Marinero 4
Mariner 4 (junto con Mariner 3 conocido como Mariner-Mars 1964) fue el cuarto de una serie de naves espaciales destinadas a la exploración planetaria en modo de sobrevuelo. Fue diseñado para realizar observaciones científicas de primer plano de Marte y transmitir estas observaciones a la Tierra. Lanzado el 28 de noviembre de 1964, el Mariner 4 realizó el primer sobrevuelo exitoso del planeta Marte y devolvió las primeras imágenes en primer plano de la superficie marciana. Capturó las primeras imágenes de otro planeta jamás regresadas del espacio profundo; su descripción de un planeta muerto con cráteres cambió en gran medida la visión de la comunidad científica sobre la vida en Marte. Otros objetivos de la misión fueron realizar mediciones de campo y partículas en el espacio interplanetario en las cercanías de Marte y proporcionar experiencia y conocimiento de las capacidades de ingeniería para vuelos interplanetarios de larga duración. Inicialmente se esperaba que permaneciera en el espacio durante ocho meses, pero la misión Mariner 4 duró unos tres años en órbita solar. El 21 de diciembre de 1967 se terminaron las comunicaciones con el Mariner 4.
Naves espaciales y subsistemas
La nave espacial Mariner 4 constaba de una estructura octogonal de magnesio de 127 cm (50 pulgadas) de diagonal y 45,7 cm (18,0 pulgadas) de altura. Se colocaron cuatro paneles solares en la parte superior del marco con un tramo de extremo a extremo de 6,88 metros (22,6 pies), incluidas paletas de presión solar que se extendían desde los extremos. También se montó una antena parabólica elíptica de alta ganancia de 104,1 cm × 66,0 cm (41,0 in × 26,0 in) en la parte superior del marco. Se montó una antena omnidireccional de baja ganancia en un mástil de 223,5 cm (7 ft 4,0 in) de altura junto a la antena de alta ganancia. La altura total de la nave espacial era de 2,89 metros (9,5 pies). El marco octogonal albergaba el equipo electrónico, el cableado, el sistema de propulsión de medio curso y los suministros y reguladores de gas de control de actitud.
Los instrumentos científicos incluían:
- Un magnetómetro de helio, montado en la guía de onda que conduce a la antena omnidireccional, para medir la magnitud y otras características de los campos magnéticos interplanetario y planetario.
- Un contador de cámara de ionización/Geiger, montado en la guía de onda que conduce a la antena omnidireccional más cerca del cuerpo de la nave espacial, para medir la intensidad y distribución de partículas cargadas en el espacio interplanetario y en las inmediaciones de Marte.
- Un detector de radiación atrapado, montado en el cuerpo con contra-axies apuntando 70° y 135° desde la dirección solar, para medir la intensidad y dirección de partículas de baja energía.
- Un telescopio de rayos cósmicos, montado dentro del cuerpo apuntando en dirección antisolar, para medir la dirección y el espectro energético de protones y partículas alfa.
- Una sonda de plasma solar, montada en el cuerpo señalando 10° desde la dirección solar, para medir el flujo de partículas cargadas de energía muy baja del Sol.
- Un detector de polvo cósmico, montado en el cuerpo con placa de micrófono aproximadamente perpendicular al plano de la órbita, para medir el impulso, distribución, densidad y dirección del polvo cósmico.
- Una cámara de televisión, montada en una plataforma de escaneo en el centro inferior de la nave espacial, para obtener imágenes de acercamiento de la superficie de Marte. Este subsistema constaba de 4 partes, un telescopio Cassegrain con un campo de visión de 1,05° por 1,05°, un obturador y montaje de filtros rojo/verde con 0,08 y 0.20 segundos tiempos de exposición, un tubo vidicon de escaneo lento que tradujo la imagen óptica en una señal de vídeo eléctrico, y los sistemas electrónicos necesarios para convertir la señal analógica en un bitstream digital para la transmisión.
