Marinieren 10

Mariner 10
Raumsonde Beschreibung dieses Bildes, auch unten kommentiert Ein künstlerischer Eindruck eines Modells von Mariner 10. Allgemeine Daten
Organisation NASA
Baumeister Jet Propulsion Laboratory
Programm Marinieren
Feld Studie von Venus und Merkur
Status Auftrag erledigt
Andere Namen Mariner Venus / Merkur 1973, Mariner-J
Basis starten Cape Canaveral
Starten 3. November 1973
Startprogramm Atlas - Zentaur (AC-34)
Ende der Mission 24. März 1975
COSPAR-Kennung 1973-085A
Seite? ˅ www.jpl.nasa.gov/missions/mariner-10
Technische Eigenschaften
Messe beim Start 502,9 kg
Masseninstrumente 79,4 kg
Ergole Hydrazin
Treibmittelmasse 29 kg
Δv 122 m / s
Einstellungskontrolle Stabilisiert auf 3 Achsen
Energiequelle Solarplatten
Orbit
Orbit Heliozentrisch
Hauptinstrumente
Fernsehfotografie Fernsehkamera
Extremes Ultraviolett-Spektrometer Extremes Ultraviolett-Spektrometer
Zweikanal-Infrarot-Radiometer Infrarotradiometer
Elektrostatischer Rasteranalysator und Elektronenspektrometer Solarwindanalyse
Energetisches Teilchenexperiment Partikelanalyse
Dreiachsiges Fluxgate-Magnetometer Magnetfeldanalyse
Celestial Mechanics Experiment und Radio Science Radio-Muting-Gerät

Mariner 10 ist das letzte räumliche Sonden- Mariner-Programm der NASA . Es wird am gestartet3. November 1973, um die Planeten Venus und Merkur und die Eigenschaften der interplanetaren Umgebung zu untersuchen . Mariner 10 ist die erste Sonde, die über den Planeten Merkur fliegt. es wird 33 Jahre später von der Messenger- Sonde am wieder besucht14. Januar 2008. Mariner 10 ist die erste Sonde, die die Gravitationshilfe eines Planeten verwendet, um seine Flugbahn zu ändern. Dabei nutzt sie die vom Planeten Venus erzeugte Gravitationskraft, um sich auf den Planeten Merkur zu bewegen. Diese Technik wurde seitdem häufig verwendet, um die Menge an Treibstoff zu sparen, die für interplanetare Missionen transportiert wird.

Mariner 10 ist die erste Erkundungsmission zweier Planeten (Merkur und Venus) während derselben Mission. der erste, der Gravitationshilfe einsetzt, um seine Flugbahn zu ändern; der erste, der nach einer ersten Begegnung zum Ziel zurückkehrt, und der erste, der den Sonnenwind als wichtiges Orientierungsmittel im Flug nutzt . Das Hauptziel von Mariner 10 ist die Untersuchung der atmosphärischen (falls zutreffenden), Oberflächen- und physikalischen Eigenschaften des Planeten Merkur.

Das System zur Kontrolle der Sondenlage ist während der Mission ausgefallen. Die Ingenieure beschließen dann, den Druck der Photonen auf die Sonnenkollektoren zu verwenden , um die Ausrichtung der Sonde beizubehalten, wodurch die Kraftstoffmenge begrenzt wird, die erforderlich ist, damit die Triebwerke die erforderlichen Ausrichtungskorrekturen vornehmen können. Ursprünglich sollte Mariner 10 über die Venus fliegen und deren Atmosphäre (Zusammensetzung, Struktur, Druck) und Wolken untersuchen. Bei der Planung der Flugbahn stellen die NASA-Ingenieure jedoch fest, dass die Sonde mit wenigen Anpassungen Quecksilber erreichen kann.

Mariner 10 ist der siebte erfolgreiche Start des Mariner-Programms . Das Raumschiff fliegt dreimal in einer heliozentrischen retrograden Umlaufbahn nach Merkur und überträgt Bilder und Daten zurück auf den Planeten. Mariner 10 gibt die ersten Nahaufnahmen von Venus und Merkur zurück. Die wichtigsten wissenschaftlichen Ziele der Mission sind die Messung der Eigenschaften der Umwelt, der Atmosphäre, der Oberfläche und des Zentrums des Planeten Merkur sowie die Durchführung ähnlicher Forschungen zur Venus. Das sekundäre Ziel besteht darin, Experimente im interplanetaren Medium durchzuführen und Erfahrungen im Rahmen einer Gravitationshilfemission auf zwei Planeten zu sammeln.

