Marinează 5

Sonda spațială Mariner 5 în spațiu. Date generale

Organizare	NASA
Constructor	Laboratorul de propulsie cu jet
Program	Marinează
Camp	Observarea planetei Venus
Tipul misiunii	Sonda spațială
stare	Misiune indeplinita
Alte nume	Marinate-E
Baza de lansare	Cape Kennedy, LC-12
Lansa	14 iunie 1967 la 6:01 am UT
Lansator	Atlas - Agena D # 23 (Atlas-D # 5401 - Agena D # 6933)
Prezentare generală a	Venus pe 19 octombrie 1967 la 13:34:56 UT
Sfârșitul misiunii	25 octombrie 1967
Durată	4 luni
Identificator COSPAR	1967-060A

Caracteristici tehnice

Liturghie la lansare	244,9 kg
Ergols	Hidrazină
Controlul atitudinii	Stabilizat pe 3 axe
Sursa de energie	Panouri solare
Energie electrică	555 wați

Orbită

Orbită	Heliocentric
Periapsis	0,579 UA
Apoapsis	0,735 UA
Perioadă	??? zile

Principalele instrumente

Fotometru cu ultraviolete	Detectați prezența hidrogenului și a oxigenului
Magnetometru cu heliu cu câmp scăzut triaxial	Măsurarea câmpului magnetic al lui Venus și interplanetară
Receptor de semnalizare cu două frecvențe	Măsurarea vântului solar
Detector de radiații prinse	Detector de radiații corpusculare
S-Band Occultation	Ocultarea benzii S
Experiment de mecanică cerească	Experiment de mecanică cerească
Sonda de plasmă ionică interplanetară	Sondă de plasmă ionică interplanetară

Mariner 5 a fost a cincea navă spațială a programului Mariner dezvoltat de agenția spațială SUA de la NASA pentru a explora planetele interioare ale sistemului solar . ÎnDecembrie 1965, NASA aprobă modificarea sondei de rezervă Mariner 4, sonda Mariner 5, pentru a realiza un flyby mai apropiat al planetei Venus decât sonda Mariner 2 care a efectuat primul flyby al planetei Venus înDecembrie 1962.

Obiectivul principal al misiunii este de a efectua un experiment de ocultare radio (cum ar fi Mariner 4 cu planeta Marte) pentru a determina proprietățile atmosferice ale planetei Venus. Spre deosebire de Mariner 4, cu toate acestea, Mariner 5 nu poartă un instrument de imagistică. Inițial, NASA a planificat să trimită zborul Mariner 5 pe o distanță lipsă de 8.165 de kilometri, dar NASA și-a schimbat planul în favoarea unui zbor mai modest de 75.000 de kilometri, pentru a preveni vehiculul nesterilizat să se prăbușească pe planeta Venus.

Descrierea sondei spațiale

Sonda spatiala Mariner 5 este al cincilea într - o serie de vehicule spațiale utilizate pentru explorarea a planetelor în planare modul . Sonda spațială Mariner 5 este sonda spațială liberă a lui Mariner 4. renovată pentru misiunea Mariner 5. Concepută pentru o misiune pe planeta Marte, este reconfigurată pentru o misiune pe planeta Venus. Obiectivele proiectului sunt mutarea la 2000 km de Venus pentru a furniza date despre structura atmosferei planetei și a mediului său de radiații și câmp magnetic. Mariner 5 a fost, de asemenea, conceput pentru a returna date despre mediul interplanetar înainte și după întâlnirea cu planeta Venus.

Își păstrează platforma octogonală de magneziu , diagonală de 127 cm și înălțime de 45,7 cm, sistemul său de propulsie și comunicare. Modificările majore constau în inversarea orientării sondei ( Pământul fiind pe partea opusă Soarelui , contrar zborului spre planeta Marte) și îmbunătățirea izolației sale termice.

