stringtranslate.com

Маринер 4

Mariner 4 (вместе с Mariner 3 известный как Mariner-Mars 1964 ) был четвертым в серии космических аппаратов, предназначенных для исследования планет в режиме пролета. Он был разработан для проведения крупных научных наблюдений Марса и передачи этих наблюдений на Землю . Запущенный 28 ноября 1964 года, [2] Mariner 4 выполнил первый успешный пролет планеты Марс , вернув первые крупные планы марсианской поверхности. Он сделал первые снимки другой планеты, когда-либо возвращенные из глубокого космоса ; их изображение кратерированной, мертвой планеты в значительной степени изменило взгляд научного сообщества на жизнь на Марсе . [3] [4] Другими целями миссии были выполнение полевых и частицевых измерений в межпланетном пространстве в окрестностях Марса и предоставление опыта и знаний о технических возможностях для межпланетных полетов большой продолжительности. Первоначально предполагалось, что Mariner 4 останется в космосе в течение восьми месяцев, но миссия длилась около трех лет на солнечной орбите. [5] 21 декабря 1967 года связь с Маринером-4 была прекращена.

Космические аппараты и подсистемы

Диаграмма Маринер 3 и 4

Космический корабль Mariner 4 состоял из восьмиугольной магниевой рамы, 127 см (50 дюймов) по диагонали и 45,7 см (18,0 дюймов) в высоту. Четыре солнечные панели были прикреплены к верхней части рамы с сквозным размахом 6,88 метра (22,6 фута), включая солнечные давящие лопасти , которые выступали из концов. Эллиптическая параболическая антенна с высоким коэффициентом усиления 104,1 см × 66,0 см (41,0 дюйм × 26,0 дюймов) также была установлена ​​в верхней части рамы. Всенаправленная антенна с низким коэффициентом усиления была установлена ​​на мачте высотой 223,5 см (7 футов 4,0 дюйма) рядом с антенной с высоким коэффициентом усиления. Общая высота космического корабля составляла 2,89 метра (9,5 фута). В восьмиугольной раме размещалось электронное оборудование, кабели, двигательная установка на среднем участке траектории, а также газовые баллоны и регуляторы управления ориентацией. [2]

Научные приборы включали: [6] [7] [8]

Электропитание для приборов и радиопередатчика Mariner 4 обеспечивалось 28 224 солнечными элементами, содержащимися в четырех солнечных панелях размером 176 см × 90 см (69 дюймов × 35 дюймов), которые могли обеспечить 310 Вт на расстоянии Марса. Перезаряжаемая серебряно-цинковая батарея емкостью 1200 Вт·ч также использовалась для маневров и резервного питания. Для движения использовался монотопливный гидразин с помощью четырехреактивного лопастного векторного двигателя с тягой 222 ньютона (50  фунтов силы ), установленного на одной из сторон восьмиугольной конструкции. Управление ориентацией космического зонда обеспечивалось 12 струями холодного азотного газа, установленными на концах солнечных панелей, и тремя гироскопами . Солнечные лопасти давления, каждая площадью 0,65 м 2 (7,0 кв. футов), были прикреплены к концам солнечных панелей. Информация о местоположении предоставлялась четырьмя датчиками Солнца и датчиком для Земли, Марса или звезды Канопус , в зависимости от времени его космического полета. Mariner 4 был первым космическим зондом, которому требовалась звезда для навигационного опорного объекта, поскольку более ранние миссии, которые оставались вблизи Земли, Луны или планеты Венера , были направлены либо на яркую поверхность родной планеты, либо на ярко освещенную цель. Во время этого полета и Земля, и Марс были бы слишком тусклыми, чтобы захватить их. Нужен был другой яркий источник под большим углом от Солнца, и Canopus выполнил это требование. [6] Впоследствии Canopus использовался в качестве опорной точки во многих последующих миссиях. [10]

