Zdjęcie w tle: Photo by Eric Long, Smithsonian National Air and Space Museum (NASM2015-07455).

Program Mariner był prowadzoną przez NASA i JPL serią bezzałogowych sond kosmicznych. Miał na celu pierwsze badania innych planet. Wzorowane były na nim sondy takich programów jak Voyager, Cassini-Hyugens, Viking, Gallileo czy Magellan, co pokazuje, jak wielki odniósł sukces. Łącznie od 1962 do 75 wysłano 10 sond, z których 7 nie uległo awarii podczas startu. Nie były one duże; wszystkie (bez paliwa) ważyły mniej niż pół tony. Ich misje planowano na od kilku miesięcy do 1-2 lat, pracowały więc dłużej, niż były planowane – jedna z nich przesyłała pożyteczne informacje przez aż 3 lata.

Plany wylecenia z układu Ziemia-Księżyc

Po sukcesach pierwszych misji kosmicznych dokonanych przez USA, w 1960 roku pojawiła się koncepcja częstego wystrzeliwania małych sond mających za zadanie badać inne planety. Mogło to być możliwe dzięki rakietom Atlas, a także decyzji o budowie globalnej sieci czułych anten Deep Space Network. Od tego momentu możliwa była komunikacja z pojazdami w tzw. głębokiej przestrzeni. Miała na to wpływ również chęć odniesienia jakiegokolwiek sukcesu, zanim zrobi to ZSRR – dokonania pierwszego lotu międzyplanetarnego. W kwietniu 1961 zaprojektowano tzw. Mariner A. Jego nazwa została zaproponowana przez Edgara Cortrighta i znaczy „żeglarz”. Projekt zakładał wysłanie pierwszej zaledwie misji rok później. Sinda miała polecieć w kierunku Wenus, ponieważ uznano, że będzie to najłatwiejszy cel, osiągalny przy użyciu dostępnych w tamtym czasie rakiet. Do wystrzelenia wybrano pojazd Atlas-Agenda. Niedługo potem zdecydowano się na zmianę w projekcie sondy. Zmiana ta uwzględniała poprawki i elementy stosowane w programie Ranger. Ostatecznie pojazd stał się hybrydą obu projektów i został z tego powodu nazwany Mariner R.

Mariner 1 i 2

Charakterystyczną cechą programu Mariner było posiadanie przez część misji zapasowej sondy – na wypadek utraty pierwszej z sond. Przydało się to już podczas pierwszego ze startów, 22 lipca 1962. Rakieta z sondą Mariner 1 zboczyła z kursu. Aby nie stanowiła zagrożenia, została zniszczona jeszcze zanim opuściła atmosferę.Niecałe pół roku później, 3 stycznia 1963, na takiej samej rakiecie Atlas-LV3 Agenda-B poleciał Mariner 2. Po osiągnięciu ziemskiej orbity wyruszył na trwającą około 3 ½ miesiąca podróż w kierunku Wenus. Była to pierwsza udana w historii misja międzyplanetarna.

Photo by Eric Long, Smithsonian National Air and Space Museum (NASM2015-07455).

Mariner 2 model 1:1. Tego modelu używano podczas testów i w czasie trwania przygotowań do misji.

Pierwsze dwie sondy były skonstruowane na sześciokątnym korpusie o średnicy 1,04 m i grubości 0,36 m, do którego podłączone były panele słoneczne, antena telekomunikacyjna i przyrządy naukowe. We wnętrzu korpusu znajdowały się baterie, ładowarki do baterii, prosty komputer, butle zawierające paliwo oraz silnik. Paliwem służącym do korekt kursu była bezwodna hydrazyna, odpalana przy pomocy granulek tetratlenku azotu i tlenku glinu. Dzięki systemowi stabilizacji na sprężony azot, sondy mogły utrzymywać kąt nachylenia z marginesem błędu ok. 1 stopnia. System zasilania wykorzystywał dwa prostokątne panele słoneczne, jeden o wymiarach 183×76 cm, a drugi 152×76 cm. Panele były cały czas skierowane prostopadle do Słońca lub ładowały baterie. Kiedy światła słonecznego nie było, baterie te zapewniały energię do ciągłej transmisji telemetrii i przesyłania danych, przysyłanych przy użyciu dużej, kierunkowej anteny parabolicznej zamontowanej na wysięgniku odchodzącym od korpusu.

