מארינר 1

מארינר 1, שנבנתה כדי לבצע את טיסת המעבר הפלנטרית הראשונה של ארצות הברית סביב נוגה, הייתה החללית הראשונה בתוכנית מארינר הבין-כוכבית של נאס"א. היא פותחה על ידי מעבדת ההנעה הסילונית (JPL). עיצובה הראשוני של מארינר 1 (ושל אחותה, מארינר 2) עבר שינוי כאשר עקב בעיות זמינות משגר לוויינים הותאמו הגשושיות לשיגור ממשגר שונה מזה שתוכנן מלכתחילה.

מארינר 1 נועדה לבצע סדרה של ניסויים כדי לקבוע את טמפרטורת נוגה, וכן למדוד שדות מגנטיים וחלקיקים טעונים ליד כוכב הלכת ובחלל הבין-כוכבי.

מארינר 1 שוגרה ב-22 ביולי 1962 על ידי משגר לוויינים אטלס-אג'ינה מתחנת החלל 12 בקייפ קנוורל.

זמן קצר לאחר ההמראה, סטה הטיל ממסלולו, עקב שגיאות בתקשורת בין הטיל למערכות ההנחיה הקרקעיות שלו, וצוות הבטיחות נאלץ להשמיד אותו. השגיאות נבעו מטעות במפרט של משוואות ההנחיה שנכתבו בכתב יד ולאחר מכן קודדו בתוכנת המחשב.

 רקע 
ממוזער|מסלול מארינר 2 מוקרן על מישור המילקה.

עם ההגעה על ידי גשושיות לירח, הפנו המעצמות את מבטן אל כוכבי הלכת. נוגה, ככוכב הלכת הקרוב ביותר לכדור הארץ, הציגה מטרה מושכת לטיסות חלל בין-כוכביות. נוגה וכדור הארץ מגיעים למיקומם היחסי במסלוליהם סביב השמש, פעם אחת מידי 19 חודשים, כך שנדרשת מינימום דלק כדי לנוע מכוכב לכת אחד למשנהו דרך מסלול הוהמן. הזדמנויות אלה מסמנות את הזמן הטוב ביותר לשיגור חלליות חקר, הדורשות את מינימום הדלק כדי לבצע את המסע.

לאחר אי עמידה במועדי הזדמנויות קודמים לשיגור לעבר נוגה ולקראת מועד הזדמנות נוספת לשיגור בקיץ 1962, חתמה נאס"א על חוזה עם מעבדת ההנעה הסילונית (JPL) ביולי 1960 לפתח את מארינר A כשהשיגור תוכנן להתבצע באמצעות משגר אטלס-קנטאור שטרם סיים את פיתוחו. באוגוסט 1961 התברר ששלב ה-קנטאור של המשגר לא יהיה מוכן בזמן. JPL הציעה לנאס"א לבצע את המשימה באמצעות חללית קלה יותר שתשוגר על ידי משגר לוויינים אטלס-אג'ינה שהיה פחות חזק אך פעיל. הוצע להשתמש בגרסה היברידית של Mariner A ו-Block 1 Ranger של JPL, שכבר הייתה בפיתוח. נאס"א קיבלה את ההצעה, ו-JPL החלה בתוכנית בלחץ זמנים של 11 חודשים לפיתוח "Mariner R" (שנקרא כך משום שהיה נגזרת של Ranger). Mariner 1 היה Mariner R הראשון ששוגר.

 חללית 
שלוש חלליות מדגם מארינר R נבנו: שתיים לשיגור ואחת לביצוע ניסויים, אשר נועדה לשמש גם כחלופה. מלבד יכולותיה המדעיות, מארינר נדרשה לשדר נתונים חזרה לכדור הארץ ממרחק של יותר מ-26,000,000 מייל (42,000,000 ק"מ), ולשרוד קרינת שמש עוצמתית פי שניים מזו שנתקלת בה במסלול סביב כדור הארץ.

