«Маринер-9»


30 мая 1971 22:23:04 - старт
5 июня 1971 - коррекция
14 ноября 1971 - 00:18 включен двигатель для торможения
14 ноября 1971 00:33.15 - вышел на орбиту искусственного спутника Марса
16 ноября 1971 - первая коррекция орбиты
30 декабря 1971 - вторая коррекция орбиты
11 февраля 1972 - НАСА сообщило, что Маринер 9 выполнил программу полёта.
27 октября 1972 - выключен после израсходования запасов сжатого газа для системы ориентации

Ежегодник БСЭ 1972 г


Рис. 12. Автоматическая межпланетная станция «Маринер IX»: 1 - волновод всенаправленной антенны; 2 - КТДУ; 3 - топливный бак КТДУ; 4 - датчик Канопуса; 5 - баллон со сжатым азотом; 6 - жалюзи системы терморегулирования; 7 - инфракрасный интерференционный спектрометр; 8 - телевизионная камера с телеобъективом; 9 - ультрафиолетовый спектрометр; 10 - телевизионная камера с широкоугольным объективом; 11 - инфракрасный радиометр; 12 - солнечный датчик; 13- рупорная антенна; 14- остронаправленная антенна; 15 - панель с солнечными элементами.

Станция «Маринер IX» была запущена ракетой-носителем «Атлас-Кентавр» 30 мая и вышла на орбиту вокруг Марса (ареоцентрическая орбита).

«Маринер IX». Основные задачи станции - съемка и зондирование Марса с ареоцентрической орбиты. Предусматривается картирование не менее 70% поверхности планеты, в частности с целью выбора потенциальных участков для посадки автоматических станций «Викинг», которые предполагается запустить к Марсу в 1975 г. Первоначально такие задачи возлагались на станцию «Маринер VIII», а станция «Маринер IX» должна была производить многократные (каждые 5 суток) съемку и зондирование шести определенных районов Марса для изучения так называемых «изменяющихся характеристик». Из-за аварии станции «Маринер VIII» ее задачи были возложены на «Маринер IX» (рис. 12) как основные, а изучение изменяющихся характеристик стало второстепенной задачей.

Вес станции 998 кг, в т. ч. вес топлива для корректирующе-тормозной двигательной установки (КТДУ) 450 кг. Высота от основания сканирующей платформы до вершины всенаправленной антенны 2,29 м. Размах панелей с солнечными элементами 6,9 м. Длина каждой из четырех панелей 2,14 м, ширина 0,9 м. На ней находятся 4368 элементов. Общая мощность, обеспечиваемая всеми элементами, составляет у Земли 800 вт, у Марса -500 вт. В системе электропитания используется также аккумуляторная батарея емкостью 600 вт·ч. На торцах панелей смонтированы солнечный датчик и микродвигатели системы ориентации. На верхнем днище корпуса крепится остронаправленная антенна с параболическим отражателем диаметром 1 м. На нижнем днище смонтирована сканирующая платформа с телевизионными камерами и научными приборами. Вес платформы с оборудованием 82 кг, она может поворачиваться (привод от электромоторов) относительно двух осей соответственно на 215 и 69°. Блок научной аппаратуры включает в себя телевизионную камеру с телеобъективом (разрешение с высоты 1800 км составляет 0,1 км), телевизионную камеру с широкоугольным объективом (1,0 км), инфракрасный радиометр для измерения температуры поверхности Марса, ультрафиолетовый спектрометр для изучения состава и структуры атмосферы Марса и инфракрасный интерференционный спектрометр для исследования поверхности, а также состава и температуры атмосферы Марса. Штатная радиотехническая система станции используется для зондирования атмосферы Марса в период радиозахода и радиовосхода. Траекторные измерения позволяют по возмущениям ареоцентрической орбиты определить характеристики гравитационного поля планеты.

Передатчик работает на частоте 2295 Мгц (выходная мощность 10 или 20 вт), приемник - на частоте 2210 Мгц. Максимальная информативность передатчика 16200 бит/сек. Емкость бортового записывающего устройства 1,8·108 бит, скорость записи 132300 бит/сек. Система ориентации по трем осям использует солнечные датчики, датчик Канопуса и инерциальный измерительный блок, а в качестве исполнительных органов - 12 микродвигателей, работающих на сжатом азоте. КТДУ (тяга 136 кг) работает на гидразине и четырехокиси азота.

