| Námořník-4 | |
|---|---|
| Námořník 4 | |
| Vzhled Mariner-4 | |
| Zákazník | NASA |
| Operátor | Laboratoř proudového pohonu |
| rozpětí | Mars |
| Satelit | slunce |
| panel | Cape Canaveral LC13 |
| nosná raketa | Atlas D Agena D 289D (AA11) |
| zahájení | 28. listopadu 1964 14:22:05 UTC |
| ID COSPAR | 1964-077A |
| SCN | 00938 |
| Specifikace | |
| Hmotnost | 260,8 kg |
| Rozměry |
1,3 × 2,9 m SB rozpětí : 6,9 m |
| Napájení | 170 W |
| Orbitální prvky | |
| Hlavní osa | Najeto 199 591 220 km |
| Excentricita | 0,17024754 |
| Nálada | 2,51° |
| Období oběhu | 562 888 dní |
| apocentrum | 233 571 130 km |
| pericentrum | Najeto 165 611 300 km |
| jpl.nasa.gov/missions/ma... | |
| Mediální soubory na Wikimedia Commons | |
Mariner-4 ( Eng. Mariner 4 , lit. - námořník), je automatická meziplanetární stanice programu NASA Mariner Mars 1964. Sonda měla provádět vědecký výzkum Marsu z trajektorie průletu, přenášet informace o meziplanetárním prostoru a vesmíru kolem Marsu. Bylo plánováno pořídit snímky povrchu a provést experiment na rádiovém zatmění signálu ze stanice planetou, aby se získaly informace o atmosféře a ionosféře.
Mariner 4 je čtvrtá kosmická loď NASA ze série Mariner [1] . Mateřskou organizací pro návrh, výrobu a testování je Jet Propulsion Laboratory (JPL). Vývoj jednotlivých systémů prováděly různé průmyslové organizace. Vývoj vědeckých přístrojů probíhal za účasti vysokých škol.
Mariner 4 provedl první úspěšný průlet kolem Marsu 14. až 15. července 1965 a stal se první kosmickou lodí, která pořídila detailní snímky jiné planety a přenesla je na Zemi .
Tělo kosmické lodi má oktaedrický tvar o šířce 127 cm a výšce 45,7 cm. Skříň není utěsněná, vyrobena z hořčíkové slitiny, rozdělena do osmi oddílů, ve kterých je umístěno elektronické zařízení, kabely, korekční pohonný systém, plynové nádrže pro systém řízení polohy a ovládací zařízení. Na horní straně zařízení jsou připevněny čtyři solární panely o rozpětí 6,88 m (včetně solárních plachet namontovaných na vnějším okraji baterií). Parabolická anténa s vysokým ziskem 116,8 cm je namontována na horním povrchu vozidla a všesměrová anténa s nízkým ziskem je namontována na stožáru vysokém 223,5 cm namontovaném vedle parabolické antény. Ve středu spodního povrchu těla je instalována jednoosá skenovací platforma, která nasměruje televizní kameru na ní namontovanou na Mars . Celková výška zařízení je 2,89 metru a hmotnost 261 kg.
Napájení pro všechny systémy Mariner 4 zajišťovalo 28224 solárních článků sestavených do panelu 176 × 90 cm, který mohl v blízkosti Marsu generovat až 310 W, energie byla uložena v 1200 Wh stříbrno-zinkové baterii .
Ke korekci trajektorie byl použit motor, který vyvinul tah 222 N , který běžel na jednosložkové palivo - hydrazin .