Podczas lotu Mariner 2 zbierał dane dotyczące między innymi wiatru słonecznego i promieniowania kosmicznego. Do badań wykorzystywał przymocowane głównie do masztu instrumenty naukowe. Było to: dwa radiometry, sensor mikrometeorytów, czujnik plazmy słonecznej, czujniki cząsteczek i magnetometr. Po dotarciu miały za zadanie zbadać temperaturę powierzchni i atmosfery Wenus.

Przelot nad powierzchnią Wenus nastąpił 14 grudnia 1962 i w najniższym punkcie Mariner 2 był oddalony od planety o zaledwie 35 tys. km. Dzięki sondzie dowiedzieliśmy się, że zagęszczenie pyłu międzyplanetarnego w rejonie, przez który przeleciała, jest znacznie mniejsze, niż się spodziewano, a także że Wenus ma bardzo gęste chmury i niesamowicie gorącą powierzchnię. Było to pierwsze w historii zbliżenie się przez ziemską sondę do innej planety. Po wyleceniu z pola grawitacyjnego planety sonda weszła na obite heliocentryczną. Nadawała sygnały do 3 stycznia 1963, po czym utracono z nią kontakt. Do dziś pozostaje na orbicie wokół Słońca.

Mariner 3 i 4

Podobnie jak podczas pierwszych dwóch misji, Mariner 3 nie spełnił swojego zadania i bez odwiedzenia żadnej planety wleciał na orbitę heliocentryczną. Powodem tego było nieudane odseparowanie się stopni rakiety od sondy. Udana była natomiast misja identycznej sondy Mariner 4. Jej cel był bardziej ambitny – Mars. Dzięki niej ludzkość pierwszy raz zobaczyła Czerwoną Planetę z bliska, ponieważ umieszczona na sodzie kamera wykonała pierwsze zdjęcia Marsa z bliska. Były to też pierwsze w historii zdjęcia innej planety wykonane nie przez teleskop. Sonda została wystrzelona 28 listopada 1964 za pomocą rakiety będącej kombinacją Agenda-D i Atlas-D, przystosowanej do tego rodzaju sond.

NASA

4 kamery telewizyjne zamontowane u spodu sondy Mariner 4

Dzięki odkryciom, jakich dokonała sonda, pierwszy raz dowiedziano się, jak tak naprawdę wygląda Mars, chociaż zdjęcia mu zrobione były czarno-białe i niskiej jakości. Fotografie przed zakodowaniem i wysłaniem były przechowywane na taśmie mogącej pomieścić ich maksymalnie 21. Mariner 4 wysłał w kierunku ziemi ok. 5,2 miliona bitów, czyli ok. 634 kB. Wszystkie urządzenia naukowe zadziałały poprawnie, z wyjątkiem części komory jonizacyjnej, która to przestała działać w trakcie lotu Ziemia-Mars. Oprócz tego zawiódł jeden z oporników w instalacji elektrycznej sondy, w wyniku czego mocno utrudnione było poprawne interpretowanie danych, aczkolwiek sonda pokonała ten problem rekalibrując instrumenty.

Dane przekazane Ziemi były bardzo zaskakujące dla ówczesnych badaczy kosmosu. Najbardziej niespodziewane okazały się być brak wody powierzchniowej, bardzo niskie ciśnienie atmosferyczne, temperatury osiągające nawet -100°C w ciągu dnia i brak pola magnetycznego Marsa. Wyniki te, doprecyzowane w późniejszych misjach, pokazywały jasno, ze na Czerwonej Planecie nie może istnieć takie życie, jakie zakładano. Należy też wziąć pod uwagę, że sonda wykonała zdjęcia tylko fragmentowi na południowej półkuli Marsa, który, jak teraz wiadomo, jest dużo starszy niż północna część i posiada znacznie więcej kraterów.

NASA/JPL-Caltech

Jedno z pierwszych zdjęć wykonanych przez Mariner 4, pokazujące powierzchnię Marsa. Jest to najlepsze jakościowo zdjęcie, jakie wykonała sonda.

Sondy Mariner 3 i 4 różniły się znacznie od Marinerów R – między innymi tym, że miały 4 panele słoneczne i całościowo były większe. Kontakt z drugą z sond został utrzymany aż przez 3 lata od wystrzelenia, czyli do lutego 1967 roku.

