Námořník 2 - Mariner 2

Námořník 2
Námořník 2.jpg
Znázornění Marinera 2 ve vesmíru
Typ mise Planetární průlet
Operátor NASA / JPL
Harvardské označení 1962 Alpha Rho 1
ID COSPARU 1962-041A
SATCAT č. 374
Délka mise 4 měsíce, 7 dní
Vlastnosti kosmických lodí
Typ kosmické lodi Námořník
na základě Ranger Block I
Výrobce Laboratoř tryskového pohonu
Spustit hmotu 202,8 kilogramů (447 liber)
Napájení 220 wattů (při setkání s Venuší)
Začátek mise
Datum spuštění 27. srpna 1962, 06:53:14  UTC ( 1962-08-27UTC06: 53: 14Z )
Raketa Atlas LV-3 Agena-B
Spusťte web Mys Canaveral LC-12
Konec mise
Poslední kontakt 3. ledna 1963 7:00 UT ( 04.01.1963 )
Orbitální parametry
Referenční systém Heliocentrický
Nadmořská výška Perihelionu 105 464 560 kilometrů (56 946 310 námořních mil)
Epocha 27. prosince 1962
Průlet Venuše
Nejbližší přístup 14. prosince 1962
Vzdálenost 34 773 kilometrů (18 776 námořních mil)
 
Prezident Kennedy je ukázán model Mariner 2 během setkání s představiteli NASA po úspěšném dokončení mise, 1963

Mariner 2 ( Mariner-Venus 1962 ), americká vesmírná sonda na Venuši , byla první robotickou vesmírnou sondou, která provedla úspěšné planetární setkání. První úspěšná kosmická loď v programu NASA Mariner , byla to zjednodušená verze kosmické lodi Block I programu Ranger a přesná kopie Mariner 1 . Mise kosmických lodí Mariner 1 a 2 jsou někdy známé jako mise Mariner R. Původní plány počítaly se spuštěním sond na Atlas-Centaur , ale vážné vývojové problémy s tímto vozidlem si vynutily přechod na mnohem menší druhý stupeň Agena B. Jako takový byl design vozidel Mariner R značně zjednodušen. Bylo provedeno mnohem méně přístrojového vybavení než na sovětských sondách Venera tohoto období-například při opuštění televizní kamery-, protože Atlas-Agena B měla pouze poloviční zvedací kapacitu než sovětský posilovač 8K78 . Kosmická loď Mariner 2 byla vypuštěna z mysu Canaveral 27. srpna 1962 a 14. prosince 1962 prošla až 34,773 kilometrů (21,607 mi) k Venuši.

Sonda Mariner se skládala ze šestihranné sběrnice o průměru 100 cm (39,4 palce), ke které byly připevněny solární panely , přístrojová ramena a antény . Vědecké přístroje na palubě kosmické lodi Mariner byly: dva radiometry (jeden pro mikrovlnné a infračervené části spektra ), mikrometeoritový senzor, snímač sluneční plazmy, snímač nabitých částic a magnetometr . Tyto přístroje byly navrženy pro měření rozložení teploty na povrchu Venuše a pro základní měření atmosféry Venuše .

Primárním posláním bylo přijímat komunikaci z kosmické lodi v blízkosti Venuše a provádět radiometrická měření teploty planety. Druhým cílem bylo změřit meziplanetární magnetické pole a prostředí nabitých částic.

Mariner 2 na cestě k Venuši měřil sluneční vítr , konstantní proud nabitých částic proudících ven ze Slunce , což potvrdilo měření Luna 1 v roce 1959. Rovněž měřil meziplanetární prach , který se ukázal být vzácnější, než se předpokládalo. Mariner 2 navíc detekoval vysokoenergetické nabité částice pocházející ze Slunce, včetně několika krátkých slunečních erupcí , a také kosmických paprsků vně sluneční soustavy . Jak 14. prosince 1962 letěla kolem Venuše, Mariner 2 prohledal planetu pomocí dvojice radiometrů a odhalil, že Venuše má chladné mraky a extrémně horký povrch.