La energía eléctrica para los instrumentos y el transmisor de radio del Mariner 4 fue suministrada por 28 224 celdas solares contenidas en los cuatro paneles solares de 176 cm × 90 cm (69 pulgadas × 35 pulgadas), que podían proporcionar 310 vatios a la distancia de Marte. También se utilizó una batería recargable de plata-zinc de 1200 W·h para maniobras y respaldo. Para la propulsión se utilizó hidracina monopropelente, mediante un motor de control vectorial de paletas de cuatro chorros, con un empuje de 222 newton (50 lbf), instalado en uno de los lados de la estructura octogonal. El control de actitud de la sonda espacial estuvo a cargo de 12 chorros de gas nitrógeno frío montados en los extremos de los paneles solares y tres giroscopios. Las paletas de presión solar, cada una con un área de 0,65 m2 (7,0 sq ft), se colocaron en las puntas de los paneles solares. La información de posición fue proporcionada por cuatro sensores solares y un sensor para la Tierra, Marte o la estrella Canopus, según el tiempo en su vuelo espacial. Mariner 4 fue la primera sonda espacial que necesitó una estrella como objeto de referencia de navegación, ya que las misiones anteriores, que permanecieron cerca de la Tierra, la Luna o el planeta Venus, habían avistado la cara brillante del planeta de origen o el brillante. objetivo iluminado. Durante este vuelo, tanto la Tierra como Marte estarían demasiado oscuros para fijarlos. Se necesitaba otra fuente brillante en un ángulo amplio lejos del Sol y Canopus cumplió con este requisito. Posteriormente, Canopus se utilizó como punto de referencia en muchas misiones posteriores.
El equipo de telecomunicaciones del Mariner 4 constaba de transmisores duales de banda S (con un amplificador de cavidad de triodo de siete vatios o un amplificador de tubo de onda viajera de diez vatios) y un solo receptor de radio que juntos podían enviar y recibir datos a través del antenas de baja y alta ganancia a 8⅓ o 33⅓ bits por segundo. Los datos también podrían almacenarse en una grabadora de cinta magnética con una capacidad de 5,24 millones de bits para su posterior transmisión. Todas las operaciones electrónicas estaban controladas por un subsistema de comando que podía procesar cualquiera de las 29 palabras de comando directo o tres comandos de palabra cuantitativos para maniobras a mitad de camino. La computadora central y el secuenciador operaron comandos de secuencia de tiempo almacenados utilizando una frecuencia de sincronización de 38,4 kHz como referencia de tiempo. El control de la temperatura se logró mediante el uso de persianas ajustables montadas en seis de los conjuntos electrónicos, además de mantas aislantes multicapa, protectores de aluminio pulido y tratamientos superficiales. Otras medidas que podrían hacerse incluyen:
- Ocultación por radio
- Metal mecánica basada en el seguimiento de precisión
También se suponía que el Mariner 4 llevaría un fotómetro ultravioleta en el lado izquierdo de la plataforma de exploración de la cámara de TV de popa. Al final de las pruebas, se descubrió que la inclusión del fotómetro UV produjo problemas eléctricos que habrían puesto en peligro la cámara de televisión. Como resultado, se eliminó y se reemplazó con un simulador de masa térmica/inercial que fue diseñado para emular la geometría, la masa y otras características del fotómetro UV para que cualquier problema involuntario causado por la eliminación del fotómetro UV se solucione. negado Este fotómetro UV de repuesto finalmente voló en Mariner 5 en 1967.
Perfil de la misión
Lanzamiento
Después de que el Mariner 3 fuera una pérdida total debido a que la cubierta de carga útil no se deshizo, los ingenieros del JPL sugirieron que se había producido un mal funcionamiento durante la separación del exterior del carenado metálico del revestimiento interior de fibra de vidrio debido a las diferencias de presión entre el interior y el interior. exterior de la cubierta y que esto podría haber provocado que el mecanismo de separación accionado por resorte se enredara y no se desprendiera correctamente.