Ракета-носитель вывела станцию «Маринер IX» на траекторию полета к Марсу. 5 июня была проведена коррекция полета. На подлете к Марсу было сделано три серии снимков планеты. 14 ноября станция перешла на начальную ареоцентрическую орбиту (КТДУ проработала на торможение 15 мин 20 сек). Перицентр орбиты 1390 км, апоцентр 17920 км, наклонение 64°,28, период обращения 12 час 34 мин. 16 ноября была проведена коррекция орбиты, с тем чтобы уменьшить период обращения до 12 час, что создает наиболее благоприятные условия для приема информации. Перицентр скорректированной орбиты 1390 км, апоцентр 17140 км, период обращения 11 час 59 мин.

До конца декабря 1971 г. получению доброкачественных снимков поверхности планеты мешала пылевая буря на Марсе, но были получены хорошие снимки Фобоса и Деймоса. К концу декабря буря ослабла, и началась систематическая съемка поверхности планеты. 30 декабря орбита станции была скорректирована вторично, чтобы повысить перицентр и увеличить охват местности при каждом снимке, не изменяя 12-часового периода обращения. Перицентр вторично скорректированной орбиты 1653 км, апоцентр 17040 км, период обращения 11 час 59 мин. Станция «Маринер IX» продолжала свою работу и в 1972 г.



Фотоснимок Фобоса - спутника Марса, выполненный станцией «Маринер-IX».

Участок поверхности Марса с бороздой, напоминающей следы водной эрозии на Земле.
Ежегодник БСЭ 1973 г

В 1972 г. продолжала работать АМС «Маринер IX», обращающаяся по орбите вокруг Марса.

Станция, предназначенная для съемки и зондирования Марса, была выведена на орбиту вокруг этой планеты 14 ноября 1971 г. АМС функционировала до 27 октября 1972 г., когда бортовое оборудование было выключено по команде с Земли в связи с израсходованном бортового запаса сжатого азота для микродвигателей системы ориентации. Станция проработала на ареоцентрической орбите 349 суток, совершив за это время 697 витков. В момент прекращения работы высота перицентра орбиты составляла 1650 км, высота апоцентра 16 900 км. Ожидают, что баллистическое существование АМС на ареоцентрической орбите продолжится 50-100 лет. Общая длительность работы станции от старта с Земли 30 мая 1971 г. до 27 октября 1972 г. составила 517 суток. За это время она выполнила более 46 000 команд, переданных с Земли.

Станция «Маринер IX» полностью выполнила свои задачи. На Землю передано 7329 снимков Марса и его спутников - Деймоса и Фобоса. Съемкой охвачена вся поверхность планеты. Выбрано пять потенциальных районов для посадки спускаемых аппаратов АМС «Викинг», которые предполагают запустить в 1975 г. В результате исследований Марса с помощью АМС «Маринер IX» установлено, что эта планета является геологически активной, имеющей вулканы и кальдеры, превышающие по размерам земные. Обнаружены некоторые признаки того, что в геологической истории Марса, возможно, был период, когда по его поверхности текли водные потоки. Выяснилось, что наблюдаемые с Земли изменения внешнего вида поверхности планеты вызываются пылевыми бурями и облаками. В экваториальной области обнаружена «трещина» длиной несколько тысяч километров. Глубина ее в 3-4 раза превышает глубину Гранд-Каньона в США. Зарегистрированная минимальная температура поверхности - 123 °С, максимальная +27 °С. Минимальное атмосферное давление у поверхности (2,8 мбар) было зарегистрировано в районе экватора, максимальное (13 мбар) - у полюсов. В отношении Деймоса и Фобоса установлено, что они всегда обращены к Марсу одной стороной. На их поверхности много кратеров, по-видимому, ударного происхождения.