 מבנה 
ממוזער|תרשים של מארינר 1
משקלן של כל שלושת חלליות מארינר R, כולל מארינר 1, לא חרג מהמשקל המתוכנן 203 ק"ג ש 184 ק"ג מתוכו הוקדשו למערכות לא ניסיוניות: מערכות תמרון, דלק וציוד תקשורת לקבלת פקודות ולשידור נתונים. לאחר פריסה מלאה בחלל, עם שני "כנפי" פאנלים סולאריים מורחבות, גובהה של מארינר R היה 3.7 מ' וברוחב 5.0 מ'. גוף הכלי הראשי היה משושה עם שישה מארזים נפרדים של ציוד אלקטרוני ואלקטרומכני:
 שניים מהמארזים כללו את מערכת החשמל: ציוד מיתוג שוויסות והעביר חשמל מ-9800 תאי השמש למצבר כסף-אבץ נטען של 1000 וואט.
 שני מארזים נוספים כללו את מקלט הרדיו, את המשדר של שלושה וואט, ואת מערכות הבקרה לניסויים של מארינר.
 המארז החמישי הכיל אלקטרוניקה לדיגיטציה של הנתונים האנלוגיים שהתקבלו בניסויים לצורך שידור.
 המארז השישי נשא את שלושת הגירוסקופים שקבעו את כיוון החללית של מארינר בחלל. הוא הכיל גם את המחשב המרכזי ואת הרצף, "המוח" של החללית שתיאם את כל פעילויותיה בהתאם לקוד במאגרי הזיכרון שלה ולוח זמנים המתוחזק על ידי שעון אלקטרוני המכוון לציוד בכדור הארץ.

בחלק האחורי של החללית הותקן מנוע רקטי חד-דלק (הידרזין נטול מים) לצורך תיקוני מסלול. מערכת ייצוב המונעת על ידי גז חנקן, המורכבת מעשר חרירי סילון, הנשלטים על ידי גירוסקופים, חיישני שמש וחיישני כדור הארץ, שמרה על מארינר מכוונת כראוי לקבלת נתונים ולשדר אותם לכדור הארץ.

האנטנה הפרבולית הראשית בעלת ההגבר הגבוה הותקנה בחלק התחתון של מארינר והוחזקה מופנית כלפי כדור הארץ. אנטנה רב-כיוונית על גבי החללית שידרה בזמנים בהם החללית הייתה באוריינטציה מתאימה ליצירת קשר עם כדור הארץ; כאנטנה לא ממוקדת, האות שלה היה חלש בהרבה מהראשית. מארינר גם כללה אנטנות קטנות על כל אחת מהכנפיים שאיפשרו קבלת פקודות מתחנות קרקע.

בקרת הטמפרטורה הייתה פסיבית, שכללה רכיבים מבודדים ומחזירי אור גבוהים; ואקטיבית, שכללה תריסים להגנה על המארז הנושא את המחשב המובנה. בזמן בניית המארינרים הראשונים, לא היה קיים תא ניסויים לדמות את סביבת השמש הקרובה לנוגה, כך שלא ניתן היה לבדוק את יעילותן של טכניקות קירור אלו לפני השימוש בהן בפועל במהלך המשימה.

 חבילה מדעית 
ממוזער|מארינר 1 במתקן הרכבת החלליות של JPL

 רֶקַע 
בתחילת פרויקט מארינר, רק מעט ממאפייניה של נוגה היו ידועים בוודאות. האטמוספירה האטומה של נוגה מנעה מחקר טלסקופי של הקרקע. לא היה ידוע אם היו מים מתחת לעננים, אם כי זוהתה כמות קטנה של אדי מים מעליהם. קצב הסיבוב של כוכב הלכת לא היה ודאי, אם כי מדעני JPL הסיקו באמצעות תצפיות מכ"ם שנוגה סובב לאט מאוד בהשוואה לכדור הארץ, מה שקידם את ההשערה ארוכת השנים (שבסופו של דבר הופרכה) לפיה כוכב הלכת נעול גאות ושפל ביחס לשמש (כמו הירח ביחס לכדור הארץ). לא זוהה חמצן באטמוספירה של נוגה, דבר המצביע על כך שאין חיים כפי שקיימים על כדור הארץ. נקבע כי האטמוספירה של נוגה הכילה לפחות פי 500 פחמן דו-חמצני מזה של כדור הארץ. רמות גבוהות יחסית אלו הצביעו על כך שכוכב הלכת עשוי להיות נתון לאפקט חממה דו-חמצני עם טמפרטורות פני שטח גבוהות עד 327 מעלות צלזיוס, אך זה עדיין לא נקבע באופן חד משמעי.