Die Forschungskosten, die Entwicklung, der Start und die Unterstützung der Mariner 10-Mission beliefen sich auf 100 Millionen US-Dollar .

Kontext

Mariner 10 ist das neueste Sonde- Mariner-Programm zur Erforschung der inneren Planeten des Sonnensystems, dessen Hauptaufgabe Mariner 1 1962 gestartet wurde. Auf dieses Programm folgt das Reiseprogramm zur Erforschung der äußeren Planeten des Sonnensystems . Die Mission Mariner 10 verdankt ihre Existenz den Fortschritten auf dem Gebiet der Weltraummechanik und insbesondere der Gravitationshilfe . Dies ermöglicht es einer Raumsonde, ihre Geschwindigkeit und Flugbahn zu ändern, ohne Kraftstoff zu verbrauchen, indem sie einen kurzen Flug über einen Planeten durchführt. Dieses in der Literatur der 1920er und 1930er Jahre erwähnte Konzept wurde ab den 1950er Jahren berücksichtigt. Seine Verwendung war zum ersten Mal Gegenstand einer detaillierten Studie des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in den frühen 1960er Jahren für eine Rundreise zwischen der Erde und dem Planeten Venus. Zu dieser Zeit entwickelte JPL mathematische Werkzeuge, um Trajektorien mithilfe der Gravitationsunterstützung zu identifizieren, die dann in Computerprogramme umgewandelt wurden. JPL-Forscher entdeckten so die Existenz von zwei Erd-Venus-Merkur-Missionsmöglichkeiten, die 1970 und 1973 die Gravitationsunterstützung nutzten. Für das Startfenster von 1970 wurden detaillierte Pläne und eine Navigationsstrategie definiert. Anfang 1970 wurde Giuseppe Colombo vom Institut für Applied Mechanics of Padua in Italien , das 1973 im Rahmen einer Konferenz über eine mögliche Mission Erde-Venus-Merkur zum JPL eingeladen wurde, stellt fest, dass die Periodizität der Umlaufbahn des Raumfahrzeugs nach dem Vorbeiflug seines Merkur fast genau doppelt so hoch ist wie die Quecksilber, das einen zweiten Vorbeiflug ermöglicht. Diese Hypothese wird anschließend von der JPL bestätigt.

Im Juni 1968Das Büro für Weltraumwissenschaften der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Vereinigten Staaten erstellt einen Bericht über Erkundungsmissionen des Sonnensystems , in dem empfohlen wird, eine Mission an Merkur zu senden und einige der wissenschaftlichen Geräte für die Einschiffung vorzuschlagen. Die NASA berücksichtigte die Schlussfolgerungen dieses Berichts und beschloss 1969, die Mission für 1973 zu programmieren. Die NASA setzte ein Wissenschaftskomitee ein, um relevante wissenschaftliche Ziele zu definieren und die Instrumente an Bord auszuwählen. Die Projektstruktur wird in eingerichtetJanuar 1970bei JPL. ImJuli 1971, Boeing wird zwei Beispiele für die Sonde zu entwerfen und herzustellen , ausgewählt, von denen die eine für die Prüfung verwendet werden soll.

Beschreibung der Raumsonde

Die Eigenschaften von Mariner 10 stimmen weitgehend mit denen der Raumsonden des vorhergehenden Mariner-Programms überein. Die Struktur des Raumfahrzeugs besteht aus einer achteckigen Plattform aus Magnesium und acht Kompartimenten e . Es misst 1,39  m diagonal und 0,457  m tief. An der Oberseite sind zwei Sonnenkollektoren mit einer Länge von jeweils 2,69  m und einer Breite von 0,97  m angebracht, die eine Oberfläche von 5,1  m 2 Photovoltaikzellen tragen . Das Messraumschiff ist vollständig ausgefahren und hat einen Durchmesser von 8  m mit Sonnenkollektoren und 3,7  m von der Oberseite der Antenne mit geringer Verstärkung bis zur Unterseite des Hitzeschilds. Das Magnetometer befindet sich am Ende eines 5,8 m langen Klappauslegers  von einer Seite der achteckigen Struktur. Die Gesamtmasse beim Start ist 502,9  kg , darunter 29  kg von Hydrazin durch die Triebwerke verwendet , um Kurskorrekturen und 79,4 zu machen  kg wissenschaftliche Instrumente.