Prin urmare, cele patru panouri solare sunt inversate și dimensiunea lor este redusă (proximitatea Soarelui face posibilă obținerea aceleiași puteri electrice cu o suprafață mai mică), noul interval al sondei este de 5,5 metri . Izolația termică este întărită în special prin adăugarea unei umbrele de protecție desfășurate pe partea iluminată a platformei sondei. Pentru a îmbunătăți experiența de ocultare, antena parabolică , fixată pe Mariner 4, are două poziții pentru ao repoziționa exact spre Pământ în timpul zborului. Instrumentele științifice sunt îmbunătățite și, eventual, mutate în funcție de noile constrângeri termice sau geometrice.

Patru panouri solare și o antenă satelit cu câștig ridicat de 116,8 cm sunt atașate la partea superioară a platformei. O antenă omnidirecțională cu câștig redus și magnetometrul sunt montate pe un catarg înalt de 223,5 cm lângă antena cu câștig ridicat. Înălțimea totală a sondei spațiale este de 289 cm.

Platforma găzduiește echipamente electronice, cabluri, sistem de propulsie în mijloc, surse de gaz pentru controlul atitudinii și regulatori. Majoritatea experimentelor științifice sunt montate în afara platformei. Instrumentele științifice sunt un magnetometru , telemetrie de ocultare a benzii S , fotometru ultraviolet , detector de radiații , baliză de propagare cu două frecvențe, cușcă Faraday și experiment de mecanică cerească .

Puterea este furnizată de 17.640 de celule fotovoltaice conținute în cele patru panouri solare cu o rază de acțiune de 550 cm, care oferă 555 wați. O baterie reîncărcabilă de argint - zinc de 1200 Wh este, de asemenea, utilizată pentru manevre și operațiuni de salvare. De hidrazină monopropellant este utilizat pentru propulsia cu ajutorul unui motor 222 N instalat pe o parte a platformei. Controlul atitudinii este asigurat de douăsprezece jeturi de dinitrogen gazos montat la rece la capetele panourilor solare și trei giroscopuri . Informațiile de poziție sunt furnizate de doi senzori solari primari, colectoare solare secundare, un senzor de pământ, un senzor planeta Venus, un senzor de terminație Venus și urmăritorul de stele Canopus .

Echipamentul de telecomunicații este format dintr-un transmițător cu bandă duală de 6,5 W / 10,5 W (TWTA - Traveling-Wave Tube Amplifier ) și un receptor care poate transmite și primi date prin antene cu câștig mic sau mare la 8,33 sau 33,33 biți pe secundă. Datele pot fi, de asemenea, stocate pe un magnetofon pentru transmiterea ulterioară. Toate operațiunile sunt controlate de un subsistem de control. Calculatorul central și secvențialul utilizează comenzi secvențiale stocate. Controlul temperaturii este menținut prin utilizarea de jaluzele reglabile, un parasolar instalabil, pături de izolare cu mai multe straturi, scuturi din aluminiu lustruit, tratamente de suprafață și sisteme de referință montate pe trei dintre cele patru panouri solare.

Descrierea instrumentelor

Sonda spațială are 7 instrumente:

Celestial Mechanics Experience ( Celestial Mechanics Experiment ), monitorizarea rețelei de comunicații de date cu spațiu profund ( Deep Space Network ) Mariner 5 sunt folosite pentru a oferi determinări îmbunătățite ale maselor Venus și Lunii, unitatea astronomică, precum și Efemerida îmbunătățită a Pământului și Venus. Experimentul utilizează echipamente de recepție și emițătoare la bord împreună cu echipamentele stației spațiale profunde pentru a obține măsurători Doppler. Sistemul funcționează bine la distanțe de 48,6 km5 noiembrie 1967.
Sondă de plasmă ionică interplanetară eV / Q de 40 până la 9400 volți ( Interplanetary Ion Plasma Probe for eV / Q de 40 până la 9400 volți ), acest colector Faraday a modulat grila comutator trei secțiuni măsurând ioni pozitivi 40 până la 9400 eV / Q în opt aproximativ logaritmic echidistant ferestrele energetice. Cu instrumentul în continuare îndreptat spre Soare , datele vectoriale sunt obținute prin compararea semnalelor relative ale celor trei secțiuni ale colectorului la 120 °. În timpul fiecărei secvențe de telemetrie, instrumentul se deplasează înainte și înapoi prin cele 8 ferestre pentru a măsura suma curenților celor 3 plăci. Apoi, se deplasează înainte și înapoi pentru a măsura, pentru fiecare setare a tensiunii, curenții la cele trei plăci succesive. Etapele complete de 32 de ferestre de tensiune pe secvență de telemetrie produc 64 de măsurători de curent. Aceste măsurători se repetă la fiecare 5 minute. Instrumentul funcționează normal pe toată durata misiunii sale.
Ocultația în banda S ( S-Band occultation ) este un receptor cu frecvență duală. Obiectivele acestui experiment sunt de a determina refractivitatea atmosferică și ionosferică a planetei Venus prin măsurarea amplitudinii creșterii căii de fază, a deplasării Doppler și a atenuării defocării refracției semnalului care transportă sonda de bandă S (2300 MHz).
Radiația particulelor detectoare ( Trapped Radiation Detector ), obiectivele acestui experiment au fost determinarea apariției și măsurarea spectrelor de intensitate și energie ale particulelor energetice în spațiul interplanetar. Și pentru a cerceta o centură de radiații în jurul planetei Venus și efectul particulelor încărcate în urma magnetohidrodinamică a lui Venus. Experimentul folosește 3 tuburi Geiger-Müeller tip 213 și un detector electronic de barieră de suprafață PN cu următoarele praguri unice: electroni (E> 40 keV) și protoni (E> 500 keV) la 70 ° și 135 ° de la linia sondă-soare , electroni (E> 80 keV) și protoni (E> 900 keV) la 70 ° din linia sondă-soare și protoni (500 keV la 8 MeV și 900 keV la 3,5 MeV).
Magnetometrul triaxial în heliu la câmp redus ( Magnetometru câmp cu heliu scăzut ), un magnetometru heliu la câmp redus este utilizat pentru a obține măsurători triaxiale ale câmpurilor magnetice interplanetare și ale planetei Venus. Funcționarea sa depinde de variația puterii de absorbție a heliului excitat în lumina infraroșie polarizată într-o manieră circulară cu câmpul aplicat. La swept bobine Helmholtz anula câmpul ambiant folosind circuite de feedback. Montat pe un stâlp de 1,5 metri, domeniul dinamic al instrumentului este de ± 204 nT pe axă, cu precizie de măsurare determinată de constrângeri de telemetrie de ± 0,2 nT. Câmpurile de compensare pot fi corectate la 0,25 nT per componentă. Experimentul funcționează într-un mod de rată de biți mare (scăzută) de 3 eșantioane vectoriale distanțate la 1/7, 2/7 și 4/7 din secvență la fiecare 12,6 până la 50,4 secunde; astfel, frecvențele Nyquist sunt de aproximativ 0,12 și respectiv 0,03 Hz. Datele cu randament ridicat se obțin de la14 iunie la 24 iulie 1967 și timp de 4 ore 25 octombrie 1967. Datele despre rata de biți redusă sunt obținute pentru restul duratei de viață a experimentului. Calitatea datelor este ridicată, cu excepția23 septembrie la 1 st octombrie 1967, când datele de telemetrie sunt de o calitate incertă.
Transmițător la două frecvențe ( receptor cu două frecvențe ), ambele 423,3 MHz și 49,8 MHz, semnalele sunt transmise de la o antenă de satelit de 4,6 m la Universitatea Stanford către receptorul radio la două frecvențe ale Mariner-5. Semnalul de înaltă frecvență servește drept semnal de referință deoarece timpul său de propagare este puțin întârziat. Semnalul de joasă frecvență este întârziat proporțional cu numărul total de electroni de pe calea de propagare. Pe sonda spațială, un receptor blocat fază numără semnalele primite pentru a obține măsurători ale diferențelor de cale de fază. Se observă, de asemenea, o întârziere diferențială a vitezei și aceste valori sunt trimise la stația de la sol. Din valorile calculate ale conținutului total de electroni, este posibil să se scadă efectul ionosferic (până la o altitudine aleasă din alte tehnici experimentale) pentru a produce date care descriu conținutul de electroni interplanetari al vântului solar și variațiile acestuia. Experiența funcționează normal de la lansare laNoiembrie 1967.
Fotometrul UV ( Ultraviolet Photometer ), scopul acestui experiment este de a studia proprietățile atmosferei superioare a lui Venus în obținerea măsurătorilor emisiilor ultraviolete prin difuzie prin rezonanță a radiației solare de către carbon în atmosfera lui Venus. Densitățile speciilor atmosferice și temperatura atmosferei superioare pot fi determinate din măsurători și variația densităților măsurate cu înălțimea de deasupra suprafeței lui Venus. Fotometrul UV este alcătuit din trei tuburi fotomultiplicatoare cu răspunsuri spectrale diferite. Cele trei tuburi fotomultiplicatoare au fotocatozi către iodura de cesiu și ferestrele cu fluorură de litiu și răspund la radiații în intervalul de lungimi de undă cuprins între 1050 și 2200 amperi, cu o sensibilitate foarte redusă la cea mai lungă undă. Filtrele de fluorură de calciu și fluor de bariu sunt adăugate în al doilea și, respectiv, al treilea tub. Tubul nefiltrat măsoară lungimea de undă în intervalul 1.050 - 2.200 A, tubul cu filtrul de fluorură de calciu măsoară 1.250 - 2.200 A și tubul cu filtrul de bariu măsoară 1 350 - 2200 A. Diferența de semnal dintre fluorura de litiu și fluorura de calciu canale reprezintă o măsurare a radiației de hidrogen Lyman-alfa la 1216 A. O măsurare a emisiilor de oxigen atomic la 1 304 A poate fi obținută din diferența de semnal dintre canalele de fluorură de calciu și fluorura de bariu. Canalul de fluorură de litiu are un câmp vizual de 3,0 ° C, în timp ce celelalte două canale au un câmp vizual de aproximativ 1,2 °. Cele trei canale ale fotometrului sunt aliniate și arată în aceeași direcție.