Kosmická loď a subsystémy

Předletová kontrola dokončené kosmické lodi Mariner 2

Mariner 2 sonda byl navržen a postaven JPL z California Institute of Technology . Skládal se ze šestihranné základny, 1,04 metru (41 palců) široké a 0,36 metru (14 palců) vysoké, která obsahovala šest magnéziových šasi , v nichž byla umístěna elektronika pro vědecké experimenty, komunikaci, kódování dat, výpočetní techniku, načasování a ovládání polohy a ovládání výkonu, baterie a nabíječky baterií , stejně jako plynové lahve s ovládáním polohy a raketový motor. Na vrcholu základny byl vysoký stožár ve tvaru pyramidy, na který byly namontovány vědecké experimenty, čímž se celková výška kosmické lodi zvýšila na 3,66 metru (12,0 ft). Na obou stranách základny byla připevněna obdélníková křídla solárních panelů o celkovém rozpětí 5,05 m (16,6 ft) a šířce 0,76 m (2,5 ft). K jedné straně základny a pod kosmickou lodí byla připevněna paže velkou směrovou anténou. Energetický systém Mariner 2 sestával ze dvou křídel solárních článků, jednoho 183 x 76 cm (72 x 30 palců) a druhého 152 x 76 cm (60 x 30 palců) (s 31 cm (12 palců) dacronovým prodloužením (a solární plachta ) k vyrovnání slunečního tlaku na panelech), která poháněla plavidlo přímo nebo dobíjela uzavřenou stříbrno-zinkovou baterii o kapacitě 1 000 wattů . Tato baterie byla použita před rozmístěním panelů, když panely nebyly osvětleny Sluncem a když byly zátěže těžké. Tok energie ovládalo zařízení pro přepínání a posilování výkonu. Komunikace se skládala z 3wattového vysílače schopného nepřetržitého telemetrického provozu, velké parabolické antény s vysokým ziskem, válcové všesměrové antény v horní části přístrojového stožáru a dvou příkazových antén, jedné na konci každého solárního panelu, který přijímal pokyny pro manévry středního kurzu a další funkce.

Pohon pro manévry středního toku dodávala retro-raketa monopropellant ( bezvodý hydrazin ) 225 newtonů (51 lbf). Hydrazin se zapálí pomocí osmičelého dusíku a oxidu hlinitého pelety , a směr tahu byl řízen čtyři tryskové lopatky nacházející se pod přítlačnou komory. Řízení postoje s chybou ukazování o 1 stupeň bylo udržováno systémem trysek plynného dusíku. Slunce a Země byly použity jako reference pro stabilizaci postoje. Celkové načasování a ovládání bylo provedeno digitálním centrálním počítačem a sekvencerem. Tepelné regulace bylo dosaženo použitím pasivních odrazových a absorpčních povrchů, tepelných štítů a pohyblivých žaluzií.

Vědecké přístroje

Pouze 18 kilogramů (40 liber) kosmické lodi bylo možné přidělit na vědecké experimenty.

Shrnutí nástrojů:

  • Mikrovlnný radiometr
  • Infračervený radiometr
  • Tříosý magnetometr fluxgate
  • Detektor kosmického záření
  • Kosmický detektor prachu
  • Sluneční plazmový spektrometr
  • Detektor částic

Na stožár a základnu přístroje byly namontovány následující vědecké přístroje:

  • Dvoukanálový mikrovlnný radiometr typu krystalového videa pracující ve standardním Dickeho režimu sekání mezi hlavní anténou, namířenou na cíl a referenční houkačkou namířenou do chladného prostoru. Byl použit ke stanovení absolutní teploty povrchu Venuše a detailů týkajících se její atmosféry prostřednictvím charakteristik mikrovlnného záření, včetně denního světla a tmavé polokoule, a v oblasti terminátoru. Měření byla prováděna současně ve dvou frekvenčních pásmech 13,5 mm a 19 mm. Celková hmotnost radiometru byla 10 kilogramů (22 lb). Jeho průměrná spotřeba energie byla 4 watty a špičková spotřeba 9 wattů.
Popisovaný diagram konstrukce infračerveného radiometru
  • Dvoukanálový infračervený radiometr pro měření efektivních teplot malých oblastí Venuše. Přijaté záření mohlo pocházet z povrchu planety, mraků v atmosféře, samotné atmosféry nebo z jejich kombinace. Záření bylo přijímáno ve dvou spektrálních rozsazích: 8 až 9 μm (zaostřeno na 8,4 μm) a 10 až 10,8 μm (zaostřeno na 10,4 μm). Ten odpovídá pásmu oxidu uhličitého . Celková hmotnost infračerveného radiometru, který byl umístěn v odlitku z hořčíku, činil 1,3 kilogramu (2,9 lb) a vyžadoval výkon 2,4 Wattů. Byl navržen pro měření teplot záření mezi přibližně 200 a 500 K (-73 až 227 ° C; -100 až 440 ° F).
  • Tříosý magnetometr fluxgate pro měření planetárních a meziplanetárních magnetických polí. Do jeho senzorů byly začleněny tři sondy, takže mohla získat tři vzájemně ortogonální složky vektoru pole. Odečty těchto složek byly odděleny o 1,9 sekundy. Mělo tři analogové výstupy, z nichž každá měla dvě stupnice citlivosti: ± 64 γ a ± 320 γ (1 γ = 1  nanotesla ). Tyto váhy byly automaticky přepnuty přístrojem. Pole, které magnetometr pozoroval, byla superpozice téměř konstantního pole kosmických lodí a meziplanetárního pole. Účinně tedy měřil pouze změny v meziplanetárním poli.
  • Detektor částic (realizován prostřednictvím použití typu Anton 213 Geiger-Müller trubka) pro měření nižší záření (zejména v blízkosti Venuše), také známý jako detektor Iowa, jak bylo uvedeno u University of Iowa . Jednalo se o miniaturní zkumavku, která měla slídové okénko 1,2 mg/cm 2 o průměru 0,3 cm (0,12 palce) a vážila přibližně 60 gramů (2,1 oz). Efektivně detekoval měkké rentgenové záření a neefektivně ultrafialové a byl dříve použit v Injun 1 , Explorer 12 a Explorer 14 . Dokázal detekovat protony nad 500 keV v energii a elektrony nad 35 keV. Délka základního telemetrického rámce byla 887,04 sekundy. Během každého rámce byla vzorkovací frekvence detektoru odebrána dvakrát v intervalech oddělených 37 sekundami. Prvním vzorkováním byl počet počtů v intervalu 9,60 sekund (známý jako „dlouhá brána“); druhým byl počet počtů v intervalu 0,827 sekundy (známý jako 'krátká brána'). Akumulátor dlouhé brány přetekl na 256. čísle a akumulátor krátké brány přetekl na 65 536. Maximální rychlost počítání zkumavky byla 50 000 za sekundu.
  • Kosmický prach detektor pro měření toku kosmických prachových částic v prostoru.
Nástroj pro studium plazmy

Magnetometr byl připevněn k horní části stožáru pod všesměrovou anténou . Detektory částic byly namontovány v polovině stožáru spolu s detektorem kosmického záření. Kosmický prachový detektor a sluneční plazmový spektrometr byly připevněny k horním okrajům základny kosmické lodi. Mikrovlnný radiometr, infračervený radiometr a referenční rohy radiometru byly pevně připevněny k parabolické radiometrické anténě o průměru 48 cm (19 palců) namontované poblíž spodní části stožáru. Všechny přístroje byly provozovány po celou dobu plavby a režimy setkání kromě radiometrů, které byly použity pouze v bezprostřední blízkosti Venuše.