Телекоммуникационное оборудование на Mariner 4 состояло из двух передатчиков S-диапазона (с семиваттным триодным резонаторным усилителем или десятиваттным усилителем на лампе бегущей волны ) и одного радиоприемника , которые вместе могли отправлять и получать данные через антенны с низким и высоким коэффициентом усиления со скоростью 8⅓ или 33⅓ бит в секунду. Данные также могли сохраняться на магнитофоне емкостью 5,24 миллиона бит для последующей передачи. Все электронные операции контролировались командной подсистемой, которая могла обрабатывать любые из 29 прямых командных слов или три количественных командных слова для маневров на середине курса. Центральный компьютер и секвенсор управляли сохраненными командами временной последовательности, используя частоту синхронизации 38,4 кГц в качестве временной привязки. Регулирование температуры достигалось с помощью регулируемых жалюзи, установленных на шести электронных узлах, а также многослойных изолирующих одеял, полированных алюминиевых щитов и обработки поверхности. Другие измерения, которые можно было провести, включали:

Mariner 4 также должен был нести ультрафиолетовый фотометр на левой стороне кормовой платформы сканирования телевизионной камеры. В конце испытаний было обнаружено, что включение ультрафиолетового фотометра вызвало электрические проблемы, которые могли бы поставить под угрозу телевизионную камеру. В результате его сняли и заменили термическим/инерционным имитатором массы, который был разработан для имитации геометрии, массы и других характеристик ультрафиолетового фотометра, чтобы любые непреднамеренные проблемы, вызванные удалением ультрафиолетового фотометра, были бы сведены на нет. Этот запасной ультрафиолетовый фотометр в конечном итоге был использован на Mariner 5 в 1967 году. [11]

Профиль миссии

Mariner 4 готовится к весовым испытаниям 1 ноября 1963 года.
Платформа сканирования телевизионной камеры Mariner 4
Запуск Маринера 4

Запуск

После того, как Mariner 3 полностью погиб из-за отказа кожуха полезной нагрузки, инженеры JPL предположили, что произошла неисправность, вызванная отделением внешней части металлического обтекателя от внутренней стекловолоконной облицовки из-за разницы давления между внутренней и внешней частью кожуха, и что это могло привести к запутыванию подпружиненного механизма отделения и невозможности его надлежащего отделения. [12]

Испытания в JPL подтвердили этот режим отказа, и была предпринята попытка разработать новый, полностью металлический обтекатель. Недостатком этого было то, что новый обтекатель был бы значительно тяжелее и снизил бы грузоподъемность Atlas-Agena. Convair и Lockheed-Martin пришлось внести несколько улучшений в производительность ускорителя, чтобы выжать из него больше мощности. Несмотря на опасения, что работа не будет завершена до закрытия марсианского окна 1964 года, новый кожух был готов к ноябрю. [13]

После запуска со стартового комплекса 12 ВВС на мысе Канаверал [ 14] защитный кожух, закрывающий Mariner 4, был сброшен, и комбинация Agena-D / Mariner 4 отделилась от ускорителя Atlas-D в 14:27:23 UTC 28 ноября 1964 года. Первое включение Agena имело место с 14:28:14 до 14:30:38. Первое включение вывело космический корабль на околоземную парковочную орбиту, а второе включение с 15:02:53 до 15:04:28 вывело корабль на переходную орбиту к Марсу. Mariner 4 отделился от Agena в 15:07:09 и начал работу в крейсерском режиме. Солнечные панели развернулись, и сканирующая платформа была отсоединена в 15:15:00. Захват Солнца произошел через 16 минут. [2]

Блокировка Канопуса

После обнаружения Солнца, звездный трекер Canopus отправился на поиски Canopus . Звездный трекер был настроен реагировать на любой объект, более одной восьмой и менее восьми раз ярче Canopus. Включая Canopus, датчику было видно семь таких объектов. Потребовалось больше дня «прыжков по звездам», чтобы найти Canopus, поскольку датчик вместо этого зафиксировал другие звезды: [6] до Canopus были обнаружены следы рассеянного света от близлежащих к Земле Alderamin , Regulus , Naos и Gamma Velorum . [3] [10]

