Mariner-4 | |
---|---|
Mariner 4 | |
| |
Kunde | NASA |
Operatør | Jet Propulsion Laboratory |
span | Mars |
Satellit | sol |
affyringsrampe | Cape Canaveral LC13 |
løfteraket | Atlas D Agena D 289D (AA11) |
lancering | 28. november 1964 14:22:05 UTC |
COSPAR ID | 1964-077A |
SCN | 00938 |
specifikationer | |
Vægt | 260,8 kg |
Dimensioner |
1,3 × 2,9 m SB- spændvidde : 6,9 m |
Strøm | 170 W |
Orbitale elementer | |
Hovedakse | 199 591 220 km |
Excentricitet | 0,17024754 |
Humør | 2,51° |
Omløbsperiode | 562.888 dage |
apocenter | 233 571 130 km |
pericenter | 165.611.300 km |
jpl.nasa.gov/missions/ma... | |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Mariner-4 ( Eng. Mariner 4 , lit. - sailor), er en automatisk interplanetarisk station i NASA Mariner Mars-programmet fra 1964. Rumfartøjet var beregnet til at udføre videnskabelig forskning på Mars fra en forbiflyvningsbane, transmittere information om interplanetarisk rum og rum omkring Mars. Det var planlagt at tage billeder af overfladen og udføre et eksperiment på radioformørkelsen af et signal fra stationen ved planeten for at få information om atmosfæren og ionosfæren.
Mariner 4 er det fjerde NASA-rumfartøj i Mariner-serien [1] . Moderorganisationen for design, fremstilling og test er Jet Propulsion Laboratory (JPL). Udviklingen af individuelle systemer blev udført af forskellige industriorganisationer. Udviklingen af videnskabelige instrumenter blev udført med deltagelse af højere uddannelsesinstitutioner.
Mariner 4 foretog den første vellykkede forbiflyvning af Mars den 14.-15. juli 1965 og blev det første rumfartøj til at tage nærbilleder af en anden planet og sende dem til Jorden .
Rumfartøjets krop har en oktaedrisk form 127 cm bred diagonalt og 45,7 cm høj. Huset er ikke forseglet, lavet af magnesiumlegering, opdelt i otte rum, hvori elektronisk udstyr, kabler, korrigerende fremdriftssystem, gastanke til indstillingskontrolsystemet og kontrolenheder er placeret. Fire solpaneler med en spændvidde på 6,88 m (inklusive solsejl monteret på yderkanten af batterierne) er fastgjort til toppen af enheden. En 116,8 cm højforstærket parabolantenne er monteret på toppen af køretøjet, og en omnidirektional antenne med lav forstærkning er monteret på en 223,5 cm høj mast monteret ved siden af parabolantennen. En enkelt-akset scanningsplatform er installeret i midten af den nederste overflade af kroppen, som dirigerer et tv-kamera monteret på den til Mars . Enhedens samlede højde er 2,89 meter, og vægten er 261 kg.
Strøm til alle Mariner 4-systemer blev leveret af 28224 solceller samlet i et 176 × 90 cm panel, som kunne generere op til 310 W nær Mars, energien blev lagret i et 1200 Wh sølv-zink batteri .
For at rette op på banen blev der brugt en motor, der udviklede 222 N tryk, som kørte på en enkeltkomponent brændstof- hydrazin .
Den fuldstændige, treaksede orientering af rumfartøjet blev opnået af 12 komprimerede nitrogendrevne mikromotorer , der var monteret i enderne af solpanelerne. Orienteringssystemet havde tre gyroskoper. Orienteringsinformation blev leveret af fire solsensorer og enten en jordsensor eller en Canopus- stjernesensor eller en Mars-sensor (afhængigt af hvor rumfartøjet var placeret). Mariner 4 var det første rumfartøj, der brugte en stjerne som referencepunkt for et orienteringssystem. I rumfartøjer, der var jordens satellitter eller fløj til Månen eller Venus, blev følgende brugt til orientering: Jorden , Månen og Venus , men kun en del af dem blev oplyst af Solen. Under flyvningen til Mars var både Jorden og Mars for svage til at fange holdningskontrolsystemets sensorer. Et andet lysstærkt objekt var påkrævet, placeret i en stor vinkel i forhold til Solen, og Canopus , den næstklareste stjerne på himlen efter Sirius, opfyldte disse krav. Efterfølgende blev Canopus brugt som referencepunkt i andre rumprogrammer [2] . Solsejl på hver 0,65 m² blev fastgjort til yderkanterne af solpanelerne. Solsejl var elementer i et passivt hjælpeorienteringssystem.
