מארינר 4

מארינר 4
Mariner 4
	מארינר 4
מידע כללי
סוכנות חלל	נאס"א
מפעיל	JPL
יצרן	JPL
תאריך שיגור	28 בנובמבר 1964, 14:22:01 UTC
משגר	אטלס־אג'ינה
אתר שיגור	LC-12, נמל החלל קייפ קנוורל
	אתר רשמי
משימה
סוג משימה	ביצוע יעף על פני מאדים
ביצוע יעף על	מאדים
תאריך ביצוע היעף	15 ביולי 1965, 01:00:57 UTC
ביצוע היעף ממרחק של	9,846 ק"מ
מיקום נוכחי	תווך בין־כוכבי
לוויין של	השמש
מסלול	הליוצנטרי
נטייה	2.51°
אפואפסיד	233,571,130 ק"מ
פריאפסיד	165,611,300 ק"מ
זמן הקפה	562.8 ימים
משך המשימה הכולל	28 בנובמבר 1964 – הווה (1,118 ימים)
משך המשימה	3 שנים ו־23 ימים
מידע טכני
משקל בשיגור	260.8 ק"ג
משקל	260.8 ק"ג
כוח	310 ואט (ליד מאדים)
קוטר	1.27 מטרים
גובה	45.7 ס"מ
ערוצי תקשורת	תדר S (‏8 - 33 bps)
קישורים חיצוניים
מספר קטלוג לוויינים	00938
מאגר המידע הלאומי	1964-077A

מארינר 4 הייתה הגשושית הרביעית במסגרת תוכנית מארינר ותפקידה היה לבצע יעף על פני מאדים. היא שוגרה ב־28 בנובמבר 1964^[1] לעבר מאדים, כעבור 7 וחצי חודשים ביצעה את היעף הראשון בהיסטוריה על פני מאדים; צילמה תמונות ושלחה אותן בחזרה לכדור הארץ. תמונות אלו היו התמונות הראשונות של כוכב לכת כלשהו מקרוב (מלבד כדור הארץ). תמונות של מכתשים כה רבים שינתה את תפיסתם של המדענים בנוגע לקיום חיים על פני מאדים.^[2]^[3] מטרותיה הנוספות של מארינר 4 היו לבצע מדידות על השדה המגנטי ושדה החלקיקים בחלל בסביבות מאדים ולספק ניסיון וידע לגבי היכולות ההנדסיות הדרושות לטיסות ארוכות לחלל. ב־21 בדצמבר 1967 אבד הקשר עם הגישושית.

מבנה הגשושית ומיכשורה

מארינר 4 הייתה מתומן מגנזיום שאורך אלכסונו היה 1.27 מטרים וגובהו היה 45.7 ס"מ. לחלקה העליון של הגשושית חוברו ארבעה לוחות סולאריים שאיתם מוטת הכנפיים שלה הייתה 6.88 מטרים. לקצה כל אחד מהלוחות חובר מפרש שמש קטן ששימש לייצוב הגשושית ולחיסכון בדלק. שטח כל מפרש היה 0.65 מטר מרובע. לחלקה העליון של הגשושית חוברה גם אנטנת הגבר גבוה פרבולית בקוטר של 116.8 ס"מ. אנטנת הגבר נמוך רב כיוונית הורכבה בסמוך לאנטנת ההגבר הגבוה ואורכה היה 223.5 ס"מ. האורך הכולל של הגשושית היה 2.89 מטרים. בגוף הגשושית נמצאו הציוד האלקטרוני, הכבלים, מערכת ההנעה, הגז לשליטת הגישה של הגשושית ווסתים של המערכות.