Kompletní tříosá orientace kosmické lodi byla provedena 12 mikromotory poháněnými stlačeným dusíkem , které byly namontovány na koncích solárních panelů. Orientační systém měl tři gyroskopy. Informace o orientaci poskytovaly čtyři sluneční senzory a buď senzor Země nebo senzor hvězdy Canopus nebo senzor Mars (podle toho, kde se kosmická loď nacházela). Mariner 4 byla první kosmická loď, která používala hvězdu jako referenční bod pro orientační systém. V kosmických lodích, které byly satelity Země nebo letěly k Měsíci nebo Venuši, byly pro orientaci použity: Země , Měsíc a Venuše , ale pouze část z nich osvětlena Sluncem. Během letu na Mars byly Země i Mars příliš slabé na to, aby zachytily senzory systému řízení polohy. Byl požadován další jasný objekt, umístěný pod velkým úhlem ke Slunci, a Canopus , druhá nejjasnější hvězda na obloze po Siriusovi, tyto požadavky splnil. Následně byl Canopus použit jako referenční bod v dalších vesmírných programech [2] . Solární plachty, každá 0,65 m², byly připevněny k vnějším okrajům solárních panelů. Solární plachty byly prvky pomocného pasivního orientačního systému.
Komunikační zařízení na Mariner 4 sestávalo z duplikovaného rádiového vysílače v pásmu S a jednoho rádiového přijímače. Zařízení mohlo odesílat a přijímat data prostřednictvím všesměrové antény s nízkým ziskem a antény s vysokým ziskem při 8⅓ a 33⅓ b/s. Data bylo také možné ukládat pro pozdější přenos na palubní kotoučový magnetofon s kapacitou 5240 tisíc bitů.
Činnost veškeré elektroniky byla pod kontrolou velitelského subsystému, který dokázal zpracovat jakýkoli z příkazů přijatých ze Země (29 příkazů ve formě slov nebo 3 příkazy s číselnou hodnotou nutnou k provedení korekce trajektorie). Centrální počítač a programově-časové zařízení zpracovávaly servisní příkazy uložené v paměti a spouštěné sekvenčně v určitých časových intervalech. Jako časová reference byla použita hodinová frekvence 38,4 kHz.
Teplotní režim byl zachován pomocí žaluziových panelů instalovaných přes 6 oddílů s elektronikou, dále vícevrstvou tepelnou izolací, ochrannými clonami z leštěného hliníku a speciálním zpracováním vnějších povrchů.
Elektronické vybavení Mariner-4 je vyrobeno na diskrétních prvcích. Integrované obvody nebyly použity. Celkový počet elektronických součástek (kondenzátory, rezistory, diody, tranzistory atd. 39220). Elektronické zařízení fungovalo ve vakuu, pouze palubní magnetofon měl zapečetěnou skříň.
Na Mariner-4 jsou nainstalovány následující vědecké přístroje:
Bylo také plánováno nainstalovat na Mariner-4 ultrafialový fotometr pro hledání atomárního vodíku a kyslíku v horních vrstvách atmosféry. Při závěrečné kontrole sestavené kosmické lodi však ultrafialový fotometr po 30 hodinách v hlubokém vakuu začal selhávat s nestabilitou, která představovala nebezpečí pro elektroniku kosmické lodi. Nebyl čas na přepracování a přezkoušení, zda má být Mariner 4 připraven na plánovaný start, a tak musel být vědecký přístroj z kosmické lodi odstraněn. Bylo nahrazeno nefunkčním uspořádáním namísto elektronické jednotky fotometru a uspořádáním snímačů na snímací platformě tak, aby nedošlo k narušení její mechanické a tepelné rovnováhy.
Start 5. listopadu 1964 Mariner 3 , předchozí kosmické lodi ze série Mariner, skončil abnormálně kvůli tomu, že se neoddělila ochranná kapotáž. Po analýze příčin selhání startu Lockheed navrhl, vyrobil a otestoval nový kryt z hořčíkové slitiny, který nahradí plastový kryt použitý při nouzovém startu. Kromě toho byl eliminační povelový systém horního stupně Agena D nahrazen automatickým systémem, který částečně kompenzoval nárůst hmotnosti způsobený novou kapotáží.