Kommunikationsudstyret på Mariner 4 bestod af en duplikeret S-bånds radiosender og en radiomodtager. Udstyret kunne sende og modtage data gennem en omnidirektional antenne med lav forstærkning og en antenne med høj forstærkning ved henholdsvis 8⅓ og 33⅓ bps. Data kan også gemmes til senere transmission på en indbygget spole til spole båndoptager med en kapacitet på 5240 tusinde bits.
Driften af al elektronik var under kontrol af kommando-undersystemet, som kunne behandle enhver af de kommandoer, der blev modtaget fra Jorden (29 kommandoer i form af ord eller 3 kommandoer med en numerisk værdi, der er nødvendig for at udføre en banekorrektion). Den centrale computer og programtidsenheden udarbejdede servicekommandoerne, der var gemt i hukommelsen og udført sekventielt med bestemte tidsintervaller. En klokfrekvens på 38,4 kHz blev brugt som tidsreference.
Temperaturregimet blev opretholdt gennem brug af lukkede paneler installeret over 6 rum med elektronik, samt flerlags termisk isolering, beskyttelsesskærme lavet af poleret aluminium og speciel behandling af udvendige overflader.
Det elektroniske udstyr i Mariner-4 er lavet på diskrete elementer. Integrerede kredsløb blev ikke brugt. Det samlede antal elektroniske komponenter (kondensatorer, modstande, dioder, transistorer osv. 39220). Elektronisk udstyr arbejdede i et vakuum, kun den indbyggede båndoptager havde en forseglet kasse.
Følgende videnskabelige instrumenter er installeret på Mariner-4:
Det var også planlagt at installere et ultraviolet fotometer på Mariner-4 for at søge efter atomart brint og oxygen i den øvre atmosfære. Men under det sidste tjek af det samlede rumfartøj begyndte det ultraviolette fotometer efter 30 timer i dybt vakuum at svigte med ustabiliteter, der udgjorde en fare for rumfartøjets elektronik. Der var ikke tid til at redesigne og genteste, hvis Mariner 4 skulle være klar til den planlagte opsendelse, og derfor måtte det videnskabelige instrument fjernes fra rumfartøjet. Den blev erstattet med et ikke-fungerende layout i stedet for fotometerelektronikenheden og et sensorlayout på scanningsplatformen for ikke at forstyrre dens mekaniske og termiske balance.
Opsendelsen den 5. november 1964 af Mariner 3 , det tidligere rumfartøj i Mariner-serien, endte unormalt på grund af det faktum, at den beskyttende kåbe ikke adskilte. Efter at have analyseret årsagerne til lanceringsfejlen designede, fremstillede og testede Lockheed en ny magnesiumlegeringsbeklædning til at erstatte plastikbeklædningen, der blev brugt i nødopsendelsen. Derudover blev Agena D -systemet til eliminering af det øverste trin erstattet af et automatisk system, som delvist kompenserede for vægtstigningen forårsaget af den nye kåbe.
Opsendelsen fandt sted fra Cape Canaveral affyringsstedet kl . 14:22:01 UTC den 28. november 1964 af en Atlas D løfteraket med en Agena D øverste trin . Den kåbe, der beskyttede rumfartøjet mod opvarmning i de første minutter af dets flyvning i atmosfæren, blev droppet på et forudbestemt tidspunkt efter opsendelsen. Agena D /Mariner 4 Upper Stage blev adskilt fra Atlas D løfteraket kl. 14:27:23 UTC . Agena D- øverste trin fungerede fra 14:28:14 til 14:30:38 UTC og satte gruppen i en referencebane rundt om Jorden. Den anden lancering af den øverste etape, fra 15:02:53 til 15:04:28 UTC , satte flokken på en flyvesti til Mars . Mariner 4 blev adskilt fra det øverste trin kl. 15:07:09 UTC . Solpanelerne foldede sig ud kl. 15:15:00 UTC og 16 minutter senere, ved passende orientering af hele rumfartøjet, blev de rettet mod Solen . Så begyndte Mariner 4 at operere i interplanetarisk flyvetilstand.
Efter at have sigtet mod Solen fulgte søgningen efter et andet referencepunkt, som var stjernen Canopus . Stjernesporeren var indstillet til at reagere på ethvert objekt, der var lysere end en ottendedel af lysstyrken af Canopus og mørkere end otte gange dets lysstyrke. Ud over Canopus var der 6 sådanne objekter synlige for stjernesporeren, hvis Mariner 4 er orienteret mod Solen. Det tog mere end en dag at "hoppe" at finde Canopus, da sensoren fangede et andet objekt: lys fra den nærliggende Jord , stjernerne Alderamin , Regulus , Naos , Gamma i stjernebilledet Sejl [2] [3] .