החללית מארינר נועדה לאמת השערה זו על ידי מדידת טמפרטורת נוגה מקרוב; במקביל, נועדה המשימה לקבוע אם קיים פער משמעותי בין טמפרטורות הלילה והיום. מגנטומטר מובנה ומערכת גלאי חלקיקים טעונים נועדו לקבוע אם לנוגה יש שדה מגנטי משמעותי ודומה לחגורות ואן אלן של כדור הארץ.

מכיוון שרוב זמנה של החללית מארינר יהיה במסע לנוגה בחלל הבין-כוכבי, הציעה המשימה גם הזדמנות למדידה ארוכת טווח של רוח השמש של חלקיקים טעונים ולמפות את השינויים במגנטוספרה של השמש. בכוונה לחקור גם את ריכוז האבק הקוסמי מעבר לסביבת כדור הארץ.

 ניסויים 
ניסויים למדידת נוגה והחלל הבין-כוכבי כללו:
 מיקרופון קריסטל למדידת צפיפות האבק הקוסמי, המותקן על המסגרת המרכזית.
 גלאי פרוטונים לספירת פרוטונים בעלי אנרגיה נמוכה ברוח השמש, המותקן גם הוא על המסגרת המרכזית.
 שתי שפופרות גייגר-מילר (GM) ותא יונים, למדידת חלקיקים טעונים בעלי אנרגיה גבוהה בחלל הבין-כוכבי ובמקבילה של כוכב נוגה לחגורות ואן אלן של כדור הארץ (אשר מאוחר יותר הוכחו כלא קיימות). אלה הורכבו על הציר הארוך של מארינר כדי להימנע מהשדות המגנטיים של ציוד הבקרה וכן מקרינה משנית הנגרמת מקרניים קוסמיות הפוגעות במבנה המתכתי של החללית.
 שפופרת GM ייעודית, למדידת קרינה באנרגיה נמוכה יותר, במיוחד ליד נוגה, גם היא מותקנת הרחק מהמסגרת המרכזית.
 מגנטומטר פלוקסגייט תלת-צירי למדידת השדות המגנטיים של השמש ושל נוגה, המותקן גם הוא הרחק מהמסגרת המרכזית.
 רדיומטר, בקוטר 510 מ"מ, אנטנה פרבולית בעומק של שנועדה לסרוק את נוגה למעלה ולמטה בשני אורכי גל (19 מ"מ ו-13.5 מ"מ), האטה והיפוך מהירות כאשר מצא נקודה חמה. אורך הגל של 19 מ"מ נועד למדידת טמפרטורת פני השטח של כדור הארץ, בעוד שאורך הגל של 13.5 מ"מ מדד את טמפרטורת פסגות העננים של נוגה. המכשיר הותקן ממש מעל המסגרת המרכזית.
 שני חיישנים אופטיים אינפרא-אדומים למדידה מקבילה של טמפרטורת נוגה, אחד ב-8 עד 9 מיקרון, השני ב-10-10.8 מיקרון, המותקנים גם הם מעל המסגרת המרכזית.

באף אחת מחלליות מארינר R לא הייתה מצלמה לצילומים חזותיים. עם שטח מטען מוגבל, מדעני הפרויקט ראו במצלמה מותרות מיותרות, שאינן מסוגלות להניב תוצאות מדעיות מועילות. קרל סייגן, אחד ממדעני מארינר R, נלחם ללא הצלחה על הכללתן, וציין כי לא רק שייתכנו סדקים בשכבת העננים של נוגה, אלא "שמצלמות יכולות גם לענות על שאלות שהיינו טיפשים מכדי אפילו לשאול".
ממוזער|148x148 פיקסלים|תחנת התקשורת בוומרה
נקבע כי חלון השיגור של מארינר, המוגבל הן על ידי היחס המסלולי של כדור הארץ ונוגה והן על ידי מגבלותיה של אטלס-אג'ינה, יחול בתקופה של 51 ימים, שבין 22 ביולי ל-10 בספטמבר. תוכנית הטיסה של מארינר הייתה כזו ששתי החלליות הפעילות ישוגרו לעבר נוגה בפרק זמן של 30 יום במסגרת חלון זמן זה, במסלולים שונים במקצת כך ששניהם יגיעו לכוכב הלכת המטרה בתוך תשעה ימים זה מזה, בין ה-8 ל-16 בדצמבר. קומפלקס השיגור 12 של קייפ קנוורל היה זמין לשיגור טילי אטלס-אג'ינה, ולקח 24 ימים להכין טילי אטלס-אג'נה לשיגור. משמעות הדבר הייתה מרווח שגיאה של 27 יום בלבד עבור לוח זמנים של שני שיגורים.