Постоянная проблема, которая преследовала космический корабль на ранней стадии его миссии, заключалась в том, что часто возникали переходные сигналы ошибки крена, которые иногда приводили к потере захвата звезды Канопус. Первая попытка маневра на середине курса была прервана потерей захвата вскоре после того, как гироскопы начали раскручиваться. Захват Канопуса терялся шесть раз в течение менее чем трех недель после запуска, и каждый раз для повторного захвата звезды требовалась последовательность радиокоманд. После изучения проблемы исследователи пришли к выводу, что такое поведение было вызвано мелкими частицами пыли, которые каким-то образом высвобождались из космического корабля и дрейфовали через поле зрения звездного датчика. Солнечный свет, рассеянный частицами, затем выглядел как освещение, эквивалентное освещению от яркой звезды. Это приводило к переходному процессу ошибки крена, когда объект проходил через поле зрения, пока датчик был зафиксирован на Канопусе. Когда объект был достаточно ярким, чтобы превысить верхние пределы ворот в восемь раз больше интенсивности Канопуса, космический аппарат автоматически отключал Канопус и начинал поиск новой звезды по крену. Наконец, 17 декабря 1964 года была отправлена ​​радиокоманда, которая сняла верхнее ограничение ворот. Дальнейшей потери захвата Канопуса не было, хотя переходные процессы крена происходили еще 38 раз до встречи с Марсом. [6] [10]

Маневр на среднем участке траектории

7½-месячный полет Mariner 4 включал один маневр на середине пути 5 декабря 1964 года. Маневр был первоначально запланирован на 4 декабря, но из-за потери связи с Canopus он был отложен. Маневр был успешно завершен 5 декабря; он состоял из отрицательного поворота по тангажу на 39,16 градуса, положительного поворота по крену на 156,08 градуса и времени тяги 20,07 секунды. Повороты направили двигатель космического корабля обратно в общем направлении к Земле, поскольку изначально двигатель был направлен вдоль направления полета. Как изменение тангажа, так и изменение крена были выполнены с точностью лучше 1% , изменение скорости — с точностью около 2,5%. После маневра Mariner 4 был на курсе на Марс, как и планировалось. [6]

Скорость передачи данных снижена

5 января 1965 года, через 36 дней после запуска и в 10 261 173 км (6 375 997 миль) от Земли, Mariner 4 снизил скорость передачи научных данных с 33 1/3 до 8 1/2 бит в секунду. Это было первое автономное действие, предпринятое космическим аппаратом после маневра на середине пути. [15]

пролет Марса

Космический аппарат «Маринер-4» пролетел мимо Марса 14 и 15 июля 1965 года. Он приблизился на расстояние 9846 км (6118 миль) от поверхности Марса в 01:00:57 по всемирному времени 15 июля 1965 года (8:00:57 вечера по восточному времени 14 июля), его расстояние до Земли составило 216 миллионов километров (134 миллиона миль), его скорость составила 7 км/с (4,3 мили/с) относительно Марса, 1,7 км/с (1,1 мили/с) относительно Земли. [2]

Режим планетарной науки был включен в 15:41:49 UTC 14 июля. Последовательность камер началась в 00:18:36 UT 15 июля (7:18:49 вечера EST 14 июля), и было сделано 21 снимок с использованием чередующихся красных и зеленых фильтров, а также 21 строка 22-го снимка. Снимки охватывали прерывистую полосу Марса, начиная с 40° с.ш., 170° в.д., примерно до 35° ю.ш., 200° в.д., а затем через терминатор в 50° ю.ш., 255° в.д., что составляет около 1% поверхности планеты. Снимки, сделанные во время пролета, были сохранены на бортовом магнитофоне. В 02:19:11 UTC Mariner 4 прошел позади Марса, если смотреть с Земли, и радиосигнал прекратился. Сигнал был повторно получен в 03:13:04 UTC, когда космический корабль снова появился. Затем был восстановлен круизный режим. Передача записанных изображений на Землю началась примерно через 8,5 часов после повторного получения сигнала и продолжалась до 3 августа. Все изображения передавались дважды, чтобы гарантировать, что никакие данные не были потеряны или повреждены. [2] Для передачи каждой отдельной фотографии на Землю требовалось около шести часов. [16]

