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 cerca de Marte y transmitir estas observaciones a la Tierra . Lanzado el 28 de noviembre de 1964, [3] Mariner 4 realizó el primer sobrevuelo exitoso del planeta Marte , obteniendo las primeras fotografías en primer plano de la superficie marciana. Capturó las primeras imágenes de otro planeta jamás regresado del espacio profundo ; su descripción de un planeta muerto y lleno de cráteres cambió en gran medida la visión de la comunidad científica sobre la vida en Marte . [4] [5] Otros objetivos de la misión eran 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 del Mariner 4 duró unos tres años en órbita solar. [6] El 21 de diciembre de 1967 se cortaron las comunicaciones con el Mariner 4.
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 alto. Se colocaron cuatro paneles solares en la parte superior del marco con una luz 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 en la parte superior del marco una antena parabólica elíptica de alta ganancia de 104,1 cm × 66,0 cm (41,0 pulgadas × 26,0 pulgadas) . Se montó una antena omnidireccional de baja ganancia en un mástil de 223,5 cm (7 pies 4,0 pulgadas) 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 a mitad de camino y los reguladores y suministros de gas de control de actitud. [7]
Los instrumentos científicos incluyeron: [8] [9] [10]
La energía eléctrica para los instrumentos y el transmisor de radio del Mariner 4 fue suministrada por 28.224 células solares contenidas en los cuatro paneles solares de 176 cm × 90 cm (69 x 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 monopropulsor , mediante un motor de control vectorial de cuatro chorros de paletas, con empuje de 222 newton (50 lbf ), instalado en uno de los lados de la estructura octogonal. El control de actitud de la sonda espacial fue proporcionado por 12 chorros de gas nitrógeno frío montados en los extremos de los paneles solares y tres giroscopios . Se colocaron paletas de presión solar, cada una con un área de 0,65 m 2 (7,0 pies cuadrados), 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 , dependiendo del tiempo de su vuelo espacial. Mariner 4 fue la primera sonda espacial que necesitó una estrella como objeto de referencia para la navegación, ya que misiones anteriores, que permanecieron cerca de la Tierra, la Luna o el planeta Venus , habían apuntado a la cara brillante del planeta de origen o a la brillante objetivo iluminado. Durante este vuelo, tanto la Tierra como Marte serían demasiado oscuros para fijarlos. Se necesitaba otra fuente brillante en un gran ángulo alejado del Sol y Canopus cumplió con este requisito. [8] Posteriormente, Canopus se utilizó como punto de referencia en muchas misiones siguientes. [12]
El equipo de telecomunicaciones del Mariner 4 consistía en transmisores duales de banda S (con un amplificador de cavidad triodo de siete vatios o un amplificador de tubo de onda viajera de diez vatios ) y un único receptor de radio que juntos podían enviar y recibir datos a través de las bandas de baja y baja frecuencia. antenas de 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 directas o tres comandos de palabras cuantitativas para maniobras a mitad de camino. La computadora central y el secuenciador operaban 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 rejillas ajustables montadas en seis de los conjuntos electrónicos, además de mantas aislantes multicapa, protectores de aluminio pulido y tratamientos de superficie. Otras mediciones que podrían realizarse incluyeron:
También se suponía que el Mariner 4 llevaría un fotómetro ultravioleta en el lado izquierdo de la plataforma de escaneo de la cámara de televisión de popa. Al final de las pruebas, se descubrió que la inclusión del fotómetro UV producía 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 se anule cualquier problema involuntario causado por la eliminación del fotómetro UV. Este fotómetro UV de repuesto finalmente se utilizó en el Mariner 5 en 1967. [13]
Después de que el Mariner 3 sufriera una pérdida total debido a una falla en la cubierta de carga útil al desecharlo, los ingenieros del JPL sugirieron que había habido un mal funcionamiento causado durante la separación del exterior del carenado metálico del revestimiento interior de fibra de vidrio debido a las diferencias de presión entre la parte interior y exterior de la cubierta y que esto podría haber causado que el mecanismo de separación accionado por resorte se enredara y no se separara correctamente. [ cita necesaria ]