Mariner 5

Wystrzelenie na rakiecie Atlas Agenda nastąpiło 14 czerwca 1967. Oryginalnie sonda Mariner 5 była kopią swojej poprzedniczki, lecz po jej sukcesie postanowiono przerobić konstrukcję sondy i wysłać ją podczas okna transferowego w kierunku Wenus. Z tego powodu zmiany obejmowały między innymi zmniejszenie paneli słonecznych, a także przeniesienie niektórych urządzeń tak, aby sonda mogła komunikować się z Ziemią, równocześnie będąc odwrócona tyłem do Słońca. Ponieważ w tamtym czasie wiedziano już więcej o Wenus niż podczas pierwszych lotów, postanowiono zbadać bardziej szczegółowo pewne aspekty tej planety. Do zestawu urządzeń pomiarowych dołączono fotometr działający w zakresie światła ultrafioletowego, a w planie misji było przesyłanie danych dotyczących planety zarówno przed, jak i po przelocie nad nią.

NASA

Model 1:1 sondy Mariner 5

W tym czasie sowieccy naukowcy również zaczęli z sukcesem wysyłać swoje urządzenia na inne planety. Na pewien czas przed Marinerem 5 na powierzchnię Wenus opadła sonda Wenera 4. Dzięki współpracy w ramach COSPAR amerykańscy naukowcy podzielili się danymi uzyskanymi podczas misji co pozwoliło lepiej zrozumieć warunki panujące w miejscu, gdzie wylądował sowiecki lądownik. Największe zbliżenie sondy Mariner 5 do Wenus nastąpiło 19 października 1967 na wysokości 3990 km.

NASA

Jedno ze zdjęć wykonanych przez Mariner 5 podczas przelotu nad Wenus.

Mariner 6 i 7

Jako jedyne dwa siostrzane statki programu oba dotarły bezawaryjnie do Marsa. Ich głównym zadaniem było lepsze poznanie powierzchni i atmosfery Czerwonej Planety. Do tego celu wyposażono je w kamery telewizyjne, których zdjęcia były zapisywane nie analogowo, tak jak poprzednio, lecz za pomocą magnetowidu cyfrowego. Pozwoliło to na wykonanie i wysłanie setek zdjęć, szczegółowo obrazujących południową półkulę i równik planety. Ponieważ oba statki przeleciały jedynie nad częścią powierzchni Marsa, nie uchwyciły takich formacji geologicznych jak równikowe pasma górskie czy równiny północnej półkuli. Wystrzelenie Marinera 6 nastąpiło 25 lutego 1969, a Marinera 7 27 marca tego samego roku. Oba starty wykonano za pomocą rakiety Atlas SLV-3D Centaur-D1A.

NASA

Zdjęcie jednej z sond Mariner 6 i 7.

Przez zwiększoną potrzebę na ilość przesyłanych danych, sondy te były wyposażone w kilka anten o różnej przepustowości. Łącznie nadawały na trzech częstotliwościach, wykorzystywanych w zależności od potrzeb i rozmiarów przesyłanych pakietów danych. Misje ta bardzo pomogły w planowaniu i programowaniu przyszłych programów mających na celu badanie Marsa. Największe zbliżenie do powierzchni Marsa sondy Mariner 6 nastapiło 31 lipca 1969, na wysokości 3431 km, a Marinera 7 5 sierpnia tego samego roku na wysokości 3430 km.

Mariner 8 i 9

Mariner 8 był ostatnią sondą programu, która nie osiągnęła swoich celów, natomiast jej dokładna kopia – Mariner 9 – stała się pierwszym w historii sztucznym satelitą innej planety niż Ziemia. Została wystrzelona 30 maja 1971 roku. Warto zauważyć, że wyprzedziła sowieckie sondy Mars 2 i 3 tylko o kilka tygodni. W momencie wejścia statku na orbitę szalała planetarna burza piaskowa, która przesłaniała powierzchnię Marsa. Mapowanie jej było jednym z głównych celów misji, więc podjęta przez startem decyzja o tym, że sonda powinna wejść na orbitę Czerwonej Planety, okazała się strzałem w dziesiątkę. Mariner 9 po prostu zaczekał kilka miesięcy na zakończenie się burzy, po czym wysłał pierwsze wysokiej jakości zdjęcia powierzchni planety. Mariner 9 był również najmasywniejszą sondą programu – w momencie wystrzelenia ważyła 998 kg, ponieważ zawierała duże ilości paliwa potrzebnego do wyhamowania do prędkości orbitalnej nad Marsem.

