Венера: Первый успешный пролёт американского зонда "Маринер-2"

Введение

1962 космический зонд к Венере

Mariner 2 (Mariner Venus 1962), американский космический зонд к Венере, был первым роботизированным космическим аппаратом, успешно передавшим данные при пролете мимо планеты. Первый успешный космический корабль в программе NASA Mariner, он представлял собой упрощенную версию аппарата Block I программы Ranger и точную копию Mariner 1. Миссии аппаратов Mariner 1 и 2 иногда называют миссиями Mariner R. Первоначально планировалось запускать зонды на ракете-носителе Atlas Centaur, но серьезные проблемы в разработке этой ракеты вынудили перейти на гораздо менее мощную вторую ступень Agena B. В связи с этим конструкция аппаратов Mariner R была значительно упрощена. Количество приборов на борту было значительно меньше, чем на советских зондах "Венера" того периода — например, от него отказались от телевизионной камеры — поскольку Atlas Agena B обладал лишь вдвое меньшей грузоподъемностью, чем советская ракета-носитель 8К78. Космический аппарат Mariner 2 был запущен с мыса Канаверал 27 августа 1962 года и прошел на минимальном расстоянии от Венеры 14 декабря 1962 года. Зонд Mariner состоял из шестиугольной платформы диаметром 100 см, к которой крепились солнечные панели, приборные стрелы и антенны. Научное оборудование на борту Mariner включало: два радиометра (по одному для микроволнового и инфракрасного диапазонов спектра), датчик микрометеоритов, датчик солнечной плазмы, датчик заряженных частиц и магнитометр. Эти приборы были предназначены для измерения распределения температуры на поверхности Венеры и проведения базовых измерений атмосферы Венеры. Основной задачей миссии было получение связи с аппаратом вблизи Венеры и выполнение радиометрических измерений температуры планеты. Вторая цель заключалась в измерении межпланетного магнитного поля и среды заряженных частиц. По пути к Венере Mariner 2 измерил солнечный ветер — постоянный поток заряженных частиц, исходящих от Солнца, — подтвердив измерения, выполненные "Луной-1" в 1959 году. Он также измерил межпланетную пыль, которая оказалась менее плотной, чем предполагалось. Кроме того, Mariner 2 обнаружил высокоэнергетические заряженные частицы, исходящие от Солнца, включая несколько кратковременных солнечных вспышек, а также космические лучи из-за пределов Солнечной системы. Во время пролета мимо Венеры 14 декабря 1962 года Mariner 2 просканировал планету своими радиометрами, обнаружив, что Венера имеет холодные облака и чрезвычайно горячую поверхность.

Mariner 2 (Mariner Venus 1962), an American space probe to Venus, was the first robotic space probe to report successfully from a planetary encounter. The first successful spacecraft in the NASA Mariner program, it was a simplified version of the Block I spacecraft of the Ranger program and an exact copy of Mariner 1. The missions of the Mariner 1 and 2 spacecraft are sometimes known as the Mariner R missions. Original plans called for the probes to be launched on the Atlas Centaur, but serious developmental problems with that vehicle forced a switch to the much smaller Agena B second stage. As such, the design of the Mariner R vehicles was greatly simplified. Far less instrumentation was carried than on the Soviet Venera probes of this period—for example, forgoing a TV camera—as the Atlas Agena B had only half as much lift capacity as the Soviet 8K78 booster. The Mariner 2 spacecraft was launched from Cape Canaveral on August 27, 1962, and passed as close as to Venus on December 14, 1962. The Mariner probe consisted of a 100 cm (39.4 in) diameter hexagonal bus, to which solar panels, instrument booms, and antennas were attached. The scientific instruments on board the Mariner spacecraft were: two radiometers (one each for the microwave and infrared portions of the spectrum), a micrometeorite sensor, a solar plasma sensor, a charged particle sensor, and a magnetometer. These instruments were designed to measure the temperature distribution on the surface of Venus and to make basic measurements of Venus' atmosphere. The primary mission was to receive communications from the spacecraft in the vicinity of Venus and to perform radiometric temperature measurements of the planet. A second objective was to measure the interplanetary magnetic field and charged particle environment. En route to Venus, Mariner 2 measured the solar wind, a constant stream of charged particles flowing outwards from the Sun, confirming the measurements by Luna 1 in 1959. It also measured interplanetary dust, which turned out to be scarcer than predicted. In addition, Mariner 2 detected high energy charged particles coming from the Sun, including several brief solar flares, as well as cosmic rays from outside the Solar System. As it flew by Venus on December 14, 1962, Mariner 2 scanned the planet with its pair of radiometers, revealing that Venus has cool clouds and an extremely hot surface.