I begyndelsen af flyvningen opstod der ofte et rullestillingsfejlsignal, som fik stjernesporeren til at miste peget på Canopus. Vejledning gik tabt seks gange på mindre end tre uger, hver gang krævede en række radiokommandoer for at genoprette den. Efter at have studeret funktionsfejlen kom eksperter til den konklusion, at denne adfærd af Mariner 4 skyldtes små partikler, der af ukendte årsager adskilte sig fra rumfartøjet og drev i stjernesporerens synsfelt. Sollyset, der blev reflekteret fra partiklerne, manifesterede sig som en glød svarende til gløden fra en lys stjerne, så passagen af en partikel i sensorens synsfelt forårsagede et rulleorienteringsfejlsignal. Når lysstyrken af en partikel overskred den øvre grænse på otte gange lysstyrken af Canopus, stoppede rumfartøjet automatisk med at orientere sig mod den og begyndte en bankdrejning for at søge efter en ny stjerne. Radiokommandoen til at fjerne den øvre grænse blev sendt den 17. december 1964. Grænsen blev oprindeligt indført for at forhindre orienteringen af stjernesporeren til Jorden , men efter afgang var den ikke påkrævet. Der var ingen yderligere tab af guidning til Canopus, selvom rulleorienteringsfejlsignalet dukkede op 38 gange mere før mødet med Mars [2] .
Flyveturen til Mars varede 7½ måned. Banen blev korrigeret i midtersektionen. Det var oprindeligt planlagt til at blive afholdt den 4. december 1964, men på grund af tabet af at pege stjernesporeren på Canopus, blev rettelsen udskudt. Rettelsen blev foretaget den 5. december. Korrektionsmanøvren bestod i at ændre rumfartøjets orientering til strengt definerede vinkler (pitting med -39,16 grader og krængning med 156,08 grader), køre motoren i 20,07 sekunder og genoprette den oprindelige orientering ved hjælp af rulning og pitch. Lufthastighedsændringer blev udført med en fejl på mindre end 2,5%, pitch- og roll-drejninger med en fejl på mindre end 1%. Efter en vellykket korrektionsmanøvre fløj Mariner 4 nær Mars i en afstand tæt på den oprindeligt planlagte.
Mariner 4 fløj nær Mars den 14.-15. juli 1965. Den 14. juli kl. 15:41:49 UTC blev Mariner 4 skiftet til planetarisk udforskningstilstand. Tv-kameraet startede sit arbejde kl. 00:18:36 UTC den 15. juli, der blev modtaget 21 hele billeder og 22 delvise billeder (21 linjer). Fotografierne blev taget gennem røde eller grønne filtre, med par af dem overlappet for at få mere information om overfladens farve. Antallet af billedelementer var 200×200, antallet af lysstyrkeniveauer var 64 (240.000 bit, 200 linjer med 200 pixels, 6 bit pr. pixel). Billederne var placeret på overfladen af Mars langs en smal intermitterende bue. Buen startede fra 40° N. breddegrad, 170° øst D., krydsede ækvator, passerede nær 35 ° S. breddegrad, 200° øst og krydsede terminatoren ved 50° S. breddegrad, 255° øst e. Billederne optager omkring 1% af hele planetens overflade. Det første billede viser Mars' lyse lem (kant), billede 19 fanger aftenterminatoren, og de sidste tre, dvs. 20,21,22, falde på uoplyste arealer. Billederne blev gemt på den indbyggede båndoptager . Billederne blev taget på forskellige afstande, med minimum 11.800 km. Den 15. juli klokken 01:00:57 UTC passerede rumfartøjet fra Mars i en afstand af 9846 km. Klokken 2:19:11 UTC var Mariner 4 bag Mars, signalet fra enheden stoppede. 03:13:04 UTC blev signalet fra enheden genoptaget. Efter en forbiflyvning nær Mars blev Mariner 4 skiftet til flyvetilstand langs en interplanetarisk bane. Overførslen af billeder til Jorden begyndte 8,5 timer efter signalet genoptog, og fortsatte indtil 3. august. Det tog 8,66 timer at overføre et billede ved 8,33 bps. Alle snapshots blev overført to gange for at sikre, at der ikke var nogen manglende eller beskadigede data. Overførslen af billeder fandt sted fra en afstand på mere end 216 millioner km.
Mariner 4 har med succes afsluttet det meste af sin planlagte udforskning af Mars.