Die Akkumulatoren , die Sonnenkollektoren und Stern, das Telekommunikationssystem im S-Band , die Telemetrie, die Antenne mit hoher Verstärkung und die beiden Antennen mit niedriger Verstärkung, die mobile Unterstützung, um Instrumente in die wissenschaftliche Welt zu führen. Es werden Änderungen vorgenommen, damit die Raumsonde der Intensität der Sonnenstrahlung standhält, die sie während ihrer Mission auf dem Planeten Merkur erleiden muss . Um die Temperatur in akzeptablen Grenzen zu halten, verfügt die Sonde über eine Sonnenblende , verstärkte Wärmeschutzvorrichtungen und eine Scanplattform mit zwei Freiheitsgraden ist an der Sonnenblende angebracht. Die Ausrichtung der Solarmodule kann geändert werden, um die Temperatur unter 115  ° C zu halten . Der Durchsatz des Telekommunikationssystems wird erhöht und ermöglicht die Übertragung von Bildern mit 118 Kilobit pro Sekunde.

Der Raketenmotor ist ein Motor mit Hydrazin- Monotreibstoff 222 N-Spritzflüssigkeit, der sich in einem kugelförmigen Treibstofftank befindet, der in der Mitte des Rahmens montiert ist. Die Düse ragt durch eine Sonnenblende. Zwei Sätze von drei Paaren orthogonal reagierender Stickstoffstrahlen , die an den Enden der Sonnenkollektoren angebracht sind, dienen zur Stabilisierung des Raumfahrzeugs auf drei Achsen. Befehl und Kontrolle liegen in der Verantwortung eines Bordcomputers mit einem Speicher von 512 Wörtern, ergänzt durch Bodenkontrollen.

Mariner 10 ist mit einer Parabolantenne ausgestattet, die mit hoher Verstärkung motorisiert ist, einer Parabolreflektorscheibe aus Wabenaluminium mit einem Durchmesser von 1,37  m , die an einer Stange an der Seite des Raumfahrzeugs montiert ist. Eine omnidirektionale Antenne mit geringer Verstärkung ist am Ende eines 2,85 m langen Pfostens angebracht, der  sich von der Sonnenblende der Raumsonde aus erstreckt. Die Ströme ermöglichen es dem Raumfahrzeug, mit Frequenzen im S- und X- Band zu senden  ; Daten können mit einer maximalen Geschwindigkeit von 117,6  Kilobit / s übertragen werden . Die Sonde trägt einen Sucher für den Stern Canopus , der sich auf der oberen Ringstruktur der achteckigen Plattform befindet, und Sonnenerfassungssensoren auf der Oberseite der Sonnenkollektoren . Das Innere des Raumfahrzeugs ist oben und unten mit mehrschichtigen Wärmedecken isoliert. Der Sonnenschirm wird nach dem Start eingesetzt, um das Raumschiff auf der der Sonne zugewandten Seite zu schützen . Luftschlitze in fünf der acht elektronischen Fächer regeln auch die Innentemperaturen.

Die Instrumente an Bord der Raumsonde messen die atmosphärischen, oberflächlichen und physikalischen Eigenschaften der Planeten Merkur und Venus. Experimente umfassen Fotografie, Magnetfeld , Sonnenwind , Infrarot - Radiometrie , Ultraviolettspektroskopie, und Radio - Detektoren. Mit dieser Raumsonde fliegt erstmals ein experimenteller Hochfrequenz- X-Band- Sender .