המיכשור המדעי שנכלל במארינר 4:^[4]

מגנטומטר הליום - הורכב על אנטנת ההגבר הנמוך ותפקידו היה למדוד את הגודל ומאפיינים אחרים של השדה המגנטי בחלל ובמאדים.
תא יינון (מונה גייגר) - חובר בין מגנטומטר ההליום לגוף הגישושית ותפקידו היה למדוד את עצמתם ותפוצתם של החלקיקים הטעונים בחלל ובקרבת מאדים.
גלאי חלקיקים - הורכב על גוף הגישושית והצביע לכיוון של 70° ו־135° מהשמש שתפקידו היה למדוד את העוצמה והכיוון של החלקיקים בעלי האנרגיה הנמוכה.
טלסקופ למדידת קרינה קוסמית - נמצא בתוך הגישושית והיה בכיוון מנוגד לשמש שתפקידו היה למדוד את ספקטרום הפליטה של הפרוטונים ושל חלקיקי האלפא.
גלאי לאבחון פלזמה - כיוונו היה 10° מהשמש ותפקידו היה להעריך את שטף החלקיקים הטעונים באנרגיה נמוכה מאוד המגיע מהשמש.
גלאי אבק קוסמי - מדד ובדק מאפיינים מסוימים באבק הקוסמי (תנע, תפוצה, צפיפות וכיוון).
מצלמת וידאו - נמצאה בחלקה התחתון של הגישושית ושימשה לתצלום תמונות תקריב של פני השטח של מאדים. המצלמה כללה ארבעה חלקים:

טלסקופ קסגריין בעל שדה ראייה של 1.05° × 1.05°.
מסנן אדום/ירוק ותריס בעל זמני חשיפה של 0.08 שניות ו־0.2 שניות.
שפופרת וידאו שתרגמה את התמונה האופטית לאות וידאו חשמלי.
המערכות האלקטרוניות שנדרשו להמרת האות האנלוגי לדיגיטלי.^[5]

מארינר 4 מוכנה למבחן המשקל ב־1 בנובמבר 1963

הכוח החשמלי למארינר 4 סופק על ידי 4 לוחות סולאריים בגודל של 176 × 90 ס"מ שכללו 28,224 תאים פוטו־וולטאים שסיפקו כ־310 וואט בסביבת מאדים. סוללת 1,200 ואט־שעה נטענת שימשה לגיבוי ולתימרוני מסלול. ההנעה שנדרשה לתיקוני המסלול סופקה על ידי מנוע הידרזין שהפיק דחף של 222 ניוטון. זווית הגישה נשלטה באמצעות 12 נחירי פליטה (שפלטו גז חנקן והורכבו על קצות הלוחות הסולאריים), שהיו כפופים להוראותיהם של 3 גירוסקופים. הגישושית קבעה את מיקומה היחסי במערכת השמש בעזרת 4 חיישני שמש, חיישן ארץ אחד, חיישן מאדים אחד וחיישן קאנופוס אחד (תלוי בחלק המשימה). מארינר 4 הייתה הגישושית הראשונה שנעזרה בכוכב לשם ניווט, בעוד שבמשימות מוקדמות יותר, הגישושיות נשארו קרובות לכדור הארץ, לירח או לנוגה. במשימות אלו השתמשו הגישושיות באור שהחזיר כדור הארץ או המטרה. במשימה הזו, האור שהפיצו כדור הארץ ומאדים היה עמום מידי ולכך לא יכלו כוכבי הלכת לשמש כנקודות ייחוס. לכן נצרכה נקודת ייחוס כלשהי רחוקה מן השמש וקאנופוס התאים לכך. קאנופוס שימש כנקודת ייחוס גם במשימות מאוחרות יותר.

ציוד התקשורת במארינר 4 כלל שני משדרים בתדר S (בעלי מגברי טריודה של 7 ו־10 ואט) ומקלט יחיד שקלטו ושידרו מידע על ידי אנטנות ההגבר הנמוך והגבוה במהירות של ⅓8 ו־⅓33 bps בהתאמה. חלק מהמידע אוחסן על סרט מגנטי בעל קיבולת של 5.24 מיליון סיביות (כ־640 קילו בייט). המידע שאוחסן נשמר על מנת לשדרו מאוחר יותר. למחשב הגישושית היה 29 פקודות שונות ושלוש פקודות לתיקוני מסלול. המחשב המרכזי ומפעיל הפקודות סונכרנו על ידי מתנד שעבד בתדר של 38.4 קילו הרץ ושימש כנקודת ייחוס בזמן.