Den 30. august 1965 blev himlen undersøgt. Overførslen til Jorden af de første fem billeder, som blev opnået på alle niveauer af forstærkning af tv-udstyr, sluttede den 2. september. Da der ikke var nogen klare stjerner i fjernsynskameraets synsfelt, blev der kun opnået data relateret til elektronik. Det første forsøg på at skyde himlen den 21. august, da den klare stjerne Altair faldt ind i synsfeltet, og det var muligt at få oplysninger om det optiske system i fjernsynskameraet og elektronikken, blev afbrudt på grund af fejl i jordsporingsstationen . Undersøgelsen var nødvendig for at give et "indvendigt billede" af den mulige sløring af Mars-billeder. Den mulige dugdannelse var resultatet af en ukendt proces i tv-udstyr.
I september blev signalet fra Mariner-4 konstant svækket, da fejlen i orienteringen af den parabolske antenne mod Jorden steg, og den 1. oktober nærmede den sig følsomhedstærsklen for Goldstone-sporingsstationens modtager. Den 1. oktober, da Mariner 4 var i en afstand af 309,2 millioner km, blev sender og modtager skiftet til en lavforstærkningsantenne på kommando fra Jorden (for at sikre genoprettelse af kontrol med rumfartøjet i 1967), og telemetrimodtagelse fra kl. rumfartøjet standsede kl. 22:05:07 UTC . [fire]
Kontakten med Mariner 4 blev genoptaget i anden halvdel af 1967.
Den 12.-21. august blev der gennemført en døgnmodtagelse af data fra Mariner-4 og Mariner-5. På dette tidspunkt var Mariner 5, Jorden og Mariner 4 placeret langs en lige linje, der løb radialt fra Solen. Af størst interesse var data om solvinden og magnetfeltet.
Den 15. september registrerede en kosmisk støvdetektor 17 mikrometeoritnedslag på 15 minutter. Mikrometeoritbygeren ændrede orienteringen af rumfartøjet og beskadigede sandsynligvis en smule dets termiske beskyttelse. Senere foreslog videnskabsmænd, at rumfartøjet fløj nær resterne af kometen D/Swift og passerede i en afstand på omkring 20 millioner km fra dens kerne [5] [6] .
Den 25. oktober blev den anden rettelse af banen gennemført. Da Mariner 4 havde været under flyvning i mere end to år, gav den vellykkede drift af det korrigerende fremdriftssystem vigtig information, der var relevant for fremtidige rumprogrammer.
Den 26. oktober blev datahastigheden ændret fra 33 bps til 8 bps for at tillade et båndoptaget billede af Mars at blive transmitteret til Jorden. Rumfartøjet transmitterede med succes den anden halvdel af billede 16 og den første halvdel af billede 17.
Den 7. december sluttede det komprimerede kvælstof til attitudekontrolsystemet. Den 10. og 11. december blev der registreret i alt 83 mikrometeoritnedslag, hvilket ændrede orienteringen af Mariner 4, hvilket førte til et fald i styrken af radiosignalet modtaget fra rumfartøjet. Den 21. december 1967 ophørte kommunikationen med Mariner 4.
Rumfartøjet er i øjeblikket i en heliocentrisk bane [7] .
Den samlede mængde data transmitteret af Mariner-4 til Jorden beløb sig til mere end 50 millioner bits (ca. 6 megabyte ). I 307 dage fra 28. november 1964 til 1. oktober 1965 blev der modtaget omkring 50 millioner bits. Alle videnskabelige instrumenter fungerede normalt, bortset fra Geiger-tælleren , som fejlede i februar 1965. Den 8. december 1964 fejlede solplasma-detektoren desuden på grund af en brudt modstand i højspændingskredsløbet, men ingeniørerne var i stand til at omkalibrere detektoren under hensyntagen til dette nedbrud og korrekt fortolke de opnåede data [8 ] .