Start se uskutečnil z místa startu Cape Canaveral ve 14:22:01 UTC 28. listopadu 1964 nosnou raketou Atlas D s horním stupněm Agena D. Kapotáž, která chránila kosmickou loď před zahřátím během prvních minut jejího letu v atmosféře, byla shozena v předem stanovenou dobu po startu. Horní stupeň Agena D /Mariner 4 se oddělil od nosné rakety Atlas D ve 14:27:23 UTC . Horní stupeň Agena D fungoval od 14:28:14 do 14:30:38 UTC a uvedl skupinu na referenční oběžnou dráhu kolem Země. Druhý start horního stupně, od 15:02:53 do 15:04:28 UTC , vynesl skupinu na letovou dráhu k Marsu . Mariner 4 se oddělil od horního stupně v 15:07:09 UTC . Solární panely se rozvinuly v 15:15:00 UTC ao 16 minut později byly vhodnou orientací celé kosmické lodi nasměrovány ke Slunci . Poté začal Mariner 4 operovat v režimu meziplanetárního letu.
Po zaměření Slunce následovalo hledání druhého referenčního bodu, kterým byla hvězda Canopus . Sledovač hvězd byl vyladěn tak, aby reagoval na jakýkoli objekt jasnější než jedna osmina jasnosti Canopusu a tmavší než osminásobek jeho jasnosti. Pokud je Mariner 4 orientován ke Slunci, kromě Canopusu bylo 6 takových objektů viditelných pro sledování hvězd. „Přeskočit“ k nalezení Canopusu trvalo více než den, protože senzor zachytil další objekt: světlo z blízké Země , hvězdy Alderamin , Regulus , Naos , Gamma v souhvězdí Plachty [2] [3] .
Na začátku letu se často vyskytoval signál chyby náklonu, což způsobilo, že sledovač hvězd ztratil zaměření na Canopus. Navádění bylo ztraceno šestkrát za méně než tři týdny, pokaždé vyžadovalo postupnou sérii rádiových příkazů k jeho obnovení. Po prostudování poruchy došli odborníci k závěru, že toto chování Marineru 4 bylo způsobeno malými částicemi, které se z neznámých důvodů oddělily od kosmické lodi a unášely se v zorném poli hvězdného sledovače. Sluneční světlo odražené od částic se projevilo jako záře ekvivalentní záři jasné hvězdy, takže průchod částice v zorném poli senzoru způsobil signál chyby orientace náklonu. Když jasnost částice přesáhla horní hranici osminásobku jasnosti Canopusu, kosmická loď se k ní automaticky přestala orientovat a začala se otáčet ze strany, aby hledala novou hvězdu. Rozkaz k odstranění horní hranice byl vyslán 17. prosince 1964. Limit byl původně zaveden, aby zabránil orientaci hvězdného sledovače k Zemi , ale po odletu z ní nebyl vyžadován. U Canopusu nedošlo k žádným dalším ztrátám navádění, i když se před setkáním s Marsem objevil ještě 38krát signál o chybě orientace v rolování [2] .
Let na Mars trval 7½ měsíce. Ve střední části byla korigována trajektorie. Původně se plánovalo, že se bude konat 4. prosince 1964, ale kvůli ztrátě zaměření hvězdného sledovače na Canopus byla oprava odložena. Oprava byla provedena 5. prosince. Korekční manévr spočíval ve změně orientace kosmické lodi do přesně definovaných úhlů (naklonění o −39,16 stupňů a naklonění o 156,08 stupňů), spuštění motoru na 20,07 sekund a obnovení původní orientace pomocí naklánění a sklonu. Změny rychlosti vzduchu byly provedeny s chybou menší než 2,5 %, zatáčky náklonu a sklonu s chybou menší než 1 %. Mariner 4 po úspěšném korekčním manévru proletěl poblíž Marsu ve vzdálenosti blízké původně plánované.