המשימה

השיגור

מארינר 4 שוגרה על ידי משגר אטלס־אג'ינה מ־LC-12 בנמל החלל קייפ קנוורל ב־15 ביולי 1965, 01:00:57 UTC. ב־UTC 14:27:23 ב־28 בנובמבר 1964 נפרדו השלב השני ומארינר 4 מהמגינים ומהשלב הראשון. הבעירה הראשונה של שלב האג'ינה בוצעה בין 14:28:14 ל־14:30:38 והכניסה את מארינר 4 למסלול חניה במסלול לוויני נמוך סביב כדור הארץ. הבעירה השנייה שבוצעה בין 15:02:53 ל־15:04:28 הכניסה את הגישושית למסלול מעבר לעבר מאדים. מארינר 4 נפרדה משלב האג'ינה ב־15:07:09. ב־15:15:00 הלוחות הסולאריים נפרשו וסריקת השמיים בחיפוש אחר נקודות הייחוס התחילה. כעבור 16 דקות התבייתו חיישני הגישושית על השמש.

התבייתות על קאנופוס

לאחר מציאת השמש, התחילו החלו חיישני הגישושית בחיפוש אחר נקודת הייחוס הנוספת בשמיים - קאנופוס. החיישנים תוכננו לזהות כל כוכב שבהירותו נעה בין פי שמונה יותר לפי שמונה פחות מבהירותו של קאנופוס. כולל קאנופוס, היו שבעה כוכבים שענו להגדרה הזו. לקח יותר מיום עד שהחיישן התביית על קאנופוס כיוון שהוא התביית על כוכבים אחרים (אור שהוחזר מכדור הארץ, אלדראמין, רגולוס, נאוס ורגור)^[4] לפני שהתביית על קאנופוס.^[2]

תיקון המסלול

ב־5 בדצמבר 1964 בוצע תיקון מסלול על מנת להגיע למסלול הרצוי. תיקון המסלול היה אמור להתבצע ב־4 בדצמבר אך הוא נדחה בעקבות איבוד ההתבייתות על קאנופוס. התמרון הושלם בהצלחה. התמרון הורכב מעלרוד שלילי של 39.16 מעלות וגלגול חיובי של 156.08 מעלות. בתמרון הופעל המנוע הראשי למשך 20.07 שניות. העלרוד והגלגול שונו בהצלחה רבה: נכונות התמרון הייתה יותר מ־1% ונכונות שינוי המהירות הייתה 2.5%. לאחר תיקון המסלול המשיכה מארינר 4 במסלולה המתוכנן לעבר מאדים.^[4]

היעף על פני מאדים

ג'ק ג'יימס (במרכז), מנהל פרויקט מארינר 4 ב־JPL עם קבוצת אנשים מהבית הלבן שמגישים את התמונה ה־11 המפורסמת של מאדים שצולמה על ידי מארינר 4 לנשיא ארצות הברית לינדון ג'ונסון (שני מימין) ביולי 1965.

מארינר 4 ביצעה את היעף על פני מאדים ב־14 וב־15 ביולי 1965. בזמן היעף הגישושית חלפה במרחק מינימלי של 9,846 ק"מ וצילמה 22 תמונות של מאדים. התמונות שצולמו אוחסנו על הסרט המגנטי. כשעה לאחר היעף אבד הקשר עם מארינר 4, כיוון שהוסתרה על ידי מאדים. הקשר עם מארינר 4 חודש כעבור כשעה נוספת. שידור התמונות החל 8.5 שעות לאחר שהתחדש הקשר עם הגישושית ונמשך עד ה־3 באוגוסט. כל התמונות שודרו פעמיים על מנת להבטיח שאין נתונים חסרים או פגומים.^[1]