Космический корабль

Было построено три космических аппарата Mariner R: два для запуска и один для проведения испытаний, который также должен был использоваться в качестве запасного. Серебряно-цинковая аккумуляторная батарея. Еще два включали радиоприемник, трехваттный передатчик и системы управления для экспериментов Mariner. В пятом отсеке размещалась электроника для оцифровки аналоговых данных, полученных в ходе экспериментов, для последующей передачи. В шестом отсеке находились три гироскопа, определявшие ориентацию аппарата Mariner в пространстве. Там же располагались центральный компьютер и секвенсер – "мозг" космического аппарата, координировавший все его действия в соответствии с кодом, хранящимся в его банках памяти, и по расписанию, поддерживаемому электронными часами, синхронизированными с оборудованием на Земле. Ранее выдвигалась (но впоследствии была опровергнута) гипотеза о том, что планета находится в приливной синхронизации с Солнцем (как Луна с Землей). В атмосфере Венеры не был обнаружен кислород, что указывало на отсутствие жизни, подобной земной. Было установлено, что атмосфера Венеры содержит как минимум в 500 раз больше углекислого газа, чем атмосфера Земли. Эти относительно высокие уровни предполагали возможность возникновения неуправляемого парникового эффекта с температурой поверхности до , однако это еще не было окончательно подтверждено. Одновременно с этим, аппарат мог определять, существует ли значительная разница между ночной и дневной температурами. Он использовался для определения абсолютной температуры поверхности Венеры и деталей, касающихся ее атмосферы, посредством анализа характеристик микроволнового излучения, включая дневное и ночное полушария, а также область терминатора. Измерения проводились одновременно в двух частотных диапазонах: 13,5 мм и 19 мм. Общий вес радиометра составлял , а его среднее энергопотребление – 4 Вт, а пиковое – 9 Вт. Двухканальный инфракрасный радиометр для измерения эффективной температуры небольших участков поверхности Венеры. Полученное излучение могло исходить от поверхности планеты, облаков в атмосфере, самой атмосферы или их комбинации. Излучение принималось в двух спектральных диапазонах: 8–9 мкм (с фокусировкой на 8,4 мкм) и 10–10,8 мкм (с фокусировкой на 10,4 мкм). Общий вес инфракрасного радиометра, помещенного в корпус из магниевого сплава, составлял , и он потреблял 2,4 Вт мощности. Он был разработан для измерения температуры излучения в диапазоне примерно . Трехосевой магнитометр с магнитными датчиками для измерения планетарных и межпланетных магнитных полей. Ионизационная камера с подобранными трубками Гейгера-Мюллера (также известная как детектор космических лучей) для измерения высокоэнергетического космического излучения. Детектор частиц (реализованный с использованием трубки Антона типа 213 Гейгера-Мюллера) для измерения низкоэнергетического излучения (особенно вблизи Венеры), также известный как детектор Айовы, поскольку он был предоставлен Университетом Айовы.

Three Mariner R spacecraft were built: two for launching and one to run tests, which was also to be used as a spare. silver zinc storage battery. Two more included the radio receiver, the three watt transmitter, and control systems for Mariner's experiments. The fifth case held electronics for digitizing the analog data received by the experiments for transmission. The sixth case carried the three gyroscopes that determined Mariner's orientation in space. It also held the central computer and sequencer, the "brain" of the spacecraft that coordinated all of its activities pursuant to code in its memory banks and on a schedule maintained by an electronic clock tuned into equipment on Earth. (but later disproven) hypothesis that the planet was tidally locked with respect to the Sun (as the Moon is with respect to the Earth). No oxygen had been detected in Venus' atmosphere, suggesting that life as existed on Earth was not present. It had been determined that Venus' atmosphere contained at least 500 times as much carbon dioxide as the Earth's. These comparatively high levels suggested that the planet might be subject to a runaway greenhouse effect with surface temperatures as high as , but this had not yet been conclusively determined. at the same time, the spacecraft could determine if there was a significant disparity between night and daytime temperatures. It was used to determine the absolute temperature of Venus' surface and details concerning its atmosphere through its microwave radiation characteristics, including the daylight and dark hemispheres, and in the region of the terminator. Measurements were performed simultaneously in two frequency bands of 13.5 mm and 19 mm. The total weight of the radiometer was Its average power consumption was 4 watts and its peak power consumption 9 watts. A two channel infrared radiometer to measure the effective temperatures of small areas of Venus. The radiation that was received could originate from the planetary surface, clouds in the atmosphere, the atmosphere itself or a combination of these. The radiation was received in two spectral ranges: 8 to 9 μm (focused on 8.4 μm) and 10 to 10.8 μm (focused on 10.4 μm). The total weight of the infrared radiometer, which was housed in a magnesium casting, was , and it required 2.4 watts of power. It was designed to measure radiation temperatures between approximately
A three axis fluxgate magnetometer to measure planetary and interplanetary magnetic fields. An ionization chamber with matched Geiger Müller tubes (also known as a cosmic ray detector) to measure high energy cosmic radiation. A particle detector (implemented through use of an Anton type 213 Geiger Müller tube) to measure lower radiation (especially near Venus), also known as the Iowa detector, as it was provided by the University of Iowa.