Kvaliteten af de opnåede billeder af Mars var lav. Det tog lang tid at behandle digitale data på en computer for at eliminere defekter og støj, samt for at øge kontrasten i billeder. Den endelige rapport med bearbejdede billeder blev offentliggjort i december 1967. I de første syv billeder af Mars er zenitafstanden af Solen lille, ikke mere end 30°, og følgelig skaber relieffet få skygger. Efterhånden som undersøgelsesområderne bevægede sig ind på den sydlige halvkugle, blev Solens højde mindre og mindre, og billede 19 falder i tusmørkeområdet. Billede 3 viser den første skelnelige detalje af relieffet - en del af Ork (patera) elliptiske fordybning, hvis dimensioner er 380x140 km. Det mest interessante er 11 billeder - fra 5 til 15. Billede 5 viser Mars kratere for første gang. På billede 7 er overfladen tæt bestrøet med kratere. Billede 9 viser klynger af kratere. Billede 11 viser tydeligt et stort krater på 156,58 km på tværs (kraterets centrumkoordinater 34,68°S og 195,76°W) og alle kratere over 5 km i diameter. Solen var lav (zenithafstand 47°), regionen blev fotograferet fra en afstand på 12500 km og dækker et område på cirka 270 km gange 240 km. Det store krater er opkaldt Mariner efter Mariner 4. Billede 14 viser kratere med frostede kamme (ikke overraskende midt om vinteren på den sydlige halvkugle) og stærkt oplyste centrale bakker, da Solen var ret lav (60° zenitafstand). Billede 15 har også kratere omgivet af en hvid ring - Solen var endnu lavere her (zenithafstand 66°).
På billeder taget af Mariner 4 ligner den kraterede overflade på Mars meget Månens overflade . Men oplysninger fra Mariner 6 og Mariner 7 viste, at en sådan overflade ikke er på hele Mars, men kun i ældre områder fotograferet af Mariner 4. Tilsløring blev bemærket på billederne af Mariner 4, hvilket førte til den konklusion, at der er en diset atmosfære på Mars op til højder på 150 km. Mariner 6 og Mariner 7, hvor der ikke er noget slør i billederne, modbeviste imidlertid atmosfærens uklarhed. Tilsyneladende var optikken i Mariner-4 TV-kameraet forurenet. [9]
Baseret på radiookkultationseksperimentet blev det fastslået, at Mars atmosfære ikke overstiger 1 % af jordens tæthed og hovedsageligt består af kuldioxid (under hensyntagen til spektroskopiske observationer fra Jorden, blev det fundet, at kuldioxid er mindst 80 %). Atmosfærisk tryk ved indgangspunktet for Mariner 4 over Mars er omkring 4,9 millibar (490 Pa), ved punktet for solopgang omkring 8,4 millibar (840 Pa). Før Mariner 4's flyvning troede astronomer, at det atmosfæriske tryk på Mars var omkring 85 millibar, og Mars atmosfære bestod hovedsageligt af nitrogen. Det er også fastslået, at dagtemperaturen var -100 grader celsius.
Magnetiske felter [10] [11] , strålingsbælter fra Mars [12] og støvbælter er ikke blevet opdaget.
Kratere og en tynd atmosfære [9] [13] er tegn på en planet, der bliver udsat for de barske forhold i rummet, og fjerner håbet om at finde intelligent liv på Mars. Billeder af planeten ændrede det videnskabelige samfunds mening om livet på Mars [3] [14] . Efter Mariner 4's flyvning kom de fleste videnskabsmænd til den konklusion, at hvis der var liv på Mars, ville dets former være mindre og mere primitive.
Søgningen efter liv på Jorden ved hjælp af flere tusinde kilometer-opløsning fotografier taget fra meteorologiske satellitter afslørede ingen tegn på det i langt de fleste af disse fotografier, derfor kunne det ifølge andre videnskabsmænd baseret på 22 fotografier taget af Mariner 4. ikke anses for at være intelligent, der var intet liv på Mars [15] .
Billede 1. Håndfarvet udskrift af de digitalt erhvervede data fra det første Mariner-billede 4. Det første nærbillede af Mars, taget før dataene blev konverteret til et fotografi.
Billede 1. Det første billede nogensinde af Mars taget af et rumfartøj på kort afstand. Billedet dækker omkring 330 km bredt og 1200 km fra lem til underkant. Kontrasten forstærkes af behandlingen af digitalt opnåede data på en computer.
Kombineret foto bestående af 1 og 2 billeder, Mars atmosfæren er synlig.
Et kombineret foto bestående af 9 og 10 billeder.
Snapshot 11.
Kombineret foto bestående af 11 og 12 billeder.
Snapshot 15.
NASAs Mariner - program _ | |
---|---|
Udforskning af Mars med rumfartøj | |
---|---|
Flyvende | |
Orbital | |
Landing | |
rovere | |
Marshalls | |
Planlagt |
|
Foreslået |
|
Mislykket | |
Annulleret |
|
se også | |
Aktive rumfartøjer er fremhævet med fed skrift |
|
|
---|---|
| |
Køretøjer opsendt af en raket er adskilt af et komma ( , ), opsendelser er adskilt af et interpunct ( · ). Bemandede flyvninger er fremhævet med fed skrift. Mislykkede lanceringer er markeret med kursiv. |