Mariner 4 letěl poblíž Marsu ve dnech 14. až 15. července 1965. 14. července v 15:41:49 UTC byl Mariner 4 přepnut do režimu planetárního průzkumu. Televizní kamera zahájila svou práci v 00:18:36 UTC 15. července, bylo přijato 21 úplných záběrů a 22 dílčích záběrů (21 řádků). Fotografie byly pořízeny přes červené nebo zelené filtry, přičemž dvojice z nich se překrývaly, aby se získalo více informací o barvě povrchu. Počet obrazových prvků byl 200×200, počet úrovní jasu byl 64 (240 000 bitů, 200 řádků po 200 pixelech, 6 bitů na pixel). Snímky byly umístěny na povrchu Marsu podél úzkého přerušovaného oblouku. Oblouk začal od 40° N. zeměpisná šířka, 170° východní délky D., překročil rovník, prošel blízko 35 ° j. š. zeměpisná šířka, 200° východní délky a překročil terminátor na 50° S. zeměpisné šířky, 255° východní délky e. Snímky zaznamenávají asi 1 % celého povrchu planety. První snímek ukazuje jasnou končetinu (okraj) Marsu, snímek 19 zachycuje večerního terminátora a poslední tři, tzn. 20,21,22, dopadají na neosvětlené plochy. Pořízené snímky byly uloženy na palubní magnetofon . Snímky byly pořízeny z různých vzdáleností, přičemž minimum bylo 11 800 km. 15. července v 01:00:57 UTC prolétla sonda z Marsu ve vzdálenosti 9846 km. Ve 2:19:11 UTC byl Mariner 4 za Marsem, signál ze zařízení se zastavil. V 03:13:04 UTC se signál ze zařízení obnovil. Po průletu poblíž Marsu byl Mariner 4 přepnut do letového režimu po meziplanetární trajektorii. Přenos snímků na Zemi začal 8,5 hodiny po obnovení signálu a pokračoval až do 3. srpna. Přenést jeden obrázek rychlostí 8,33 bps trvalo 8,66 hodiny. Všechny snímky byly přeneseny dvakrát, aby se zajistilo, že nebudou chybět nebo poškozena data. Přenos snímků probíhal ze vzdálenosti více než 216 milionů km.
Mariner 4 úspěšně dokončil většinu svého plánovaného průzkumu Marsu.
30. srpna 1965 byla obloha prozkoumána. Vysílání na Zemi prvních pěti snímků, které byly získány na všech úrovních zesílení televizního zařízení, skončilo 2. září. Protože v zorném poli televizní kamery nebyly žádné jasné hvězdy, byla získána data týkající se pouze elektroniky. První pokus o natáčení oblohy 21. srpna, kdy jasná hvězda Altair spadla do zorného pole a bylo možné získat informace týkající se optického systému televizní kamery a elektroniky, byl přerušen kvůli poruchám na pozemní sledovací stanici. . Průzkum byl nezbytný, aby bylo možné poskytnout "vnitřní pohled" na možné rozmazání snímků Marsu. Možné zamlžení bylo výsledkem nějakého neznámého procesu v televizním zařízení.
V září signál z Mariner-4 neustále slábl, protože chyba v orientaci parabolické antény k Zemi narůstala a k 1. říjnu se blížil prahu citlivosti přijímače sledovací stanice Goldstone. 1. října, kdy byl Mariner 4 ve vzdálenosti 309,2 milionů km, byly vysílač a přijímač na příkaz ze Země přepnuty na anténu s nízkým ziskem (pro zajištění obnovení řízení kosmické lodi v roce 1967) a příjem telemetrie z kosmická loď se zastavila ve 22:05:07 UTC . [čtyři]
Kontakt s Mariner 4 byl obnoven ve druhé polovině roku 1967.
Ve dnech 12. až 21. srpna byl proveden nepřetržitý příjem dat z Mariner-4 a Mariner-5. V této době byly Mariner 5, Země a Mariner 4 umístěny podél přímky probíhající radiálně od Slunce. Největší zájem byl o údaje o slunečním větru a magnetickém poli.
