水手4號

**水手 4 號**（英語：**Mariner 4**）是一系列以飛越模式進行行星探索的太空飛行器中的第四個，並且是第一個成功飛越火星的太空船。它回傳了第一張火星表面的照片，並且是第一張從地球以外另外一個行星上拍的照片。同時，這張充滿了隕石坑、死寂世界的照片，震驚了科學界。

水手 4 號的設計，為執行近距離火星科學觀測，並將結果傳回地球。其它的任務目標，包括在火星附近執行行星際的地表及粒子測量，並提供進行長途星際飛行的工程技術的經驗及知識。

## 太空船本體及子系統

**水手 4 號**太空船由八角形鎂合金結構組成，對角線長度 1270 公釐，高度 457 公釐。上面有四個長度為 6.88 公尺的太陽能面板，包括在期末端伸展的太陽壓力翼片。上方亦置有一直徑 1168 公釐的高增益碟形天線
拋物面天線)。一個低增益全向天線 (omnidirectional antenna) 置於高增益天線旁的一 2235 公釐高天線桿。太空船總高度為 2.89 公尺。太空船底部的中間有一個電視相機（television camera）置於掃描平台（scan platform）上。八角形框架裡容納了電子器材、纜線、中途推進系統（midcourse propulsion system）、及姿勢控制氣體供應調節器。大部份的科學儀器置於框架的外面。科學儀器，除了電視相機之外，還有磁力計、塵埃偵測器、宇宙射線望遠鏡、（trapped radiation detector）、太陽電漿偵測器（solar plasma probe）及離子室 (蓋格計數器)。

電力由四個 176 x 90 公分的太陽能面板裡的 28,224 個太陽能電池提供，在火星上總共可提供 310 瓦電力。一個可充電的 1200 瓦小時的銀─鋅電池也可做操縱及備份用。單元推進劑聯氨用來推進，藉由裝於八角形結構的一邊上的 1 個 4 噴射翼片引導控制 222 牛頓馬達 。姿勢控制由置於太陽能板底部及 3 個迴轉儀的 12 個冷氨氣噴嘴提供。太陽輻射壓力翼片（ Solar pressure vanes）每片各有 0.65 平方公尺面積，附在太陽能板的尖端。位置資訊由四個太陽感應器、一個地球感應器、一個火星感應器及一個船底座 α(老人星) 感測器提供。

通訊裝備由一個雙 S 頻 7 瓦 triode cavity amp/10 W TWTA 發射器及一個單接受器組成，可由低、高增益天線以 8⅓ 或 33⅓ 位元 / 秒速度傳送及接收資料。資料也可儲存於一個容量為 5.24 MBits 的磁帶記錄器（tape recorder），稍後再傳送。所有的動作由一個指令子系統控制，可處理任何 29 個 direct command words 或三個 quantitative word commands，實施中途操縱功能。中央處理電腦及定序器（sequencer）操作已儲存的時間序列指令（time-sequence commands），以 38.4kHz 的同步頻率做為時間參考。溫度的控制藉由使用可調整的天窗、多層隔熱毯、鋁護罩及表面處理達成。

## 任務簡介

發射後，包覆水手 4 號的保護罩被拋棄。世界標準時間 1964 年 11 月 28 日 14:27:23，愛琴娜 D / 水手 4 從擎天神 D 推進器分離。愛琴娜 D 的第一次燃燒從 14:28:14 至 14:30:38，將太空船推到了地球停泊軌道（Earth parking orbit），第二次燃燒從 15:02:53 至 15:04:28，將太空船投入火星轉移軌道（Mars transfer orbit）。水手 4 號於 15:07:09 從 Agena D 分離並開始巡航模式運轉。15:15:00，太陽能板展開，掃描平台拉開，16 分鐘之後獲捕太陽（Sun acquisition）。

在包括 1964 年 12 月 5 日的一次中途操縱（midcourse maneuver）在內的 7.5 個月航程後，太空船於 1965 年 7 月 14 日、7 月 15 日飛越火星。7 月 14 日 15:41:49 UT 啟動行星科學模式。相機序列從 7 月 15 日 00:18:36 UT (7 月 14 日美國東海岸時間下午 7:18:49) 交替以紅綠濾鏡取得 21 張照片及第 22 張照片的前 21 行。相片涵蓋了火星地表上斷續的長列，從接近 40° N, 170° E 到 35° S, 200° E，並且在 50° S, 255° E 橫越過日夜境界線，相當於這顆行星的 1% 表面。最接近火星表面的距離為 9,846 公里，當時為 1965 年 7 月 15 日 01:00:57 UT (7 月 14 日美國東海岸時間下午 8:00:57) 飛越期間取得的照片先儲存於太空船上的磁帶記錄器中。02:19:11 UT，水手 4 號通過火星背面，無線電訊息因而消失。訊號於 03:13:04 UT 太空船重新出現後，再次取得。再度啟動巡航模式。訊號再次取得後約 8.5 小時，磁帶中的照片開始傳回地球，並且一直持續至 8 月 3 日。所有的照片都傳送兩次以確保沒有資料遺失或損毀。

太空船成功地執行了所有規劃的活動，並且回傳了有用的資料從發射至 1965 年 10 月 1 日，當時距離地球 309.2 百萬公里而天線方向使訊號取得暫時停止。資料獲取（Data acquisition）從 1967 年後期回復。宇宙塵埃偵測器在 9 月 15 日的 15 分鐘內記錄了 17 次，這一場明顯的微隕石雨暫時地改變了太空船姿勢而且很有可能稍微損害了溫度防護罩。後來推測太空船曾近距離飛越（估計 2000 萬公里）了粉碎的彗星 D/Swift 或它的殘骸。

12 月 7 日，姿勢控制系統裡的氣體已經用完了，接下來 12 月 10 日及 11 日發生了 83 次有記錄的微隕石撞擊，造成高度擾動及訊號強度的降低。1967 年 12 月 21 日，與水手 4 號失去連絡。

## 結果

任務中所有傳回的資料共計 5.2 MBits。所有操作的實驗都成功，除了離子室 / 蓋格計數器在 1965 年 2 月壞掉以及電漿偵測器因電阻在 1964 年 12 月 6 日壞掉而效能降低。傳回的照片顯示類似月球的隕石坑地貌（在後來的任務中發現這在火星上並不是典型的，而只是存在於水手 4 號拍攝到的古老地區）　此次任務中估計表面大氣壓為 4.1 至 7.0 毫巴（410 至 700 帕），白天氣溫攝氏 - 100 度，沒有偵測到磁場。

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隕石坑與稀薄的大氣層顯示出一個暴露在嚴峻的太空中，相當不活躍的行星，使在火星上找尋智慧生物的希望基本上破滅。火星上的生命曾經是幾世紀以來科幻小說的主題，但在水手 4 號任務後，一般認為如果火星上有生命，它大概會以更小、更簡單的形式存在。

水手 4 號導致了科幻小說的改變，從原本描述有智慧的外星人居住在太陽系其它行星上，到後來改為描述他們居住在其它恆星系統的行星上。

水手 4 號總花費約為 8230 萬美元。整個水手號太空船系列（從水手 1 號至水手 10 號）的總研究、開發、發射及支援花費接近 5 億 5400 萬美元。

## 參閱

* 火星探測
* 水手 6 號
* 太空探索
* 非載人宇宙飛船
* 太陽系探測器列表

## 參考資料

## 外部連結

* NASA-JPL Guide to _Mariner 4_
* To Mars- The Odyssey of Mariner IV - Jan 1965 (PDF) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Processed images and mosaics from the _Mariner 4_ mission to Mars