Космический корабль успешно выполнил все запрограммированные действия и передал полезные данные с момента запуска до 22:05:07 UTC 1 октября 1965 года, когда большое расстояние до Земли (309,2 миллиона километров (192,1 миллиона миль)) и неточная ориентация антенны привели к временной потере связи с космическим кораблем до 1967 года. [2]

Первое изображение нарисовано от руки

Магнитофон Маринер 4

Бортовой магнитофон, использовавшийся на Mariner 4, был запасным, изначально не предназначенным для полета Mariner 4. Между отказом Mariner 3, тем фактом, что магнитофон Mariner 4 был запасным, и некоторыми ошибками, указывающими на проблему с магнитофоном, было решено, что команда окончательно протестирует функцию камеры. В конечном итоге это привело к тому, что первое цифровое изображение было нарисовано вручную. Ожидая, пока данные изображения будут обработаны компьютером, команда использовала набор пастельных красок из магазина художественных принадлежностей, чтобы вручную раскрасить (в стиле раскраски по номерам) числовую распечатку необработанных пикселей. Полученное изображение обеспечило раннюю проверку того, что камера функционирует. Нарисованное вручную изображение выгодно отличалось от обработанного изображения, когда оно стало доступно. [17]

Удары микрометеоритов и прекращение связи

Сбор данных возобновился в конце 1967 года. Детектор космической пыли зарегистрировал 17 попаданий в 15-минутный промежуток 15 сентября, часть очевидного микрометеорного потока, который временно изменил положение космического корабля и, вероятно, слегка повредил его тепловой экран. Позже предполагалось, что Mariner 4 прошел через обломки кометы D/1895 Q1 (D/Swift) и даже совершил пролет мимо возможно разрушенного ядра этой кометы на расстоянии 20 миллионов километров (12 миллионов миль). [18] [19]

7 декабря запас газа в системе ориентации был исчерпан, а между 10 и 11 декабря было зафиксировано в общей сложности 83 попадания микрометеоритов, что вызвало нарушение ориентации космического корабля и ухудшение силы сигнала. 21 декабря 1967 года связь с Mariner 4 была прекращена. Космический корабль в настоящее время заброшен на внешней гелиоцентрической орбите . [20] [21]

Результаты

Джек Н. Джеймс (в центре), руководитель проекта Mariner 4 в JPL, с группой в Белом доме представляют знаменитую фотографию Марса номер 11, сделанную космическим аппаратом, президенту США Линдону Б. Джонсону (в центре справа) в июле 1965 года.

Общий объем данных, возвращенных миссией, составил 5,2 миллиона бит (около 634  кБ ). Все приборы работали успешно, за исключением части ионизационной камеры, а именно трубки Гейгера-Мюллера , которая вышла из строя в феврале 1965 года. [2] Кроме того, плазменный зонд потерял свою производительность из-за отказа резистора 8 декабря 1964 года, но экспериментаторы смогли перекалибровать прибор и по-прежнему интерпретировать данные. [22] Возвращенные изображения показали луноподобную кратерированную местность, [23] чего ученые не ожидали, хотя астроном-любитель Дональд Сир предсказал кратеры. [16] Более поздние миссии показали, что кратеры не типичны для Марса, а только для более древнего региона, сфотографированного Mariner 4. Поверхностное атмосферное давление составляло от 4,1 до 7,0 миллибар (от 410 до 700 Па), а дневная температура составляла −100 °C (−148 °F). Не было обнаружено ни магнитного поля [24] [25] , ни марсианских радиационных поясов [26], ни, что опять же удивительно, поверхностной воды [16] .