Вики:
Маринер-9 (англ. Mariner 9, также известный как Mariner-I) — автоматическая межпланетная станция программы НАСА «Маринер Марс 71». Космический аппарат предназначался для проведения научных исследований Марса с орбиты искусственного спутника.
Маринер-9 стал первым искусственным спутником другой планеты.
В конце 1968 года НАСА приняло решение запустить в 1971 году две идентичные автоматические межпланетные станции «Маринер» на орбиту вокруг Марса.
Основные задачи полетов
Широкомасштабные топографические и теплофизические исследования.
Изучение сезонных изменений атмосферы и поверхности Марса.
Проведение прочих долгосрочных динамических наблюдений.
Предполагалось, что продолжительность исследований с помощью двух искусственных спутников Марса составит как минимум 90 дней.
Научные задачи разделены на исследование неизменных свойств поверхности и исследование изменяющихся свойств поверхности и атмосферы. Невозможно оптимальным образом выполнить научные задачи с использованием единственной орбиты искусственного спутника Марса. Поэтому было решено использовать одну АМС (Маринер-9) для исследования неизменных свойств, а другую (Маринер-8) для изучения изменяющихся свойств, причём каждую АМС предполагалось вывести на особую орбиту.
Для исследования неизменных свойств была выбрана 12-часовая орбита, синхронная с вращением Земли. Такая орбита позволяет ежедневно дважды заполнять бортовой магнитофон информацией от телекамер и передавать эту информацию на станцию слежения в Голдстоуне на протяжении 8—9 часов в течение каждых суток. Поскольку период вращения Марса составляет 24 ч 37 мин, за каждый оборот Маринера на орбите зона обзора сдвигается на 9—10 градусов по долготе. Полный оборот по долготе будет завершен через 18—20 суток. За 90 суток трасса АМС покроет значительную часть Марса между ?90 и +40 градусами широты, а телевизионная система полностью завершит съемку поверхности указанного района, причём будет получено непрерывное изображение с низкой разрешающей способностью и равномерно распределенные участки с высокой разрешающей способностью. Наклонение орбиты должно находится в диапазоне от 60 до 80 градусов. Южная полярная область оказывается в пределах видимости, а зона от ?90 до +40 градусов по широте может быть заснята за 90 суток.
Для изучения изменяющихся свойств была выбрана орбита с периодом обращения 32,8 часа, равным 4/3 периода вращения Марса. Такая орбита позволяет многократно наблюдать один и тот же участок поверхности между 0 и -30 градусами широты при одинаковых условиях освещения и обзора. Такой период обеспечивает последовательный обзор поверхности Марса со сдвигом на 120 градусов по долготе. Таким образом осуществляются многократные измерения изменяющихся параметров для трёх заданных долгот. Кроме того, большая высота на некоторых участках орбиты позволяет обозревать и фотографировать почти всю планету на одном кадре широкоугольной телекамеры. Наклонение орбиты — примерно 50 градусов — обеспечивает обзор участка поверхности от 0 до -30 градусов по широте при каждом прохождении апоцентра. Высота апоцентра позволяет наблюдать южную полярную область.
Предполагалось, что будут собраны данные о химическом составе, плотности, давлении и температуре атмосферы, а также информация о составе, температуре и рельефе поверхности. Планировалось исследовать примерно 70 процентов поверхности планеты.
Научные исследования
Телевизионные исследования с применением доработанной телевизионной системы космических аппаратов Маринер-69 (Маринер-6 и Маринер-7).
Инфракрасные радиометрические исследования с применением инфракрасного радиометра, использованного на Маринер-69.
Инфракрасные спектроскопические исследования с использованием модифицированного инфракрасного спектрометра первоначально разработанного для метеорологического спутника Нимбус.
Ультрафиолетовые спектроскопические исследования с применением усовершенствованного ультрафиолетового спектрометра космических аппаратов Маринер-69.
Исследование затмений Марсом радиосигналов Маринеров в S-диапазоне.
Исследования в области небесной механики, аналогичные проведённым на космических аппаратах Маринер-69.
Цели полёта
Маринер-9 был предназначен для продолжения изучения Марса, начатого станцией Маринер-4, продолженного станциями Маринер-6 и Маринер-7, и был способен произвести картографирование более 70% марсианской поверхности c меньшего расстояния (1500 километров) и с более высоким разрешением (от 1 км на пиксел до 100 м на пиксел), чем любой предыдущий космический аппарат. Чтобы найти возможные очаги вулканической активности, в состав научного оборудования станции включён инфракрасный радиометр.
Также в программе исследований было запланировано изучение двух естественных спутников Марса — Фобоса и Деймоса.
Описание аппарата