כל מארינר ישוגר למסלול חניה, ולאחר מכן יופעל שוב שלב האג'ינה שתשלח את מארינר בדרכה לנוגה (שגיאות במסלול יתוקנו על ידי שריפת מנועי המארינר באמצע המסלול). מעקב מכ"ם בזמן אמת אחר החללית מארינר בזמן שהייתה במסלול חניה ועם עזיבתה, מטווח הטילים האטלנטי, יספק מעקב מכ"ם בזמן אמת עם תחנות באסנשיון ובפרטוריה, בעוד שמצפה פאלומר סיפק מעקב אופטי. תמיכה בחלל העמוק סופקה על ידי שלוש תחנות מעקב ותקשורת בגולדסטון, קליפורניה, וומרה, אוסטרליה, ומצפה הכוכבים בסמוך ליוהנסבורג, דרום אפריקה, בפרישה על פני הגלובוס ביניהן של כ-120° לכיסוי רציף.

 כישלון השיגור 
ממוזער|אטלס-אג'ינה עם מארינר 1
שיגורו של מארינר 1 תוכנן לשעות הבוקר המוקדמות של ה-21 ביולי 1962. מספר עיכובים שנגרמו עקב בעיות במערכת פיקוד בטיחות הטווח עיכבו את תחילת הספירה לאחור בלילה שלפני כן. כ-79 דקות בלבד לפני השיגור, גרם נתיך שרוף במעגלי בטיחות השיגור לביטול השיגור. הספירה לאחור אופסה באותו לילה ונמשכה, עם מספר עצירות, מתוכננות ולא מתוכננות, עד הבוקר המוקדם של היום למחרת.

בשעת בוקר ב-22 ביולי 1962, שוגר משגר האטלס-אג'ינה עם מארינר 1. השיגור התנהל כולו לפי התוכנית עד למועד הפרדת המאיץ. במהלך שלב השיגור, החלה מערכת ההנחיה להוציא הוראות היגוי לא תקינות, מה שגרם לאטלס לנוע ימינה ושמאלה. מסלול הטיסה שלו החל להצביע כלפי מטה ושמאלה מהמקום בו היה אמור להיות, מה שיצר חשש שהוא עלול לפגוע בנתיבי הספנות הצפופים של האוקיינוס האטלנטי. קצין הבטיחות הורה לרקטה להשמיד את עצמה, חמש דקות לאחר השיגור ושש שניות בלבד לפני המועד בו ההשמדה לא תהיה אפשרית כאשר השלב השני של אג'ינה צפוי להיפרד מהאטלס.מערכת סיום הטיסה של אטלס תוכננה גם היא להשמיד את האג'ינה אם תופעל, אך לאג'ינה לא הייתה מערכת סיום טיסה משלה ולא ניתן היה להשמיד אותה לאחר זמן זה. אותות טלמטריה התקבלו מהגשושית למשך דקה וחצי נוספות. מנהל תוכנית מארינר, ג'ק ג'יימס, האמין שהשמדת הרקטה הייתה מיותרת ושהיא לא הייתה נוחתת בשום מקום מלבד באמצע האוקיינוס.

 סיבת התקלה 
בתחילה חשדו מהנדסי JPL על סמך הסטייה ההדרגתית ולא החדה ממסלולו, שהתקלה טמונה במשוואות הטיסה שהועלו למחשב ההנחיה מהקרקע במהלך עלייתו. נדרשו חמישה ימים של ניתוח לאחר הטיסה למהנדסי JPL לקבוע את גורם התקלה במארינר 1: שגיאה בלוגיקת מחשב ההנחיה בשילוב עם כשל חומרה.

מחשב ההנחיה השתמש בנתונים שהועברו אליו ממשואת הקצב של האטלס והשתמש במידע זה כדי להוציא פקודות היגוי. תוכנית ההנחיה הייתה אמורה להכיל מקף שהורה למחשב להתעלם מנתונים המגיעים ממשואת הקצב של האטלס אם היא תיכשל במהלך הטיסה (כדי למנוע שליחת פקודות שגויות), אך הוא הושמט בטעות מהתוכנית, שאותה הזין טכנאי בקייפ קנוורל למחשב מבלי להבין שיש בה טעות (טעות דומה פגעה בשיגורה של גשושית סובייטית פובוס 1 26 שנים מאוחר יותר).