15. září zaregistroval detektor kosmického prachu 17 dopadů mikrometeoritu za 15 minut. Mikrometeoritový roj změnil orientaci kosmické lodi a pravděpodobně mírně poškodil její tepelnou ochranu. Později vědci navrhli, že sonda proletěla poblíž pozůstatků komety D/Swift a proletěla ve vzdálenosti asi 20 milionů km od jejího jádra [5] [6] .
25. října byla provedena druhá korekce trajektorie. Vzhledem k tomu, že Mariner 4 byl v letu více než dva roky, úspěšná činnost korekčního pohonného systému poskytla důležité informace použitelné pro budoucí vesmírné programy.
26. října byla rychlost přenosu dat změněna z 33 bps na 8 bps, aby bylo možné přenést na Zemi jeden páskový snímek Marsu. Kosmická loď úspěšně přenesla druhou polovinu snímku 16 a první polovinu snímku 17.
7. prosince skončil stlačený dusík pro systém řízení polohy. Ve dnech 10. a 11. prosince bylo zaznamenáno celkem 83 dopadů mikrometeoritů, které změnily orientaci Marineru 4, což vedlo ke snížení výkonu rádiového signálu přijímaného z kosmické lodi. 21. prosince 1967 komunikace s Mariner 4 ustala.
Kosmická loď je v současné době na heliocentrické oběžné dráze [7] .
Celkové množství dat přenesených Marinerem-4 na Zemi činilo více než 50 milionů bitů (asi 6 megabajtů ). Za 307 dní od 28. listopadu 1964 do 1. října 1965 bylo přijato asi 50 milionů bitů. Všechny vědecké přístroje fungovaly normálně, kromě Geigerova počítače , který selhal v únoru 1965. Dne 8. prosince 1964 navíc došlo k poruše slunečního plazmového detektoru kvůli prasknutí rezistoru ve vysokonapěťovém obvodu, ale inženýři byli schopni detektor překalibrovat s ohledem na tuto poruchu a správně interpretovat získaná data [8 ] .
Kvalita získaných snímků Marsu byla nízká. Zpracování digitálních dat v počítači trvalo dlouho, aby se odstranily vady a šum a také se zvýšil kontrast snímků. Závěrečná zpráva se zpracovanými snímky byla zveřejněna v prosinci 1967. Na prvních sedmi snímcích Marsu je zenitová vzdálenost Slunce malá, ne více než 30°, a proto reliéf vytváří málo stínů. Jak se zkoumané oblasti pohybovaly na jižní polokouli, výška Slunce se zmenšovala a zmenšovala a snímek 19 spadá do oblasti soumraku. Na obrázku 3 je první rozpoznatelný detail reliéfu - část elipsovité prohlubně Ork (patera) , jejíž rozměry jsou 380x140 km. Nejzajímavější je 11 snímků – od 5 do 15. Obrázek 5 poprvé ukazuje marťanské krátery. Na obrázku 7 je povrch hustě posetý krátery. Obrázek 9 ukazuje shluky kráterů. Obrázek 11 jasně ukazuje velký kráter o průměru 156,58 km (souřadnice středu kráteru 34,68° j. š. a 195,76° z. d.) a všechny krátery o průměru větším než 5 km. Slunce bylo nízko (vzdálenost zenitu 47°), oblast byla fotografována ze vzdálenosti 12 500 km a pokrývá plochu přibližně 270 km na 240 km. Velký kráter se jmenuje Mariner po Mariner 4. Obrázek 14 ukazuje krátery s ojíněnými hřebeny (nepřekvapivě uprostřed zimy na jižní polokouli) a jasně osvětlenými centrálními pahorky, protože Slunce bylo poměrně nízko (vzdálenost 60° zenitu). Obrázek 15 má také krátery obklopené bílým prstencem - Slunce zde bylo ještě níže (zenitová vzdálenost 66°).