Conduita misiunii

Nava spatiala Mariner 5 frunzele rampa de lansare LC-12 al bazei de lansare Cape Kennedy pe un lansator Atlas-Agena D14 iunie 1967la 06:01 GMT, la două zile după lansarea sondei sovietice Venera 4 . În timpul injecției pe traiectoria sa interplanetară de pe orbita de așteptare , sonda vizează pe scară largă lângă planeta Venus, pentru a evita orice risc de strivire pe sol și posibila contaminare a planetei. Telemetria confirmă apoi că sonda va trece la aproximativ 67.000 km de ținta sa. 15 iuniela 01 h 00 UTC este dobândită steaua Canopus și altitudinea sondei este blocată. Se efectuează o corecție la mijlocul parcursului (aprindere de 17,66 secunde)19 iunie 1967. Profitând de orientarea non-standard a sondei, sunt comandate trei rotații pentru a scana mediul interplanetar în lumină ultravioletă . Sonda are opțiunea de a efectua o a doua corecție a cursului, dar acest lucru nu este necesar. 24 iunie, există comutarea ratei de telecomunicații de la 33,33 la 8,33 biți / secundă. 1 st octombrie , comutarea de telecomunicații este de antenă omnidirecțională la antena de satelit.

Mariner 5 a ajuns pe planeta Venus pe 19 octombrie 1967și înregistrează date în timpul zborului său de 15h 42 minute. Altitudinea de 4.094 km (mult mai mică decât era prevăzută) a fost atinsă la 17 h 34 min 56 s UT, la o viteză de 30.000 km / h. Planeta Venus este atunci la aproximativ 79,5 milioane de km de Pământ. Mariner 5 începe să transmită date,21 octombrie, a doua zi după coborârea landerului sovietic Venera 4, și aceasta timp de 34 de ore.