Wissenschaftliche Instrumente

Die Sonde trägt 7 wissenschaftliche Instrumente:

Durchführung der Mission

Die Raumsonde Mariner 10 wird am gestartet 3. November 1973bis 5  h  45 TU durch den Launcher Atlas-Centaur (AC-34) von der Startrampe LC-36B der Startbasis Cap Canaveral . Mariner 10 (bekannt als Mariner Venus / Mercury 1973 ) befindet sich nach dem Start für ungefähr 25  Minuten in einer Standby-Umlaufbahn und dann in einer heliozentrischen Umlaufbahn in Richtung des Planeten Venus . Die Schutzabdeckung der der Sonne zugewandten elektrostatischen Analysegeräte öffnet sich jedoch nach dem Start nicht vollständig, und die Instrumente, die Teil des Experiments des elektrostatischen Abtastanalysators und des Elektronenspektrometers sind, können nicht verwendet werden. Es wird auch festgestellt, dass die Erwärmung der Fernsehkameras fehlgeschlagen ist. Die Kameras bleiben daher an Ort und Stelle, um zu verhindern, dass niedrige Temperaturen die Optik beschädigen.

Kurz nach dem Verlassen der Erdumlaufbahn sendet die Sonde Hunderte beeindruckender Fotos der Erde und des Mondes aus , die ein Dutzend Stunden nach dem Start aufgenommen wurden, um die Instrumente zu kalibrieren, während sie auf ihr erstes Ziel, den Planeten Venus, zusteuern. Während seiner Flugbahn treten viele technische Probleme auf, insbesondere Fehlfunktionen des Bordcomputers, die unvorhergesehene Rücksetzungen erfahren, was eine Neukonfiguration der Sequenz der Uhr und der Subsysteme erforderlich macht. Dann treten auch periodische Probleme mit der Antenne mit hoher Verstärkung und dem Lageregelungssystem während der Flugbahn zum Planeten Venus auf. Ein Kurskorrekturmanöver wird 10 Tage nach dem Start durchgeführt13. November 1973. Unmittelbar nach diesem Manöver lag ein Farbchip, der sich von der Raumsonde löste, auf dem Sternsucher, der den Referenzstern Canopus verliert . Ein automatisiertes Sicherheitsprotokoll ermöglicht das Abrufen von Canopus, aber das Problem mit dem Abblättern von Farbe tritt während der gesamten Mission erneut auf.

Im Januar 1974, Mariner 10 sendet erfolgreich Daten zu ultravioletten Beobachtungen (ohne Fotos) des Kometen C / 1973 E1 Kohoutek . Dies ist das erste Mal, dass eine Raumsonde Daten zu einem Kometen mit sehr langer Periode sendet. Nach einer weiteren Kurskorrektur wird die21. Januar 1974Mariner 10 nähert sich der Venus für ein Gravitationshilfemanöver , um es zum Planeten Merkur zu senden.

Flug über den Planeten Venus

Die Mariner 10 Raumsonde fliegt den Planeten über Venus auf5. Februar 1974, am nächsten Punkt von 5.768  km um 17  h  1 UT und sendet die ersten Nahaufnahmen der Venus. Das erste Bild zeigt den Tag-Nacht- Terminator des Planeten als dünne helle Linie. Mariner 10 gibt 4.165 Fotos von Venus zurück und sammelt während seiner Begegnung wichtige wissenschaftliche Daten.

Es ist auch das erste Mal, dass eine Sonde die Gravitationshilfe eines Planeten nutzt , um einen anderen zu erreichen. Während des Transits zwischen den Planeten untersucht die Sonde das interplanetare Medium durch Messungen des Sonnenwinds und der Magnetfelder . Dann steuert die Raumsonde den Planeten Merkur an . Auf dem Weg zu Quecksilber tritt zum zweiten Mal mit Hydrazin eine Anomalie im Lageregelungssystem auf. Seitdem wurden neue Verfahren zur Ausrichtung des Raumfahrzeugs angewendet, einschließlich der Verwendung von Sonnenwind durch Drücken auf Sonnenkollektoren .

Erster Flug über den Planeten Merkur

Dank der Gravitationsunterstützung der Venus steuert Mariner 10 nun auf den untersten Planeten , Merkur, zu, der nach einer neuen Kurskorrektur am erreicht wird16. März 1974. Mariner 10 nähert sich Merkur, Fotos zeigen eine sehr Mondoberfläche mit Kratern, Graten und chaotischem Gelände. Mariner 10 Magnetometer zeigen ein schwaches Magnetfeld. Die Radiometerwerte zeigen Nachttemperaturen von -183 ° C und maximal 187  ° C pro  Tag an.