Na snímcích pořízených Marinerem 4 je povrch Marsu s krátery velmi podobný povrchu Měsíce . Informace z Mariner 6 a Mariner 7 ale ukázaly, že takový povrch není na celém Marsu, ale pouze ve starších oblastech vyfotografovaných Marinerem 4. Závoj byl zaznamenán na snímcích Mariner 4, což vedlo k závěru, že na Marsu je mlhavá atmosféra až do výše 150 km. Mariner 6 a Mariner 7, na kterých na snímcích není závoj, však zákal atmosféry vyvrátily. Optika televizní kamery Mariner-4 byla zřejmě kontaminována. [9]
Na základě experimentu rádiového zákrytu bylo zjištěno, že atmosféra Marsu nepřesahuje 1 % zemské hustoty a skládá se převážně z oxidu uhličitého (při zohlednění spektroskopických pozorování ze Země bylo zjištěno, že oxid uhličitý je nejméně 80 %). Atmosférický tlak v místě vstupu Marineru 4 nad Mars je asi 4,9 milibarů (490 Pa), v bodě východu Slunce asi 8,4 milibarů (840 Pa). Před letem Mariner 4 se astronomové domnívali, že atmosférický tlak na Marsu je asi 85 milibarů a atmosféra Marsu se skládá hlavně z dusíku. Je také stanoveno, že denní teplota byla -100 stupňů Celsia.
Magnetická pole [10] [11] , radiační pásy Marsu [12] a prachové pásy nebyly detekovány.
Krátery a řídká atmosféra [9] [13] jsou znaky planety, která je vystavena drsným podmínkám vesmíru, a rozptylují naděje na nalezení inteligentního života na Marsu. Obrázky planety změnily názor vědecké komunity na život na Marsu [3] [14] . Po letu Marineru 4 většina vědců dospěla k závěru, že pokud by na Marsu existoval život, jeho formy by byly menší a primitivnější.
Hledání života na Zemi pomocí několika tisíc kilometrových fotografií pořízených z meteorologických družic na drtivé většině těchto fotografií neodhalilo žádné jeho známky, proto by podle jiných vědců na základě 22 fotografií pořízených Marinerem 4 mohlo nelze považovat za inteligentní, že na Marsu nebyl žádný život [15] .
Obrázek 1. Ručně kolorovaný výtisk digitálně získaných dat z prvního snímku Mariner 4. První detailní snímek Marsu pořízený předtím, než byla data převedena na fotografii.
Obrázek 1. Vůbec první snímek Marsu pořízený kosmickou lodí z blízké vzdálenosti. Snímek pokrývá asi 330 km na šířku a 1200 km od končetiny k dolnímu okraji. Kontrast je umocněn zpracováním digitálně získaných dat v počítači.
Kombinovaná fotografie skládající se z 1 a 2 snímků, je vidět atmosféra Marsu.
Kombinovaná fotografie skládající se z 9 a 10 snímků.
Snímek 11.
Kombinovaná fotografie skládající se z 11 a 12 snímků.
Snímek 15.
| Mariner program NASA _ _ | |
|---|---|
| Průzkum Marsu kosmickou lodí | |
|---|---|
| Letící | |
| Orbitální | |
| Přistání | |
| rovery | |
| Marshalls | |
| Plánováno |
|
| Doporučeno |
|
| Neúspěšný | |
| Zrušeno |
|
| viz také | |
| Aktivní kosmické lodě jsou zvýrazněny tučně | |
| |
|---|---|
|
| |
| Vozidla vypuštěná jednou raketou jsou oddělena čárkou ( , ), starty jsou odděleny interpunkcí ( · ). Lety s posádkou jsou zvýrazněny tučně. Neúspěšné spuštění je označeno kurzívou. | |