Las pruebas en JPL confirmaron este modo de falla y se hizo un esfuerzo para desarrollar un nuevo carenado totalmente metálico. La desventaja de esto era que el nuevo carenado sería significativamente más pesado y reduciría la capacidad de elevación del Atlas-Agena. Convair y Lockheed-Martin tuvieron que realizar varias mejoras de rendimiento en el amplificador para sacarle más potencia. A pesar de los temores de que el trabajo no pudiera completarse antes de que se cerrara la ventana de Marte de 1964, la nueva cubierta estuvo lista en noviembre.
Después del lanzamiento desde el Complejo de Lanzamiento 12 de la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral, la cubierta protectora que cubría al Mariner 4 se desechó y la combinación Agena-D/Mariner 4 se separó del propulsor Atlas-D a las 14:27:23 UTC del 28 de noviembre. 1964. El primer encendido del Agena tuvo lugar entre las 14:28:14 y las 14:30:38. La quema inicial puso a la nave espacial en una órbita de estacionamiento de la Tierra y la segunda quema de 15:02:53 a 15:04:28 inyectó la nave en una órbita de transferencia de Marte. El Mariner 4 se separó del Agena a las 15:07:09 e inició operaciones en modo crucero. Los paneles solares se desplegaron y la plataforma de escaneo se abrió a las 15:15:00. La adquisición de Sun ocurrió 16 minutos después.
Bloqueo en Canopus
Después de la adquisición de Sun, el rastreador de estrellas Canopus fue en busca de Canopus. El rastreador de estrellas se configuró para responder a cualquier objeto más de un octavo y menos de ocho veces más brillante que Canopus. Incluyendo a Canopus, había siete de esos objetos visibles para el sensor. Tomó más de un día de "salto de estrellas" para encontrar a Canopus, ya que el sensor se centró en otras estrellas: un patrón de luz perdida de la Tierra cercana, Alderamin, Regulus, Naos y Gamma Velorum se adquirieron antes que Canopus.
Un problema constante que afectó a la nave espacial durante la primera parte de su misión fue que los transitorios de la señal de error de balanceo ocurrían con frecuencia y, en ocasiones, provocaban la pérdida del bloqueo estelar de Canopus. El primer intento de una maniobra a mitad de camino fue abortado por una pérdida de bloqueo poco después de que los giroscopios comenzaran a girar. Canopus lock se perdió seis veces en un período de menos de tres semanas después del lanzamiento y cada vez se requería una secuencia de comandos de radio para recuperar la estrella. Después de un estudio del problema, los investigadores concluyeron que el comportamiento se debía a pequeñas partículas de polvo que estaban siendo liberadas de la nave espacial por algún medio y estaban a la deriva a través del campo de visión del sensor de estrellas. La luz del sol dispersada por las partículas apareció como una iluminación equivalente a la de una estrella brillante. Esto provocaría un error de balanceo transitorio cuando el objeto pasara por el campo de visión mientras el sensor estaba bloqueado en Canopus. Cuando el objeto era lo suficientemente brillante como para exceder los límites de la puerta alta a ocho veces la intensidad de Canopus, la nave espacial automáticamente desaparecía a Canopus e iniciaba una búsqueda rodante de una nueva estrella. Finalmente, se envió un comando de radio el 17 de diciembre de 1964 que eliminó el límite alto de la puerta. No hubo más pérdida de bloqueo de Canopus, aunque ocurrieron transitorios de balanceo 38 veces más antes del encuentro con Marte.
Maniobra a mitad de camino
El vuelo de siete meses y medio del Mariner 4 involucró una maniobra a mitad de camino el 5 de diciembre de 1964. La maniobra se programó inicialmente para el 4 de diciembre, pero debido a una pérdida de bloqueo con Canopus, se pospuso. La maniobra se completó con éxito el 5 de diciembre; consistió en un giro de cabeceo negativo de 39,16 grados, un giro de balanceo positivo de 156,08 grados y un tiempo de empuje de 20,07 segundos. Los giros apuntaron el motor de la nave espacial hacia atrás en la dirección general de la Tierra, ya que el motor apuntaba inicialmente a lo largo de la dirección de vuelo. Tanto los cambios de cabeceo como de balanceo se completaron con una precisión superior al 1%, el cambio de velocidad con una precisión de aproximadamente el 2,5%. Después de la maniobra, el Mariner 4 se dirigía a Marte según lo planeado.