Kromě těchto vědeckých přístrojů měl Mariner 2 systém pro úpravu dat (DCS) a jednotku pro přepínání vědecké energie (SPS). DCS byl elektronický systém v pevné fázi určený ke shromažďování informací z vědeckých přístrojů na palubě kosmické lodi. Mělo čtyři základní funkce: převod analogově na digitální, převod digitálně na digitální, časování vzorkování a kalibrace přístroje a planetární akvizice. Jednotka SPS byla zkonstruována tak, aby plnila následující tři funkce: řízení aplikace střídavého napájení na příslušné části vědeckého subsystému, aplikace výkonu na radiometry a odebírání energie z tempomatů během kalibračních period radiometru a ovládání rychlost a směr skenování radiometru. DCS vyslal signály do jednotky SPS k provedení posledních dvou funkcí.

Cíle mise

Vědecké cíle byly:

  • Radiometrický experiment.
  • Infračervený experiment.
  • Experiment s magnetometrem.
  • Experiment s nabitými částicemi.
  • Plazmový experiment.
  • Mikrometeoritový experiment.

Kromě experimentů s vědeckými přístroji zahrnovaly cíle sond Mariner 1 a 2 také technické cíle:

  • Hodnocení systému řízení polohy.
  • Hodnocení systému řízení životního prostředí.
  • Vyhodnocení celého energetického systému.
  • Vyhodnocení komunikačního systému.

Profil mise

Zahájení

Fotografie ze startu Mariner 2, 27. srpna 1962.
Zapalování Mariner Atlas-Agena
Animace Mariner 2 ‚s dráha od 27. srpna 1962 do 31. prosince 1962
   Mariner 2  ·   Venuše  ·   Země

Mariner 2 byl vypuštěn z odpalovacího komplexu 12 leteckých stanic Cape Canaveral v 06:53:14 UTC 27. srpna 1962 dvoustupňovou raketou Atlas-Agena .

Dvoustupňová raketa Atlas-Agena nesoucí Mariner 1 se při svém startu 22. července 1962 odklonila mimo kurz kvůli vadnému signálu z Atlasu a chybě v programových rovnicích pozemního naváděcího počítače, a tak kosmická loď byla zničena bezpečnostním důstojníkem dosahu .

Dva dny po tomto startu byla k LC-12 zavedena záložní sonda a posilovač (vozidlo Atlas 179D). Atlas se ukázal jako obtížný při přípravě na start a došlo k několika vážným problémům s autopilotem, včetně úplné výměny servoamplifieru poté, co utrpěl poškození součásti v důsledku zkratovaných tranzistorů. V 1:53 EST 27. srpna byl vypuštěn Mariner 2.

Let pokračoval normálně až do bodu vypnutí posilovacího motoru, v tomto okamžiku ztratil non-stop motor V-2 výšku a kontrolu stáčení. Vernier začal oscilovat a narážet do jeho dorazů, což mělo za následek rychlý pohyb nosné rakety, který se přiblížil ohrožení celistvosti hromádky. V T+189 sekund se valení zastavilo a start pokračoval bez incidentů. Valivý pohyb Atlasu vedl k tomu, že pozemní vedení ztratilo zámek na posilovači a zabránilo odesílání jakýchkoli záložních příkazů, které by působily proti převrácení. Incident byl vysledován k uvolněnému elektrickému připojení v noniusově zpětnovazebním měniči, který byl odstředivou silou válce tlačen zpět na místo, což také díky šťastné shodě náhod zanechalo Atlas jen několik stupňů od místa, kde začal a v dosahu horizontálního senzoru Ageny. V důsledku této epizody společnost GD/A implementovala vylepšenou výrobu kabelových svazků a postupy při pokladně.

Pět minut po startu se Atlas a Agena-Mariner oddělili, následovala první Agena a druhá Agena. Separace Agena-Mariner vstříkla kosmickou loď Mariner 2 do geocentrické únikové hyperboly 26 minut 3 sekundy po startu. Sledovací stanice NASA NDIF v Johannesburgu v Jižní Africe získala kosmickou loď asi 31 minut po startu. Rozšíření solárního panelu bylo dokončeno přibližně 44 minut po spuštění. Sluneční zámek získal Slunce asi o 18 minut později. Anténa s vysokým ziskem byla prodloužena na úhel pořízení 72 °. Výkon solárních panelů byl mírně nad předpokládanou hodnotou.