במהלך עלייתו, איבד המאיץ של מארינר 1 לזמן קצר את נעילת ההנחיה עם הקרקע. מכיוון שזה היה מקרה די נפוץ, האטלס-אג'ינה תוכנן להמשיך במסלול מתוכנת מראש עד לחידוש נעילת ההנחיה עם הקרקע. עם זאת, כאשר הופעלה מחדש נעילת ההנחיה, גרמה לוגיקת ההנחיה הפגומה לתוכנית לדווח בטעות כי "המהירות משתנה בצורה לא יציבה ובלתי צפויה", דבר שהתוכנית ניסתה לתקן, מה שגרם להתנהגות לא יציבה של ממש, והביא להחלטה להשמדת הרקטה.

הלוגיקה השגויה שימשה בהצלחה בעבר לשיגורים במסגרת תוכנית ריינג'ר, אך משואת הקצב לא התקלקלה בהם, כך שהבעיה לא הופיעה שם. מערכת ההנחיה ששימשה בכלי הטיס אטלס-אג'ינה הייתה מקור מתמשך לבעיות, ופעלה באופן לא תקין בשיגורים רבים לאחר תחילת השימוש באטלס-אג'ינה בשנת 1960. מערכת ההנחיה נוצרה מהתאמה של מערכת ההנחיה קודמת ששימשה בטילי אטלס B,C ו-D, ואשר הוסבה לאלקטרוניקה המקורית של צינורות ואקום לטרנזיסטורים, אך השינוי בוצע בחיפזון ולא היה אמין. לאחר כשלים חוזרים ונשנים בהנחיה אטלס-אג'ינה, עוצבה מחדש מערכת ההנחיה במהלך 1963 כדי להתאים כראוי לאלקטרוניקה של טרנזיסטורים.

ההשפעות הקטסטרופליות של שגיאה קטנה "סיכמו את כל בעיית אמינות התוכנה" ותרמו לפיתוח תחום הנדסת התוכנה.

תיאורים פופולריים מאוחרים יותר של התאונה התייחסו לעיתים קרובות לסימן השגוי כ"מקף" (המתאר את הרכיב החסר בסמל) ולא כ"קו R"; אפיון שגוי זה הונע על ידי תיאורו של ארתור סי. קלארק את התקלה כ"מקף היקר ביותר בהיסטוריה".

 מוֹרֶשֶׁת 
אובדן החללית הבין-כוכבית הראשונה של אמריקה היווה נסיגה עבור נאס"א. התקרית הדגישה את החשיבות של תיקון וניפוי שגיאות יסודי של תוכנה לפני השיגור, כמו גם את הצורך לתכנן תוכנות כך ששגיאות קלות לא יוכלו לגרום לכשלים קטסטרופליים. ההליכים שיושמו כתוצאה מכך שירתו את נאס"א היטב, ובסופו של דבר הצילו את נחיתות הירח של פרויקט אפולו שבהן למרות שגיאות תוכנה בתוכנת רכב הנחיתה הירחי במהלך הנחיתה, הן לא גרמו לכישלון המשימה.

לאחר שהתגלתה במהירות טעות הלוגיקה, לא היה צורך בעיכוב מיותר. מארינר 2 הזהה כבר הייתה בהישג יד, ושיגור שני מאותו משטח היה אפשרי לפני סוף אוגוסט. ב-27 באוגוסט 1962 שוגרה בהצלחה חללית האחות של מארינר 1, והפכה ב-14 בדצמבר 1962 לחללית הראשונה שהחזירה נתונים מסביבת נוגה.

 קישורים חיצוניים 

 פרופיל המשימה של מארינר 1 על ידי חקר מערכת השמש של נאס"א
 סיכונים - תקציר פרטים על כישלון המארינר 1
 חיים מזר, פרויקט מרינר פרק 1, באתר הידען.
 ג'סיקה מקניל, מרינר 1 הושמד עקב שגיאת קוד, באתר EDN, 22 ביולי 2019
 מארינר - נוגה 1962, דו"ח סופי (שיגור מארינר 1 בעמוד 88),באתר נאס"א, יולי 1965

הערות שוליים

קטגוריה:משימות לחקר מערכת השמש
קטגוריה:משימות לחקר נוגה
קטגוריה:גשושיות אמריקאיות
קטגוריה:תוכנית מארינר
קטגוריה:באגים