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 fue 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 en el rendimiento del propulsor para sacarle más potencia. A pesar de los temores de que el trabajo no pudiera completarse antes de que se cerrara la ventana a Marte de 1964, la nueva cubierta estuvo lista en noviembre. [14]
Después del lanzamiento desde el Complejo de Lanzamiento 12 de la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral , [15] la cubierta protectora que cubría al Mariner 4 fue desechada y la combinación Agena-D /Mariner 4 se separó del propulsor Atlas-D a las 14:27:23 UTC del 28 de noviembre. 1964. La primera quema del Agena tuvo lugar entre las 14:28:14 y las 14:30:38. El encendido inicial puso a la nave espacial en una órbita de estacionamiento terrestre y el segundo encendido de las 15:02:53 a las 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 desbloqueó a las 15:15:00. La adquisición del sol se produjo 16 minutos después. [dieciséis]
Después de la adquisición del Sol, el rastreador de estrellas Canopus fue a buscar a Canopus . El rastreador de estrellas estaba configurado para responder a cualquier objeto con más de un octavo y menos de ocho veces más brillo que Canopus. Incluyendo a Canopus, había siete objetos de este tipo visibles para el sensor. Se tomó más de un día de "salto de estrellas" para encontrar Canopus, ya que el sensor se fijó en otras estrellas: [8] un patrón de luz dispersa de la Tierra cercana, Alderamin , Regulus , Naos y Gamma Velorum fueron adquiridos antes Canopo. [4] [12]
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 causaban la pérdida del bloqueo de la estrella Canopus. El primer intento de maniobra a mitad de camino fue abortado por una pérdida de bloqueo poco después de que los giroscopios comenzaran a girar. La cerradura de Canopus se perdió seis veces en un período de menos de tres semanas después del lanzamiento y cada vez se requeriría 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 desde la nave espacial por algún medio y que se desplazaban a través del campo de visión del sensor estelar. La luz solar dispersada por las partículas apareció entonces como una iluminación equivalente a la de una estrella brillante. Esto provocaría un error de giro transitorio cuando el objeto pasara por el campo de visión mientras el sensor estaba fijado 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 desaprovecharía a Canopus e iniciaría una búsqueda de una nueva estrella. Finalmente, se envió un comando por radio el 17 de diciembre de 1964 que eliminó el límite alto de la puerta. No hubo más pérdidas de bloqueo de Canopus, aunque los transitorios de balanceo ocurrieron 38 veces más antes del encuentro con Marte. [8] [12]
El vuelo de siete meses y medio del Mariner 4 implicó una maniobra a mitad de camino el 5 de diciembre de 1964. La maniobra estaba inicialmente programada para el 4 de diciembre, pero debido a una pérdida de conexión con Canopus, se pospuso. La maniobra finalizó con éxito el 5 de diciembre; Consistía 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. Las vueltas dirigieron el motor de la nave espacial hacia la dirección general de la Tierra, ya que inicialmente el motor apuntaba en la dirección de vuelo. Tanto los cambios de cabeceo como de balanceo se completaron con una precisión superior al 1% , y el cambio de velocidad con aproximadamente un 2,5% de precisión. Después de la maniobra, el Mariner 4 estaba en rumbo a Marte según lo previsto. [8]
El 5 de enero de 1965, 36 días después del lanzamiento y a 10.261.173 km (6.375.997 millas) de la Tierra, Mariner 4 redujo su velocidad de transmisión de datos científicos de 33 1/3 a 8 1/2 bits por segundo. Esta fue la primera acción autónoma que realizó la nave espacial desde la maniobra a mitad de camino. [17]
La nave espacial Mariner 4 voló sobre Marte el 14 y 15 de julio de 1965. Su máxima aproximación fue a 9.846 km (6.118 millas) de la superficie marciana a las 01:00:57 UT del 15 de julio de 1965 (8:00:57 pm 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. [18]