Velocidad de transmisión de datos reducida
El 5 de enero de 1965, 36 días después del lanzamiento y a 10 261 173 km (6 375 997 mi) de la Tierra, Mariner 4 redujo su tasa de transmisión de datos científicos de 33 1/3 a 8 1/2 bits por segundo. Esta fue la primera acción autónoma que la nave espacial había tomado desde la maniobra de mitad de camino.
Sobrevuelo de Marte
La nave espacial Mariner 4 sobrevoló Marte el 14 y el 15 de julio de 1965. Su aproximación más cercana fue a 9846 km (6118 mi) de la superficie marciana a las 01:00:57 UT del 15 de julio de 1965 (8:00:57 p.m. EST del 14 de julio), su distancia a la Tierra era de 216 millones de kilómetros (134 millones de millas), su velocidad era de 7 km/s (4,3 mi/s) en relación con Marte, 1,7 km/s (1,1 mi/s) en relación con la Tierra.
El modo de ciencia planetaria se activó a las 15:41:49 UT del 14 de julio. La secuencia de la cámara comenzó a las 00:18:36 UT del 15 de julio (7:18:49 p. m. EST del 14 de julio) y 21 imágenes usando Se tomaron filtros rojos y verdes alternos, además de 21 líneas de una 22ª fotografía. Las imágenes cubrían una franja discontinua de Marte que comenzaba cerca de 40° N, 170° E, bajaba hasta aproximadamente 35° S, 200° E y luego cruzaba hasta el final en 50° S, 255° E, lo que representa aproximadamente el 1% de la superficie del planeta. Las imágenes tomadas durante el sobrevuelo se almacenaron en la grabadora de a bordo. A las 02:19:11 UT, el Mariner 4 pasó detrás de Marte visto desde la Tierra y la señal de radio cesó. La señal se volvió a adquirir a las 03:13:04 UT cuando reapareció la nave espacial. Luego se restableció el modo de crucero. La transmisión de las imágenes grabadas a la Tierra comenzó aproximadamente 8,5 horas después de la readquisición de la señal y continuó hasta el 3 de agosto. Todas las imágenes se transmitieron dos veces para garantizar que no faltaran datos o estuvieran dañados. Cada fotografía individual tomó aproximadamente seis horas para ser transmitida de regreso a la Tierra.
La nave espacial realizó con éxito todas las actividades programadas y devolvió datos útiles desde el lanzamiento hasta las 22:05:07 UT del 1 de octubre de 1965, cuando la larga distancia a la Tierra (309,2 millones de kilómetros (192,1 millones de millas)) y la orientación imprecisa de la antena condujo a una pérdida temporal de comunicación con la nave espacial hasta 1967.
Primera imagen dibujada a mano
La grabadora de a bordo que se usó en el Mariner 4 era un repuesto y no estaba diseñada originalmente para el vuelo del Mariner 4. Entre la falla del Mariner 3, el hecho de que la grabadora Mariner 4 era de repuesto y algunas lecturas de error que sugerían un problema con la grabadora, se determinó que el equipo probaría el funcionamiento de la cámara definitivamente. Esto eventualmente llevó a que la primera imagen digital fuera dibujada a mano. Mientras esperaba que los datos de la imagen fueran procesados por computadora, el equipo usó un juego de colores pastel de una tienda de suministros de arte para colorear a mano (estilo pintar por números) una impresión numérica de los píxeles sin procesar. La imagen resultante proporcionó una verificación temprana de que la cámara estaba funcionando. La imagen dibujada a mano se comparó favorablemente con la imagen procesada cuando estuvo disponible.