NASA

Model 1:1 sondy Mariner 9

Dzięki sondzie zmapowane zostało po raz pierwszy ok. 85% powierzchni planety, włączając takie struktury jak Olympus Mons czy Valles Marineris. Ta druga została tak nazwana na cześć programu, który doprowadził do jej odkrycia. Łącznie Mariner 9 przesłał 7329 zdjęć. Zaobserwował również dwa księżyce Marsa, Fobosa i Deimosa. Kontakt utracono 27 października 1972 po wyłączeniu się sondy związanym z wyczerpaniem się zapasu gazu używanego do kontroli wysokości.

NASA

Zdjęcie Noctis Lbirynthus wykonane przez Mariner 9 nad zachodnią częścią Valles Marineris

Mariner 10

Była to ostatnia misja programu Mariner, bo chociaż planowano kolejne, zmieniono je w osobne programy. Mariner 10 dokonał jednak kilku niesłychanych przełomów, np. był to pierwszy w historii statek, który wszedł w pole przyciągania dwóch planet innych niż Ziemia, a także pierwszy, który użył asysty grawitacyjnej i sfotografował Merkurego z bliska, czego nie dokonała żadna inna sonda przez następne 33 lata. Kilka miesięcy po wystrzeleniu Mariner 10 wszedł w pole przyciągania Wenus, które to „wygięło” jego trajektorię na spotkanie z Merkurym. Start nastąpił 3 listopada 1973. Sonda, podobnie jak Mariner 5, nie miała swojej dokładnej kopii w zapasie na wypadek niepowodzenia misji i była większa od swoich poprzedniczek.

NASA

Rysunek Marinera 10 podczas lotu

Dzięki Marinerowi 10 ludzkość pierwszy raz przekonała się, jak tak naprawdę wygląda Merkury – jest martwą pustką o ogromnej amplitudzie temperatur. Misja zmapowała prawie połowa powierzchni tej planety, powracając w jej pole przyciągania dwukrotnie po pierwszym przelocie. Ze względu na bardzo powolny obrót Merkurego wokół własnej osi i geometrię orbity, na jaką został skierowany Mariner 10, za każdym razem przelot odbywał się nad prawie tą samą częścią planety, która była oświetlona. Pozwoliło mu to na zmapowanie około 45% powierzchni Merkurego. Eksperymenty wykonane przez sondę uwzględniały także badania Słońca, wiatru słonecznego, promieniowania, a także fotografowanie Wenus podczas asysty grawitacyjnej. Misja w ogromnym stopniu dołożyła się do poznania najbliższej Słońcu planety, ponieważ obserwacje teleskopowe nie pozwalały na dokładne mapowanie jej powierzchni. Po trzecim przelocie w 1975 roku utracono kontakt z sondą. Nadal krąży po orbicie heliocentrycznej.

NASA

Merkury widziany przez sondę Mariner 10 na 6 godzin przed maksymalnym zbliżeniem.

NASA

Mozaika zdjęć Merkurego zrobionych podczas drugiego przelotu

Mariner 10, Astrogeology Team, U.S. Geological Survey

Mozaika zdjęć wszystkich przelotów. Niewyraźne, jaśniejsze miejsca są lukami ,do których zapełnienia nie wystarczyło danych.

Spuścizna programu – podsumowanie

Program Mariner był jednym z najbardziej udanych w historii podboju kosmosu i pozwolił na dokonanie wielu przełomów. Wystarczy wspomnieć, że to właśnie sondy Mariner jako pierwsze dokonały udanych lotów międzyplanetarnych, asyst grawitacyjnych i jako pierwsze weszły na orbity mijanych planet. Zdobyte dzięki nim informacje były niezbędne dla wysłania kolejnych misji, dając podwaliny pod naszą dzisiejszą wiedzę, a także znacznie zmieniając postrzeganie naszego układu planetarnego przez ówczesnych ludzi. Planowano jeszcze kilka sond tego programu, lecz wyzwania, jakie chciano podjąć, były tak duże, że plany te zmieniły się w swoje osobne programy. Mimo tego nadal były stosunkowo podobne do swoich pierwowzorów, co pokazuje, że Mariner pozostawił swój ślad nie tylko na naszej wiedzy o planetach, lecz także na technologii, z której nadal korzystamy w badaniach.

Historic Spacecraft

Porównanie wielkości i kształtu sond programu Mariner do siebie i człowieka

Korekta – Matylda Kołomyjec