מארינר 4 ביצעה את כל משימותיה בהצלחה מהשיגור עד ה־1 בספטמבר 1965. ב־1 בספטמבר 1965 אבד הקשר עם הגישושית עד שנת 1967 בעקבות המרחק העצום (309.2 מיליון ק"מ) וכיוונה הלא מדיוק של האנטנה.^[1]

פגיעת המיקרומטאורים ואיבוד הקשר

ב־15 בספטמבר 1967 רשם גלאי האבק הקוסמי תוך 15 דקות 17 פגיעות של מיקרומטאורים ששינו באופן זמני את כיוון הגישושית וכנראה גרמו נזק מועט למגן החום. מאוחר יותר הוערך כי המיקרומטאורים היו שאריות מכוכב השביט D/1895 Q1 ואולי מארינר 4 אפילו ביצעה יעף על פני גרעינו המנופץ ממרחק של 20 מיליון קילומטר.^[6]^[7]

ב־7 בדצמבר נחלש לחץ הגז ששימש במערכת שליטת הגישה ובין ה־10 ל־11 בדצמבר נרשמו 83 פגיעות מיקרומטאורים ששינו את כיוון הגישושית וגרמו להחלשה משמעותית של עוצמת האות. ב־21 בדצמבר 1967 ניתק הקשר עם מארינר 4 והיא כעת נטושה במסלול הליוצנטרי.^[8]^[9]

מסקנות

במהלך המשימה סופקו על ידי הגישושית 5.2 מיליון סיביות מידע (כ־634 קילו בייט). כל המכשור על מארינר 4 פעל בהצלחה למעט שפופרת הגייגר־מילר, חלק מתא היינון, שהפסיקה לעבוד בפברואר 1965. בנוסף לכך, ביצועי הגלאי לאבחון הפלזמה היו ירודים ביותר עקב כשל בנגד ב־8 בדצמבר 1964, אולם המדענים הצליחו לכייל מחדש את הגלאי ולפרש את הנתונים ששלח.^[10] התמונות ששלחה הגישושית הראו פני שטח מצולקים עם מכתשים הדומים לאלו של הירח, אשר במהלך משימות מאוחרות יותר התגלה שסוג פני השטח הזה לא אופייני רק למאדים ולירח. נמצא שהלחץ האטמוספירי הוא בין 410 ל־700 פסקל והטמפרטורה במהלך היום נאמדה ב־100°- צלזיוס. התגלה גם שלמאדים אין שדה מגנטי או חגורת קרינה כמו חגורת ואן אלן של כדור הארץ. ברוס צ' מוריי השתמש בתצלומים של מארינר 4 כדי להבין את ההיסטוריה הגאולוגית של מאדים.^[11]

המכתשים הרבים והאטמוספיריה הדלילה שנמצאה גרמו להתפוגגות התקווה למציאת יצורים תבוניים על מאדים. חיים על מאדים היו נושא לספקולציה ולמדע בדיוני במשך מאות בשנים. לאחר התגליות של מארינר 4 הובן כי גם אם היו קיימים חיים על מאדים, הם היו צורות קטנות ופשוטות יותר מיצורים תבוניים.^[3] אנשים אחרים הגיעו למסקנה אחרת; שכמו שצילמו את פני כדור הארץ כמה אלפי תמונות ברזולוציה של קילומטר ולא גילו סימני חיים (ברובן הגדול של התמונות), כך אי אפשר להסיק לפי 22 התמונות שצולמו על ידי מארינר 4 שאין חיים תבוניים על מאדים.

ייתכן שמארינר 4 גרמה לשינוי ההדרגתי במדע הבדיוני שבמקום לתאר את החייזרים התבוניים ככאלה שנמצאים על כוכב לכת במערכת השמש, התחילו לתאר אותם כחיים על כוכב במקום כלשהו בחלל העמוק.^[12]

העלות הכוללת של משימת מארינר 4 נאמדה ב־83.2 מיליון $. המחקר הכולל, הפיתוח, השיגור והתמיכה הטכנית בכל משימות תוכנית מארינר עלו כ־554 מיליון $.^[1]