Das nächste Treffen findet am statt 29. März 1974um 20.47  Uhr  UT und in einer Entfernung von 703  km , wodurch festgestellt werden kann, dass Quecksilber ein Magnetfeld hat , während Wissenschaftler dachten, dass es nicht existiert und dass es eine sehr dünne Atmosphäre ( Exosphäre ) hat. Die geringe Dichte der Kruste wird ebenfalls bemerkt. Die ersten detaillierten Fotos der aufgenommenen Oberfläche zeigen eine mit Kratern bedeckte Oberfläche, deren Aussehen dem des Mondes sehr nahe kommt . Die 2.300 Fotos in mittlerer Auflösung (3–20  km / Pixel ) und hoher Auflösung (weniger als 1  km / Pixel ) werden während dieses ersten Durchgangs aufgenommen. Ein Blackout-Erlebnis, wenn das Fahrzeug hinter der anderen Seite des Planeten fährt, weist auf einen Mangel an Atmosphäre oder Ionosphäre hin.

Zweiter Vorbeiflug von Merkur

Mariner 10 verlässt Merkur und umkreist die Sonne und erreicht sein Ziel wieder, unterstützt durch die Kurskorrekturen am9. Mai, 10. Mai und 2. Juli 1974.

Der zweite Vorbeiflug, der 21. September 1974um 21.59  Uhr  UT wird in einer weiteren Entfernung in 48.069  km Höhe ausgeführt, wobei Bilder der Südpolregion hinzugefügt werden. Dieser Vorbeiflug ermöglicht es, ungefähr 45% der Oberfläche des Planeten abzubilden. Aufgrund eines technischen Problems mit dem Bordrekorder werden nur 750 neue Fotos des Planeten aufgenommen. Leider ist die beleuchtete Hemisphäre fast identisch mit der des ersten Vorbeiflugs, so dass ein Großteil des Planeten ohne Bild geblieben ist.

Die Sonde verwendet Solardruck auf den Solarmodulen und eine Antenne mit hoher Verstärkung zur Lageregelung. Mariner 10 entfernt sich erneut von Mercury, bevor es zu einer letzten und dritten Begegnung mit Mercury kommt, die durch drei Kurskorrekturen am Mercury ermöglicht wird30. Oktober 1974, das 13. Februar 1975 und 7. März 1975, der letzte, der einen Aufprall auf den Planeten vermeidet.

Dritter Vorbeiflug von Merkur

Der letzte Vorbeiflug, der 16. März 1975um 22  h  39 UT in 327  km Höhe ist der Planet Merkur am nächsten. Aufgrund eines Bandrekorderfehlers und Einschränkungen der Datenempfangsrate wird während dieser Begegnung nur das mittlere Viertel jedes der 300 hochauflösenden Bilder empfangen. Diese Übersicht zielt darauf ab, das Magnetfeld von Quecksilber im Detail zu untersuchen . Wissenschaftler entdecken, dass dies keine Folge des Sonnenwinds ist , sondern dass er vom Planeten selbst erzeugt wird. Der Ursprung dieses Feldes bleibt am Ende dieser Mission eine wichtige Frage, die von zukünftigen Weltraummissionen auf dem Planeten Merkur entschieden werden muss. Dieser letzte Vorbeiflug ermöglicht das Aufnehmen von 450 Fotos.

Ende der Mission

Die technischen Tests werden bis fortgesetzt 24. März 1975, Datum, an dem die Hydrazinversorgung für die Lageregelung erschöpft ist. Der letzte Kontakt mit Mariner 10 ist eröffnet24. März 1975bis 12  h  21 TU . Insgesamt macht Mariner 10 während seiner drei Überflüge mehr als 2.700 Fotos, die fast die Hälfte der Oberfläche des Planeten bedecken. Einige der Bilder zeigen Details mit einer Genauigkeit von 100 Metern. Das Caloris-Becken , ein Krater mit konzentrischen Ringen und Graten und einem Durchmesser von etwa 2500 km, ist vielleicht das beeindruckendste Oberflächenelement. Diese Mission ist der letzte Besuch einer Raumsonde in Merkur seit mehr als 30 Jahren, bis zum Besuch von Messenger (Raumsonde) im Jahr 2011. Die Wissenschaftler beschließen dann, die Mission zu schließen. Nur 45% der Oberfläche von Merkur wurden kartiert, da jede der drei Überführungen, Merkur, der Sonne das gleiche Gesicht zeigt .