Брюс С. Мюррей использовал фотографии с Маринера-4, чтобы пролить свет на геологическую историю Марса. [27]

Изображения кратеров и измерения тонкой атмосферы [23] [28] — намного тоньше, чем ожидалось [16] — указывающие на относительно неактивную планету, подверженную суровым условиям космоса, в целом развеяли надежды на обнаружение разумной жизни на Марсе . Жизнь на Марсе была предметом спекуляций и научной фантастики на протяжении столетий. [29] Если на Марсе и была жизнь, после того как Mariner 4 большинство пришли к выводу, что это, вероятно, были более мелкие и простые формы. [4] Другие пришли к выводу, что поиск жизни на Земле с разрешением в километр с использованием нескольких тысяч фотографий не выявил признаков жизни на подавляющем большинстве этих фотографий; таким образом, основываясь на 22 фотографиях, сделанных Mariner 4, нельзя было сделать вывод об отсутствии разумной жизни на Марсе. [30] Был измерен солнечный ветер и сравнен с одновременными записями Mariner 5 , который отправился к Венере . [31]

Общая стоимость миссии Mariner 4 оценивается в 83,2 млн долларов США (что эквивалентно 804 млн долларов США в 2023 году). [2] Общая стоимость исследований, разработок, запуска и поддержки космических аппаратов серии Mariner (Mariners 1–10) составила приблизительно 554 млн долларов США (что эквивалентно 5,36 млрд долларов США в 2023 году). [2]

Смотрите также

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Маринер-4».