Прелюдия к " Маринеру 2 "

Окно запуска для "Маринера", обусловленное как орбитальным расположением Земли и Венеры, так и возможностями ракеты "Атлас Агена", было определено в период продолжительностью 51 день – с 22 июля по 10 сентября. Для запуска ракет "Атлас Агена" был доступен только стартовый комплекс 12 на мысе Канаверал, и подготовка одной ракеты к запуску занимала 24 дня. Это означало, что при запланированных двух запусках запас времени составлял всего 27 дней.

Запуск

В 1:53 утра по восточному времени 27 августа, "Маринер-2" был запущен с комплекса 12 на авиабазе Кейп-Канаверал в 06:53:14 UTC. Полет проходил нормально до момента выключения двигателя разгонного блока "Агена", когда двигатель V-2 вернье потерял управление по тангажу и рысканию. Вернье начал колебаться и ударяться о ограничители, что привело к быстрому вращению ракеты-носителя, которое чуть не повредило конструкцию. На T+189 секундах вращение прекратилось, и запуск продолжился без происшествий. Вращательное движение "Атласа" привело к потере блокировки наземной системы управления на ракете-носителе, что не позволило отправить корректирующие команды. Причина инцидента была установлена – ослабленное электрическое соединение в датчике обратной связи вернье, которое центробежная сила, возникшая при вращении, вернула на место. По счастливой случайности, это отклонило "Атлас" всего на несколько градусов от первоначального курса и в пределах диапазона действия горизонтального датчика "Агены". В результате этого инцидента GD/A усовершенствовала технологии изготовления кабельных сетей и процедуры проверки. Через пять минут после старта "Атлас" и "Агена Маринер" отделились, после чего последовало первое и второе включения двигателя "Агены". Отделение "Агены Маринер" вывело космический аппарат "Маринер-2" на геоцентрическую параболическую траекторию эскапирования через 26 минут 3 секунды после старта. Станция слежения НАСА NDIF в Йоханнесбурге (ЮАР) захватила сигнал космического аппарата примерно через 31 минуту после запуска. Вывод солнечных панелей в рабочее положение был завершен примерно через 44 минуты после старта. Ориентация на Солнце была установлена примерно через 18 минут. Высокочастотная антенна была выдвинута до угла захвата 72°. Выдаваемая мощность солнечных панелей оказалась немного выше прогнозируемой. Поскольку все подсистемы функционировали нормально, батарея была полностью заряжена, а солнечные панели обеспечивали достаточную мощность, 29 августа было принято решение включить научные эксперименты во время перелета. 3 сентября была запущена последовательность захвата Земли, и блокировка на Землю была установлена через 29 минут. Космический аппарат пролетел вблизи Венеры на расстоянии после 110 дней полета 14 декабря 1962 года. После прохождения Венеры "Маринер-2" перешел на гелиоцентрическую орбиту.

At 1:53 AM EST on August 27, Mariner 2 was launched from Cape Canaveral Air Force Station Launch Complex 12 at 06:53:14 UTC. The flight proceeded normally up to the point of the Agena booster engine cutoff, at which point the V 2 vernier engine lost pitch and yaw control. The vernier started oscillating and banging against its stops, resulting in a rapid roll of the launch vehicle that came close to threatening the integrity of the stack. At T+189 seconds, the rolling stopped and the launch continued without incident. The rolling motion of the Atlas resulted in ground guidance losing its lock on the booster and preventing any backup commands from being sent to counteract the roll. The incident was traced to a loose electrical connection in the vernier feedback transducer, which was pushed back into place by the centrifugal force of the roll, which also by fortunate coincidence left the Atlas only a few degrees off from where it started and within the range of the Agena's horizontal sensor. As a consequence of this episode, GD/A implemented improved fabrication of wiring harnesses and checkout procedures. Five minutes after liftoff, the Atlas and Agena Mariner separated, followed by the first Agena burn and second Agena burn. The Agena Mariner separation injected the Mariner 2 spacecraft into a geocentric escape hyperbola at 26 minutes 3 seconds after liftoff. The NASA NDIF tracking station at Johannesburg, South Africa, acquired the spacecraft about 31 minutes after launch. Solar panel extension was completed approximately 44 minutes after launch. The Sun lock acquired the Sun about 18 minutes later. The high gain antenna was extended to its acquisition angle of 72°. The output of the solar panels was slightly above the predicted value. As all subsystems were performing normally, with the battery fully charged and the solar panels providing adequate power, the decision was made on August 29 to turn on cruise science experiments. On September 3, the Earth acquisition sequence was initiated, and Earth lock was established 29 minutes later. passing as close as to Venus after 110 days of flight on December 14, 1962. After passing Venus, Mariner 2 entered heliocentric orbit.