Схема Маринера 9

Корпус космического аппарата имеет форму восьмигранника, изготовлен из алюминия, магния и стеклопластика. Корпус негерметичный. Четыре панели солнечных батарей вырабатывали около 800 Вт электроэнергии на околоземной орбите и 500 Вт вблизи Марса. Электроэнергия накапливалась в никель-кадмиевых аккумуляторных батареях (20 А·ч). Космический аппарат ориентировался по трём осям с точностью до 0,25 градусов при помощи 12 маневровых двигателей на сжатом газе.
Двигательная установка проектировалась как единый блок. В состав блока входили ракетный двигатель, топливные баки, баллоны для сжатого газа, трубопроводы, арматура и силовая конструкция для крепления двигателя и трубопроводов. Ракетный двигатель имел тягу 1335 ньютонов. Камера сгорания двигателя изготовлена из бериллия, сопло из кобальтового сплава. Масса двигателя 7,2 кг. В качестве компонентов топлива использовались азотный тетраоксид и монометилгидразин. Все манёвры космического аппарата выполнялись с помощью этой единственной двигательной установки, продолжительность работы которой могла изменяться. Для перехода Маринера-9 с пролетной траектории на орбиту искусственного спутника Марса требуется очень большое изменение скорости (продолжительность работы двигателя 860 секунд), а для коррекций требуются небольшие и очень точные импульсы (продолжительность работы двигателя 4-13 секунд). Программой полета предусматривались две коррекции траектории перелета к Марсу, переход на орбиту искусственного спутника и не менее двух коррекций орбиты спутника Марса.
Научные приборы размещены на двухосной сканирующей платформе. Платформа направляет приборы на заданные участки поверхности Марса. На сканирующей платформе находились инфракрасный и ультрафиолетовый спектрометры, инфракрасный радиометр, а также две телекамеры (высокого и низкого разрешения).
Масса межпланетной станции при запуске составляла 997,9 кг. Около 438 кг приходилось на топливо, необходимое для коррекций траектории полета к Марсу, выхода на орбиту искусственного спутника и коррекций этой орбиты. Таким образом, масса аппарата на орбите искусственного спутника Марса составила около 560 кг. Из них 63,1 кг приходилось на научные приборы.
Конструктивно Маринер-9 идентичен Маринеру-8, который был потерян при аварийном запуске.
Ход полёта
Маринер-9 был запущен 30 мая 1971 года 22:23:00 UTC с космодрома на мысе Канаверал ракетой-носителем Атлас D c разгонным блоком Центавр.
5 июня 1971 проведена коррекция траектории полёта.
14 ноября 1971 года в 00:18 UTС был включен двигатель для торможения автоматической межпланетной станции. Двигатель проработал 915,6 секунд, уменьшил скорость АМС на 1600 м/сек, и Маринер-9 вышел на орбиту искусственного спутника Марса с параметрами 1398 x 17916 км, наклонением 64,3° и периодом обращения 12 часов 34 минуты 1 секунда.
16 ноября 1971 проведена первая коррекция орбиты. Коррекция проводилась для изменения периода обращения, чтобы АМС проходила периапсис, когда станция слежения Голдстоун находился в зените. После коррекции период обращения составил 11 часов 58 минут 14 секунд, периапсис - 1387 км.
30 декабря 1971 проведена вторая коррекция орбиты. После второй коррекции орбиты период обращения составил 11 часов 59 минут 28 секунд, периапсис - 1650 км. Периапсис был увеличен, чтобы обеспечить картографирование 70 % поверхности путём получения перекрывающихся снимков в течение остающегося времени, когда расстояние до Земли таково, что возможна передача данных с высокой скоростью.
11 февраля 1972 НАСА сообщило, что Маринер 9 выполнил программу полёта.
Маринер-9 был выключен 27 октября 1972 после израсходования запасов сжатого газа для системы ориентации.
Научные результаты
Когда Маринер-9 вышел на орбиту спутника Марса, поверхность планеты была затянута плотной пеленой пылевой бури. Съёмка поверхности с целью картографирования была отложена. Появилась возможность уделить больше времени съёмкам спутников Марса, Фобоса и Деймоса. В ноябре и декабре 1971 года было получено около 40 снимков (впоследствии ещё примерно 70). Картографирование поверхности Марса началось в середине января 1972.
За 349 дней работы на околомарсианской орбите космический аппарат передал в общей сложности 7329 снимков, покрыв около 85% поверхности планеты с разрешением от 1 до 2 км (2% поверхности сфотографированы с разрешением от 100 до 300 метров). На снимках видны русла высохших рек, кратеры, огромные вулканические образования (такие как вулкан Олимп — крупнейший из вулканов, обнаруженных в Солнечной системе), каньоны (включая долины Маринера — гигантскую систему каньонов длиной свыше 4000 километров, названную в честь научных достижений станции Маринер-9), признаки ветровой и водной эрозии и смещения пластов, погодные фронты, туман и ещё много интересных подробностей.
Маринер-9 успешно выполнил исследование неизменных свойств поверхности — теплофизические измерения и картографирование.
С помощью инфракрасного спектрометра найдены несколько областей, где давление у поверхности превосходит 6,1 миллибар. В этих областях может существовать жидкая вода. Кроме сильно пониженной области Hellas, обнаружены протяженные районы в области Argyre, на западе Margarites Sinus и в области Isidas Regio, где давление также превышает 6,1 миллибар во время южного лета.