Protože všechny subsystémy fungovaly normálně, s plně nabitou baterií a solárními panely poskytujícími dostatečný výkon, bylo 29. srpna rozhodnuto zapnout experimenty s vědeckou plavbou. 3. září byla zahájena sekvence získávání Země a o 29 minut později byl vytvořen pozemský zámek.

Manévr uprostřed kurzu

Vzhledem k tomu, že Atlas-Agena odstavila Marinera mírně mimo kurz, kosmická loď vyžadovala korekci v polovině kurzu, skládající se ze sekvence otáčení, následované sekvencí otočení hřiště a nakonec sekvence vypalování motoru. Přípravné příkazy byly kosmické lodi zaslány 4. září ve 21:30 UTC. Zahájení sekvence manévru v polovině kurzu bylo odesláno ve 22:49:42 UTC a sekvence otočení začala o hodinu později. Celý manévr trval přibližně 34 minut.

Kvůli manévru uprostřed kurzu senzory ztratily zámek se Sluncem a Zemí. V 00:27:00 UTC začalo opětovné získávání Slunce a v 00:34 UTC bylo Slunce znovu získáno. Rekuperace Země začala v 02:07:29 UTC a Země byla znovu získána v 02:34 UTC.

Ztráta kontroly postoje

8. září ve 12:50 UTC zaznamenala sonda problém s ovládáním polohy . Automaticky zapnul gyroskopy a experimenty s vědeckou plavbou se automaticky vypnuly. Přesná příčina není známa, protože snímače polohy se vrátily do normálu, než bylo možné odebírat vzorky z telemetrických měření, ale mohlo jít o poruchu snímače Země nebo o kolizi s malým neidentifikovaným objektem, který dočasně způsobil, že kosmická loď ztratila sluneční zámek. Podobná zkušenost se stala 29. září ve 14:34 UTC. Všechny senzory se opět vrátily do normálu, než bylo možné určit, která osa ztratila zámek. Do tohoto data se indikace jasu snímače Země v podstatě dostala na nulu. Tentokrát však telemetrická data naznačila, že měření jasu Země se zvýšilo na nominální hodnotu pro daný bod trajektorie.

Výkon solárního panelu

31. října se výkon z jednoho solárního panelu (s připojenou sluneční plachtou) prudce zhoršil. Byl diagnostikován jako částečný zkrat v panelu. Jako preventivní opatření byly vypnuty nástroje pro vědeckou plavbu. O týden později panel obnovil normální funkci a vědecké přístroje pro plavbu byly znovu zapnuty. Panel 15. listopadu trvale selhal, ale Mariner 2 byl dostatečně blízko Slunci, že jeden panel mohl dodávat adekvátní energii; experimenty s plavbou byly ponechány aktivní.

Setkání s Venuší

Mariner 2 byla první kosmická loď, která se úspěšně setkala s jinou planetou, a po 110 dnech letu 14. prosince 1962 prošla 34773 kilometrů (21 607 mi) k Venuši.

Příspěvek na setkání

Po setkání se obnovil režim plavby. K přísluní kosmických lodí došlo 27. prosince na vzdálenost 105 464 560 kilometrů (65 532 640 mi). Poslední přenos z Mariner 2 byl přijat 3. ledna 1963 v 07:00 UTC, což činí celkový čas od startu do ukončení mise Mariner 2 129 dní. Mariner 2 zůstává na heliocentrické oběžné dráze .

Výsledek

Data vytvořená během letu se skládala ze dvou kategorií- viz. , sledovací data a telemetrická data. Jedním z obzvláště pozoruhodných údajů shromážděných během průkopnického průletu byla vysoká teplota atmosféry, měřená na 500  ° C (773  K ; 932  ° F ). Poprvé byly také měřeny různé vlastnosti slunečního větru .

