241–1242. Bibcode:1965Sci...149.1241S. doi:10.1126/science.149.3689.1241. PMID 17747454. S2CID 43466009. niti Marsovi radijacijski pojasevi J. A. Van Allen; L. A. Frank; et al. (September 10, 1965). "Absence of Martian Radiation Belts and Implications Thereof". Science. New Series. 149 (3689): 1228–1233. Bibcode:1965Sci...149.1228V. doi:10.1126/science.149.3689.1228. hdl:2060/19650024318. PMID 17747451. S2CID 29117648., niti, opet iznenađujuće, površinska voda.

Bruce C. Murray je koristio fotografije sa Marinera 4 kako bi razjasnio geološku historiju Marsa.

Slike kratera i mjerenja tanke atmosfere Arvydas Kliore; Dan L. Cain; Gerald S. Levy; et al. (September 10, 1965). "Occultation Experiment: Results of the First Direct Measurement of Mars's Atmosphere and Ionosphere". Science. New Series. 149 (3689): 1243–1248. Bibcode:1965Sci...149.1243K. doi:10.1126/science.149.3689.1243. PMID 17747455. S2CID 34369864. - mnogo tanje nego što se očekivalo - što ukazuje na relativno neaktivnu planetu izloženu surovosti svemira, uglavnom su raspršili nade u pronalaženje inteligentnog života na Marsu. Život na Marsu je vijekovima bio predmet nagađanja i naučne fantastike.Frank B. Salisbury (April 6, 1962). "Martian Biology". Science. New Series. 136 (3510): 17–26. Bibcode:1962Sci...136...17S. doi:10.1126/science.136.3510.17. PMID 17779780. S2CID 39512870. Čak i u slučaju postojanja života, snimci su ukazivali da bi on vjerovatno bio u manjim, jednostavnijim oblicima. S druge strane, bilo je i stajališta da se na osnovu 22 fotografije ne može zaključiti da na Marsu nema inteligentnog života.Steven D. Kilston; Robert R. Drummond; Carl Sagan (1966). "A Search for Life on Earth at Kilometer Resolution". Icarus. 5 (1–6): 79–98. Bibcode:1966Icar....5...79K. doi:10.1016/0019-1035(66)90010-8.

U sklopu misije izmjeren je i sunčev vjetar te upoređen sa istovremenim zapisima sa letjelice Mariner 5 koja je upućena na Veneru.

Ukupni troškovi misije procjenjuju se na 83,2 miliona dolara (što je ekvivalentno 830 miliona dolara u 2024. godini). Ukupni troškovi istraživanja, razvoja, lansiranja i podrške za seriju svemirskih letjelica Mariner (od 1 do 10) iznosili su približno 554 miliona dolara (što je ekvivalentno 5,53 milijarde dolara u 2024. godini).

 Također pogledajte 
 Istraživanje Marsa

 Reference 

Kategorija:Istraživanje Marsa
Kategorija:NASA
Kategorija:Svemirske letjelice
Kategorija:Svemirske letjelice NASA-e