La primera imagen digital de Marte coloreado a mano como una imagen de pintura por número
Primera imagen digital procesada de Marte
Golpes de micrometeoritos y fin de las comunicaciones
La adquisición de datos se reanudó a fines de 1967. El detector de polvo cósmico registró 17 impactos en un lapso de 15 minutos el 15 de septiembre, parte de una aparente lluvia de micrometeoritos que cambió temporalmente la actitud de la nave espacial y probablemente dañó levemente su escudo térmico. Más tarde se especuló que Mariner 4 pasó a través de los escombros de D/1895 Q1 (D/Swift), e incluso sobrevoló el núcleo posiblemente destrozado de ese cometa a 20 millones de kilómetros (12 millones de millas).
El 7 de diciembre se agotó el suministro de gas en el sistema de control de actitud y, entre el 10 y el 11 de diciembre, se registraron un total de 83 impactos de micrometeoritos que provocaron la perturbación de la actitud de la nave espacial y la degradación de la intensidad de la señal. El 21 de diciembre de 1967 se terminaron las comunicaciones con el Mariner 4. La nave espacial ahora está abandonada en una órbita heliocéntrica exterior.
Resultados
El total de datos devueltos por la misión fue de 5,2 millones de bits (alrededor de 634 kB). Todos los instrumentos operaron con éxito con la excepción de una parte de la cámara de ionización, a saber, el tubo Geiger-Müller, que falló en febrero de 1965. Además, el rendimiento de la sonda de plasma se vio degradado por una falla en la resistencia el 8 de diciembre de 1964, pero los experimentadores fueron capaces de recalibrar el instrumento y aún así interpretar los datos. Las imágenes devueltas mostraban un terreno con cráteres similar a la Luna, que los científicos no esperaban, aunque el astrónomo aficionado Donald Cyr había predicho cráteres. Misiones posteriores demostraron que los cráteres no eran típicos de Marte, sino solo de la región más antigua fotografiada por Mariner 4. Una presión atmosférica superficial de 4,1 a 7,0 milibares (410 a 700 Pa) y temperaturas diurnas de −100 °C (−148 °F) fueron estimados. No se detectaron campos magnéticos ni cinturones de radiación marciana ni, sorprendentemente, agua superficial.
Bruce C. Murray usó fotografías de Mariner 4 para dilucidar Marte' historia geologica
La primera imagen digital de Marte
La primera imagen de cierre de Marte. Muestra un área de unos 330 km (210 mi) a través de 1.200 km (750 mi) de la extremidad a la parte inferior del marco.
La imagen más clara de Mariner 4 mostrando cráteres
Mosaico de los marcos 1 y 2. La atmósfera marciana es visible sobre la extremidad del planeta.
Mosaico de los marcos 9 y 10
Mosaico de los marcos 11 y 12
.jpg)
Las imágenes de cráteres y las mediciones de una atmósfera delgada, mucho más delgada de lo esperado, que indicaban un planeta relativamente inactivo expuesto a la dureza del espacio, generalmente disiparon las esperanzas de encontrar vida inteligente en Marte. La vida en Marte había sido objeto de especulación y ciencia ficción durante siglos. Si hubo vida en Marte, después de que el Mariner 4 concluyó, probablemente sería en formas más pequeñas y simples. Otros concluyeron que una búsqueda de vida en la Tierra a una resolución de un kilómetro, utilizando varios miles de fotografías, no reveló signos de vida en la gran mayoría de estas fotografías; por lo tanto, según las 22 fotografías tomadas por Mariner 4, no se podía concluir que no hubiera vida inteligente en Marte. Se midió el viento solar y se comparó con registros simultáneos del Mariner 5 que fue a Venus.
El coste total de la misión Mariner 4 se estima en 83,2 millones de dólares (equivalente a 715 millones de dólares en 2021). Los costos totales de investigación, desarrollo, lanzamiento y soporte para la serie de naves espaciales Mariner (Mariners 1 a 10) fueron de aproximadamente $ 554 millones (equivalente a $ 4.76 mil millones en 2021).
Contenido relacionado
LaserWriter
Fragua
Microsoft Visual C++