Лабиринт Ночи — геологическое образование на западном конце долин Маринера. Фотография сделана АМС Маринер-9

Кроме того, он выполнил исследование 27 участков поверхности с деталями, которые изменяются с течением времени (сезонные изменения). Такие исследования - фактически часть научной программы утерянного Маринера-8.
Данные, полученные Маринером-9, стали основой для планирования будущих полётов АМС к Красной планете. Снимки поверхности Марса наряду с результатами радиоастрономических исследований использованы при выборе мест посадки спускаемых аппаратов автоматических межпланетных станций Викинг-1 и Викинг-2. Выбор мест посадки завершился в июне-июле 1976 года, когда были учтены снимки с орбитального аппарата Викинга-1.


Сиддики:
Научные инструменты:
1. система визуализации
2. ультрафиолетовый спектрометр
3. инфракрасный спектрометр
4. инфракрасный радиометр
Маринер 9 был вторым в паре идентичных космических кораблей, запущенных в 1971 году к Марсу. Первый космический корабль Маринер 8 не смог достичь орбиты Земли. Основанные на широкой восьмиугольной платформе, эти КА использовали биотопливную силовую установку с фиксированной тягой 136 кгс для выхода на орбиту вокруг Марса. Все научные приборы на КА были установлены на подвижной сканирующей платформе «под» основными корпусами. Размах КА по его расширенными солнечными панелями составлял 6,9 метра. После коррекции в середине пути 5 июня 1971 года, в 00:18 14 ноября 1971 года, Mariner 9 включил свой главный двигатель на 915,6 секунды, чтобы стать первым искусственным объектом, который вышел на орбиту вокруг планеты. Начальные параметры орбиты составляли 1,398 х 17,916 км при наклоне 64,3°. (Еще одна коррекция во время четвертого витка вокруг Марса позволила уточнить орбиту до 1,394 х 17,144 километра при наклоне 64,34°). Основной целью миссии было нанесение на карту около 70% поверхности в течение первых трех месяцев эксплуатации. Специальная миссия по созданию изображений началась в конце ноября, но из-за сильной пыльной бури на планете в это время фотографии планеты, сделанные примерно до середины января 1972 года, не показывали хороших деталей. После того как пыльная буря утихла, со 2 января 1972 года Mariner 9 начал показывать впечатляющие фотографии сильно запылённого марсианского пейзажа, впервые демонстрируя такие особенности, как великолепная система параллельных трещин, простирающаяся более чем на 1700 километров через Mare Sirenum. Огромное количество поступающих данных противоречило представлению о том, что Марс геологически инертен. Существовали некоторые предположения о возможности существования воды на поверхности в более ранний период, но данные космического корабля не могли предоставить какого-либо убедительного доказательства. К февралю 1972 года космический корабль обнаружил около 20 вулканов, один из которых, позже названный Олимп Монс, затмил любой подобный на Земле. На основании данных спектрометров Маринер 9 было установлено, что Olympus Mons, часть Nix Olympica - «огромный вулканический конус», возможно, образовавшейся в результате извержения горячей магмы из недр планеты - имеет высоту около 15-30 километров и имеет основание диаметром 600 километров. Еще одной важной особенностью поверхности была Valles Marineris, система каньонов к востоку от региона Тарсис, длина которой составляет более 4000 километров, ширина - 200 километров, а глубина в некоторых районах - до 7 километров. 11 февраля 1972 года НАСА объявило, что «Маринер-9» достиг всех своих целей, хотя космический аппарат продолжал отправлять полезные данные до лета. К моменту последнего контакта в 22:32 27 октября 1972 года, когда он исчерпал газообразный азот для контроля ориентации, космический аппарат нанёс на карту 85% планеты с разрешением 1-2 километра, прислав 7329 фотографий (включая не менее 80 Фобоса и Деймос). Так закончилась одна из великих ранних роботизированных миссий космической эры и, несомненно, одна из самых важных. Ожидается, что КА упадет на поверахность Марса примерно в 2020 году.