Mariner 5 trece în fața orbitei lui Venus și este ascuns de Pământ timp de aproximativ 26 de minute. Transmiterile de date către Pământ au loc după ce au zburat peste Venus. 21 noiembrieDeoarece Mariner 5 este prea departe pentru a transmite date științifice, comunicațiile cu sonda sunt trecute la antena omnidirecțională. Orientarea antenei parabolice și distanța crescândă determină pierderea contactului radio.4 decembrie 1967. Masa planetei Venus curbează traiectoria sondei Mariner 5 și mai departe în Sistemul Solar și, după zbor, devine artefactul cu cel mai slab periheliu , apropiindu-se de4 ianuarie 1968 La 87 de milioane de kilometri de Soare.

Întâlnirea cu Venus a deviat sonda către Soare, iar Mariner 5 a intrat pe orbita solară cu parametri între 0,579 UA și 0,735 UA. Sonda se află acum pe orbită heliocentrică. Instrumentele navei măsoară atât câmpurile magnetice interplanetare, cât și cele ale lui Venus, particulele încărcate și plasmele, precum și refrențele radio și emisiile ultraviolete din atmosfera lui Venus. Sonda nu a suferit nicio pagubă, misiunea sa este extinsă pentru a îmbogăți cunoștințele timpului în mecanica cerească și proiectarea sondei spațiale. Prin urmare, decidem să reînnoim contactul cu ea de laIulie 1968, dar semnalul sondei este achiziționat doar trei luni mai târziu, instabil și inutilizabil, 14 octombrie 1968. După trei săptămâni de eforturi nereușite, operațiunile au fost oprite de NASA,5 noiembrie 1968. Misiunea este declarată un succes.

Rezultate științifice

Zbor peste Venus

Zborul peste Venus la viteza relativă relativ mică de 3,05 km / s determină o abatere semnificativă a traiectoriei sale. Măsurarea acestei perturbări face posibilă rafinarea mai multor magnitudini ale mecanicii cerești și astfel îmbunătățirea preciziei unității astronomice , a masei lui Venus și a aplatizării acesteia (de 100 de ori mai mică decât a Pământului). Datele de telemetrie sunt obținute prin măsurarea efectului Doppler al semnalului sondei, dar și a întârzierii unui semnal dus-întors între Pământ și sondă, ultima metodă nu a fost posibilă cu sonda Mariner.

Când trece în spatele lui Venus, semnalul sondei este recepționat de antena 64 m din complexul de comunicații spațiu profund Goldstone, în timp ce sonda trece treptat prin straturile mai adânci ale atmosferei și invers, astfel încât sonda să iasă din cealaltă parte. Măsurarea atenuării, refracției și dispersiei semnalului face posibilă modelarea presiunii, densității și temperaturii atmosferei în funcție de altitudine. Dar acest experiment de ocultare nu ne permite să cunoaștem dimensiunea planetei, semnalul fiind „preluat” la 6.090 km înainte de a fi interceptat de suprafața solidă (care, conform observațiilor ulterioare, este la aproximativ 32 km mai jos).

Acest fenomen, numit refracție critică, are loc la altitudinea în care indicele de refracție devine suficient de mare pentru a devia în mod sistematic o rază orizontală către suprafața planetei. Refracția este de așa natură încât un observator la suprafață are prin iluzie optică impresia că se află întotdeauna în fundul unei depresiuni. La fel, razele solare captate pe fața diurnă se propagă mult dincolo de terminator și produc o noapte iluminată permanent, ceea ce explică strălucirea slabă observată mult timp pe fața nocturnă a planetei Venus. Acest experiment de ocultare completează observațiile făcute de sonda sovietică Venera 4 și conduce la concluzia unei compoziții atmosferice de 85 până la 99% dioxid de carbon (CO 2 ).

Instrumentele lui Mariner 5 indică faptul că temperatura și presiunea de pe suprafața planetei sunt de 527 ° C și, respectiv, de 75-100 de atmosfere - contrazicând afirmația sovietică conform căreia sonda Venera 4 sa transmis cu succes de pe suprafața planetei.