Ссылки

  1. ^ "Mariner 4 - NASA Science". science.nasa.gov . NASA . Получено 30 ноября 2022 г. .
  2. ^ abcdefghijklmno "Маринер 4". nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Проверено 3 мая 2018 г.
  3. ^ ab Билл Момсен (2006). «Mariner IV – Первый пролёт Марса: Некоторые личные впечатления». стр. 1. Архивировано из оригинала 20 июня 2002 г. Получено 11 февраля 2009 г.
  4. ^ ab Билл Момсен (2006). «Mariner IV – Первый пролёт Марса: Некоторые личные впечатления». стр. 2. Архивировано из оригинала 30 декабря 2008 г. Получено 11 февраля 2009 г.
  5. ^ "Mariner 4 – Mars Missions". jpl.nasa.gov . NASA . Получено 30 августа 2022 г. .
  6. ^ abcde JPL Technical Memorandum No. 33-229, To Mars: The Odyssey of Mariner IV (PDF) (Отчет). NASA / JPL . 1965. стр. 21–23. Архивировано из оригинала (PDF) 3 июля 2007 г. Получено 1 февраля 2009 г.
  7. ↑ Хью Р. Андерсон (10 сентября 1965 г.). «Первоначальные результаты, описание космического корабля и последовательность встреч». Science . New Series. 149 (3689): 1226–1228. Bibcode :1965Sci...149.1226A. doi :10.1126/science.149.3689.1226. PMID  17747450.
  8. ↑ Гленн А. Рейфф (28 января 1966 г.). «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.
  9. ^ "Mariner 4: Mars TV Camera". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 29 апреля 2012 г. .
  10. ^ abc WC Goss (1 мая 1970 г.). «Звездные датчики космического корабля Mariner». Applied Optics . 9 (5): 1056–1067. Bibcode :1970ApOpt...9.1056G. doi :10.1364/AO.9.001056. PMID  20076329.
  11. ↑ Mariner-Venus 1967. NASA . 1971. 19720013159. Получено 29 июля 2022 г.
  12. ^ "Mariner 3 - Mars Missions". jpl.nasa.gov . NASA / JPL . Получено 13 июля 2024 г. .
  13. ↑ Джон Ури (26 ноября 2019 г.). «55 лет назад: Mariner 4 первым отправился на Марс». nasa.gov . NASA . Получено 5 августа 2022 г. .
  14. ↑ Боб Гранат (4 ноября 2014 г.). «MAVEN продолжает исследование Марса, начатое 50 лет назад аппаратом Mariner 4». nasa.gov . NASA . Получено 19 декабря 2015 г. .
  15. ^ Астронавтика и аэронавтика: хронология науки, технологий и политики (PDF) . NASA . 1965. SP-4006 . Получено 2 января 2019 г.
  16. ^ abcd Вилли Ли (апрель 1966). «Перепроектированная Солнечная система». Для информации. Galaxy Science Fiction . Т. 24, № 4. С. 126–136.
  17. ^ Дэн Гуд. «Mariner 4 paint-by-number». Режиссерская пьеса . NASA . Архивировано из оригинала 31 декабря 2022 г. Получено 4 января 2023 г.
  18. ↑ Тони Филлипс (23 августа 2006 г.). «Mariner Meteor Mystery, Solved?». science.nasa.gov . NASA . Архивировано из оригинала 6 апреля 2009 г. . Получено 11 февраля 2009 г. .
  19. ↑ Тони Филлипс (24 августа 2006 г.). «Разгадана ли тайна метеорита «Маринер»». Mars Daily . Получено 11 февраля 2009 г.
  20. ↑ Пол Э. Филмер (5 января 2004 г.). «Бигль! Здесь Бигль, Бигль...» Получено 12 февраля 2009 г.
  21. ^ Род Пайл (2012). Место назначения Марс: Новые исследования Красной планеты . Prometheus Books . стр. 348. ISBN 978-1-61614-589-7. В конце концов он присоединился к своему погибшему брату, Маринеру-3... на большой орбите вокруг Солнца.
  22. ^ "NASA Press Release 1965-0319" (Пресс-релиз). NASA / JPL . 3 марта 1965 г. Архивировано из оригинала 19 октября 2008 г. Получено 13 февраля 2009 г.
  23. ^ ab Роберт Б. Лейтон; Брюс К. Мюррей; и др. (6 августа 1965 г.). «Фотографии Марса с Маринера IV: начальные результаты». Science . New Series. 149 (3689): 627–630. Bibcode :1965Sci...149..627L. doi :10.1126/science.149.3684.627. PMID  17747569. S2CID  43407530.
  24. ^ JJ O'Gallagher; JA Simpson (10 сентября 1965 г.). «Поиск захваченных электронов и магнитного момента на Марсе с помощью Mariner IV». Science . New Series. 149 (3689): 1233–1239. Bibcode :1965Sci...149.1233O. doi :10.1126/science.149.3689.1233. PMID  17747452. S2CID  21249845.
  25. ^ Эдвард Дж. Смит; Леверетт Дэвис-младший; и др. (10 сентября 1965 г.). «Измерения магнитного поля вблизи Марса». Science . New Series. 149 (3689): 1241–1242. Bibcode :1965Sci...149.1241S. doi :10.1126/science.149.3689.1241. PMID  17747454. S2CID  43466009.
  26. ^ JA Van Allen; LA Frank; и др. (10 сентября 1965 г.). «Отсутствие марсианских радиационных поясов и их последствия». 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.
  27. ↑ Мэтт Шудель (30 августа 2013 г.). «Брюс С. Мюррей, космический ученый НАСА, умер в возрасте 81 года». The Washington Post . Получено 31 августа 2013 г.
  28. ^ Арвидас Клиоре; Дэн Л. Кейн; Джеральд С. Леви; и др. (10 сентября 1965 г.). «Эксперимент по затмению: результаты первого прямого измерения атмосферы и ионосферы Марса». Science . New Series. 149 (3689): 1243–1248. Bibcode :1965Sci...149.1243K. doi :10.1126/science.149.3689.1243. PMID  17747455. S2CID  34369864.
  29. ↑ Фрэнк Б. Солсбери (6 апреля 1962 г.). «Марсианская биология». Science . New Series. 136 (3510): 17–26. Bibcode : 1962Sci...136...17S. doi : 10.1126/science.136.3510.17. PMID  17779780. S2CID  39512870.
  30. ^ Стивен Д. Килстон; Роберт Р. Драммонд; Карл Саган (1966). «Поиск жизни на Земле с разрешением в километр». Icarus . 5 (1–6): 79–98. Bibcode :1966Icar....5...79K. doi :10.1016/0019-1035(66)90010-8.
  31. ^ "Mariner to Mercury, Venus and Mars" (PDF) . jpl.nasa.gov . Информационные листы. NASA / JPL . Май 1996 г. Архивировано из оригинала (PDF) 25 мая 2018 г. . Получено 2 сентября 2014 г. .

Внешние ссылки