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 pm EST del 14 de julio) y se tomaron 21 imágenes alternando rojo y Se tomaron filtros verdes, más 21 líneas de una fotografía número 22. Las imágenes cubrieron una franja discontinua de Marte que comenzaba cerca de 40° N, 170° E, hasta aproximadamente 35° S, 200° E, y luego cruzaba hasta el terminador en 50° S, 255° E, lo que representa aproximadamente el 1% de la superficie de Marte. la superficie del planeta. Las imágenes tomadas durante el sobrevuelo se almacenaron en la grabadora de a bordo. A las 02:19:11 UT, 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. A continuación se restableció el modo 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 ni estuvieran corruptos. [3] Cada fotografía individual tardó aproximadamente seis horas en transmitirse a la Tierra. [19]
La nave espacial realizó todas las actividades programadas con éxito y arrojó 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 llevaron a una pérdida temporal de comunicación con la nave espacial hasta 1967. [3]
La grabadora de a bordo utilizada en el Mariner 4 era de repuesto y no estaba destinada originalmente para el vuelo del Mariner 4. Entre el fallo del Mariner 3, el hecho de que la grabadora del Mariner 4 era de repuesto y algunas lecturas de error que sugerían un problema con la grabadora, se determinó que el equipo probaría definitivamente el funcionamiento de la cámara. Esto finalmente llevó a que la primera imagen digital se dibujara a mano. Mientras esperaba que los datos de la imagen fueran procesados por computadora, el equipo utilizó un juego de pasteles de una tienda de artículos de arte para colorear a mano (estilo pintura 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. [20]
La adquisición de datos se reanudó a finales 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 ligeramente su escudo térmico. Más tarde se especuló que el Mariner 4 pasó a través de los restos 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). [21]
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 micrometeoroides que provocaron perturbaciones en la actitud de la nave espacial y degradación de la intensidad de la señal. El 21 de diciembre de 1967 se cortaron las comunicaciones con el Mariner 4. La nave espacial ahora está abandonada en una órbita heliocéntrica exterior . [22] [23]
Los datos totales devueltos por la misión fueron 5,2 millones de bits (alrededor de 634 kB ). Todos los instrumentos funcionaron 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. [24] Además, la sonda de plasma vio degradado su rendimiento por una falla en una resistencia el 8 de diciembre de 1964. , pero los experimentadores pudieron recalibrar el instrumento y aún interpretar los datos. [25] Las imágenes devueltas mostraban un terreno lleno de cráteres parecido a la Luna , [26] algo que los científicos no esperaban, aunque el astrónomo aficionado Donald Cyr había predicho cráteres. [19] 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 en la superficie de 4,1 a 7,0 milibares (410 a 700 Pa) y temperaturas diurnas de -100 °C. (-148 °F) fueron estimados. No se detectó ningún campo magnético [27] [28] ni cinturones de radiación marcianos [29] ni, sorprendentemente, agua superficial [19] .
Bruce C. Murray utilizó fotografías del Mariner 4 para dilucidar la historia geológica de Marte. [30]
Imágenes de cráteres y mediciones de una delgada atmósfera [26] [31] —mucho más delgada de lo esperado [19] —que indicaban un planeta relativamente inactivo expuesto a la dureza del espacio, disiparon en general las esperanzas de encontrar vida inteligente en Marte . La vida en Marte había sido objeto de especulación y ciencia ficción durante siglos. [32] Si había vida en Marte, después de que Mariner 4 la mayoría concluyó que probablemente serían formas más pequeñas y simples. [5] Otros concluyeron que una búsqueda de vida en la Tierra con una resolución de kilómetros, utilizando varios miles de fotografías, no reveló ningún signo de vida en la gran mayoría de estas fotografías; por lo tanto, basándose en las 22 fotografías tomadas por el Mariner 4, no se podía concluir que no había vida inteligente en Marte. [33] Se midió el viento solar y se comparó con registros simultáneos del Mariner 5 que fue a Venus . [34]
El coste total de la misión Mariner 4 se estima en 83,2 millones de dólares (equivalente a 773 millones de dólares en 2022). [24] 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 de dólares (equivalentes a 5,14 mil millones de dólares en 2022). [3]
La nave espacial Mariner 4 de la NASA despega de la plataforma de lanzamiento 12 en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral sobre un cohete Atlas Agena el 28 de noviembre de 1964.
Finalmente se unió a su hermano, Mariner 3, muerto... en una gran órbita alrededor del sol.
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