Un alt semnal, de această dată de la Pământ la sondă, transmis de antena 45 m a centrului de radioastronomie al Universității Stanford din Palo Alto pe două frecvențe diferite, este măsurat de receptorul cu frecvență duală al sondei. Analiza alterării diferențiale a celor două semnale primite oferă informații despre mediul ionizat prin care trec. Împreună cu magnetometrul și sonda de plasmă, aceste instrumente observă ionosfera , câmpul magnetic al planetei Venus și interacțiunea lor cu vântul solar . După cum a dezvăluit sonda Mariner 2 , planeta Venus nu are o magnetosferă (câmpul magnetic al lui Venus este de peste 1000 de ori mai mic decât cel al Pământului), dar sonda observă încă o undă de șoc în propagarea plasmei solare. , această deviere este atribuită curenților induși de plasmă în ionosfera Venusului. Mariner 5 constată că ionosfera produce o undă de șoc care deviază vântul solar din jurul planetei Venus.

Studiul precis al exosferei lui Venus ar fi cerut un spectrometru ultraviolet , dar constrângerile de timp, buget și masă ale misiunii permit doar îmbarcarea unui simplu fotometru cu radiații ultraviolete cu trei canale dedicat detectării hidrogenului și a oxigenului. atom. Sonda spațială Mariner 5 detectează în coroana lui Venus un conținut de hidrogen comparabil cu cel al Pământului și absența oxigenului. Dar absența unui model atmosferic evoluat, absența telemetriei specifice acestui experiment și nealinierea senzorilor nu ne permit să înțelegem proprietățile complexe ale acestei zone.

Lansare și tranzit

După manevra de injecție, sonda efectuează cele mai îndepărtate observații ale geocronei pentru acea vreme, transmite date despre trecerea sa prin centura Van Allen , pe magnetopauză , fluctuațiile magnetosalei și traversarea suprafeței de impact.

Se pare că sonda este lansată în timpul unei perioade de activitate solară intensă , deci nu găsim regularitatea caracteristicilor mediului interplanetar înregistrate de sonda Mariner 2 și Explorer-18 (IMP-A). Această agitație face posibilă realizarea primelor observații directe ale undelor Alfvén și studierea flăcărilor solare în coordonare cu sateliții terestri.

Cea mai mare și mai spectaculoasă experiență de măsurare coordonată este cea dintre sonda Mariner 5, Pământ și sonda Mariner 4 , funcțională încă la aproape doi ani de la lansare și situată între orbitele Pământului și Marte . Pozițiile sondelor și ale Pământului evoluează apoi între două configurații ideale pentru studiul propagării undelor particulelor: a unei alinieri radiale20 august 1967 până la o aliniere care urmează spirala câmpului magnetic solar 19 septembrie 1967. În ciuda stării eșuate a sondei de plasmă Mariner 4, rezultatele sunt îmbogățitoare și permit prima măsurare a gradientului de vânt solar .

Oamenii de știință planetari examinează datele de la Mariner 5 și Venera 4 la o conferință la Observatorul Kitt Peak dinMartie 1968, una dintre primele întâlniri internaționale majore dedicate rezultatelor explorării spațiului. Oamenii de știință concluzionează că nici Mariner 5, nici Venera 4 nu au reușit complet să raporteze date despre condițiile de suprafață ale planetei Venus.

Note și referințe

Note

Referințe

(în) „ Past Missions - Mariner 5 ” , JPL (accesat la 11 decembrie 2007 )
(în) „ Calea zborului Mariner V și determinarea sa din datele de urmărire ” [PDF] , JPL,1969(accesat la 10 aprilie 2008 )

Bibliografie

(ro) Paolo Ulivi și David M Harland, Explorarea robotică a sistemului solar Partea 1 Epoca de Aur 1957-1982 , Chichester, Springer Praxis,2007, 534 p. ( ISBN 978-0-387-49326-8 )
(ro) „ Mariner 5 ” , Catalog Master NSSDC (accesat la 12 decembrie 2007 )
(ro) [PDF] „ Navă spațială Mariner - Trailblazers planetari ” , NASA,1968(accesat la 12 decembrie 2007 )
(en) [PDF] „ Mariner-Venus 1967 Final Project Report ” , NASA,1971(accesat la 12 decembrie 2007 )