Vědecká pozorování

Radiometrické skenování Venuše
Výtisk dat z průletu

Mikrovlnný radiometr provedl 14. prosince 1962 v 18:59 UTC tři skenování Venuše za 35 minut. První sken byl proveden na temné straně, druhý byl poblíž terminátoru a třetí byl umístěn na světlé straně. Skeny s pásmem 19 mm odhalily špičkové teploty 490 ± 11 K (216,9 ± 11,0 ° C; 422,3 ± 19,8 ° F) na temné straně, 595 ± 12 K poblíž terminátoru a 511 ± 14 K na světlé straně . Byl učiněn závěr, že přes Venuši není žádný významný teplotní rozdíl. Výsledky však naznačují ztmavnutí končetiny , což je účinek, který představuje chladnější teploty v blízkosti okraje planetárního disku a vyšší teploty v blízkosti středu. To byl důkaz pro teorii, že povrch Venuše byl extrémně horký a atmosféra opticky hustá.

Infračervený radiometr ukázal, že teploty záření 8,4 μm a 10,4 μm jsou v souladu s teplotami záření získanými z měření na Zemi. Mezi teplotami měřenými na světlé a temné straně planety nebyl žádný systematický rozdíl, což bylo také v souladu s měřeními na Zemi. Efekt ztmavnutí končetin, který detekoval mikrovlnný radiometr, byl také přítomen v měřeních oběma kanály infračerveného radiometru. Účinek byl jen mírně přítomen v kanálu 10,4 μm, ale byl výraznější v kanálu 8,4 μm. Kanál 8,4 μm také vykazoval mírný fázový efekt. Fázový efekt naznačoval, že pokud existuje skleníkový efekt, teplo je účinně transportováno ze světlé strany na temnou stranu planety. 8,4 μm a 10,4 μm vykazovaly stejné teploty záření, což naznačuje, že účinek ztmavnutí končetiny vypadá, že pochází spíše z mrakové struktury než z atmosféry. Pokud by tedy naměřené teploty byly skutečně teplotami mraků místo povrchových teplot, pak by tyto mraky musely být docela silné.

Magnetometr detekoval trvalé meziplanetární magnetické pole kolísající mezi 2 γ a 10 y ( nanotesla ), což souhlasí s předchozími pozorováními Pioneer 5 z roku 1960. To také znamená, že meziplanetární prostor je zřídka prázdný nebo bez pole. Magnetometr mohl detekovat změny asi 4 γ na kterékoli z os, ale poblíž Venuše nebyly detekovány žádné trendy nad 10 γ, ani nebyly pozorovány fluktuace jako ty, které se objevují na magnetosférickém zakončení Země . To znamená, že Mariner 2 nenašel poblíž Venuše žádné detekovatelné magnetické pole, i když to nutně neznamenalo, že Venuše žádné neměla. Pokud by však Venuše měla magnetické pole, pak by musela být alespoň menší než 1/10 magnetického pole Země. V roce 1980 Pioneer Venus Orbiter skutečně ukázal, že Venuše má malé slabé magnetické pole.

Elektronka Geiger-Müller Anton typu 213 fungovala podle očekávání. Průměrná rychlost byla 0,6 počtu za sekundu. Nárůst rychlosti jeho počítání byl větší a častější než u dvou větších trubic, protože byl citlivější na částice s nižší energií. Detekovalo 7 malých slunečních záblesků záření během září a října a 2 během listopadu a prosince. Absence detekovatelné magnetosféry byla rovněž potvrzena elektronkou; nezjistil žádný radiační pás na Venuši podobný tomu na Zemi. Počet sazba by se zvýšil o 10 4 , ale byla naměřena žádná změna.

Ukázalo se také, že v meziplanetárním prostoru sluneční vítr nepřetržitě proudí, což potvrzuje předpověď Eugena Parkera , a hustota kosmického prachu je mnohem nižší než v blízkosti Země. Byly provedeny vylepšené odhady hmotnosti Venuše a hodnoty astronomické jednotky. Výzkum, který byl později potvrzen radarem na Zemi a dalšími průzkumy, naznačil, že Venuše se otáčí velmi pomalu a ve směru opačném než Země.

Viz také

Reference

externí odkazy