Wissenschaftliche Ergebnisse

Die Raumsonde Mariner 10 leistet einen wichtigen Beitrag zu unserem Wissen über den Teil des Sonnensystems, den die unteren Planeten (Erde, Venus, Merkur) einnehmen. Beim Start der Sonde hat das Weltraumprogramm bereits bedeutende Fortschritte auf diesem Gebiet ermöglicht: Das Apollo-Programm ermöglicht es , durch das Zurückbringen von Mondgesteinen Planetenmaterial zu datieren, bevor es auf der Erde entdeckt wird  . Mariner 9 führte eine vollständige Untersuchung des Planeten Mars durch und entdeckte mit seinen Vorgängern überraschende geologische Formationen sowie eine Oberfläche, die teilweise aus Originalmaterialien besteht und teilweise vom Vulkanismus geformt ist. Viele sowjetische und amerikanische Sonden haben den Planeten Venus untersucht und es ermöglicht, ein gutes Allgemeinwissen über seine Topographie und seine Atmosphäre zu erlangen, während die Eigenschaften seiner inneren Struktur sowie seine geologische Geschichte im Schatten bleiben. Zum Zeitpunkt des Starts von Mariner 10 waren keine genauen Daten zur Topographie und zu den Eigenschaften des Planeten Merkur verfügbar.

Der Beitrag von Mariner 10 zur Erforschung der Venus ist gering, aber bedeutend. Die Sonde zeigt mit ihrem Ultraviolett- Spektrometer , dass die obere Schicht der Venusatmosphäre den Planeten in 4 Tagen umkreist, dh viel schneller als der Planet selbst. Mariner 10 zeigt eine Hadley-ähnliche Zirkulation in der Atmosphäre des Planeten Venus und zeigt, dass die Venus bestenfalls ein schwaches Magnetfeld hat und dass die Ionosphäre mit dem Sonnenwind unter Bildung einer Stoßwelle interagiert.

Der Hauptbeitrag von Mariner 10 betrifft jedoch den Planeten Merkur. Eine der wichtigsten Entdeckungen betrifft die Identifizierung des Magnetfelds des Planeten. Die Existenz ist völlig unerwartet, da das Vorhandensein eines Magnetfelds mit einer schnellen Drehzahl und einem flüssigen Kern verbunden ist. Quecksilber hat jedoch eine langsame Rotationsgeschwindigkeit und seine Oberfläche, die sehr mondartig und daher sehr alt aussieht, vermittelt nicht den Eindruck eines aktiven Kerns, der im Allgemeinen zu periodischen Vulkanergüssen auf der Oberfläche führt. Quecksilber hat keine Atmosphäre, eine Oberfläche mit ähnlichen Kratern wie der Mond und einen relativ eisenreichen Kern. Fotografien der Oberfläche von Merkur ermöglichen es uns auch, Theorien über den Entstehungsprozess der unteren Planeten zu entwickeln .

Von der Sonde aufgenommene Fotos

Anmerkungen und Referenzen

Anmerkungen

Verweise

  1. (en) James A. Dunne und Eric Burgess, "  Die Reise von Mariner 10 (SP-424): Kapitel 2 Mariner Venus-Merkur-Mission  " , NASA / JPL,1978
  2. (en) James A. Dunne und Eric Burgess, "  Die Reise von Mariner 10 (SP-424): Das Raumschiff Mariner 10  " , NASA / JPL,1978
  3. (in) James A. Dunne und Eric Burgess, "  Die Reise von Mariner 10 (SP-424): Mariners Nutzlast  " NASA / JPL1978
  4. (en) James A. Dunne und Eric Burgess, "  Die Reise von Mariner 10 (SP-424): Kapitel 9 - Eine klarere Perspektive  " , NASA / JPL,1978

Literaturverzeichnis

Siehe auch

Zum Thema passende Artikel

Externe Links