Mariner 5


Mariner 5

Mariner 5

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Mariner 5

Caractéristiques
Organisation JPL, NASA
Domaine Survol de Vénus
Masse 244,9 kg
Lancement 14 juin 1967 à 06:01 UTC
Lanceur Atlas-Agena D
Fin de mission 5 novembre 1968
Orbite Survol de Vénus le 19 octobre 1967, orbite héliocentrique depuis
Programme Mariner
Index NSSDC 1967-060A
Principaux instruments
1. Photomètre ultraviolet présence d'hydrogène et d'oxygène
2. Magnétomètre champ magnétique planétaire et solaire
3. Sonde à plasma vent solaire
4. Chambre d'ionisation radiations corpusculaires
5. Récepteur bi-fréquence occultation de Vénus

Mariner 5 est la cinquième Sonde spatiale du programme Mariner développé par l'agence spatiale américaine de la NASA pour explorer les planètes intérieures du système solaire. Mariner 5, lancée le le 14 juin 1967 par une fusée Atlas-Agena B, réussit à effectuer le survol programmé de Vénus en passant à une distance de 4 094 km le 19 octobre 1967. Mieux équipée en équipements scientifiques que la sonde Mariner 2 qui avait effectué le premier survol de Vénus en décembre 1962, elle fournit des informations plus détaillées sur la pression atmosphérique, la température, les dimensions de la planète et fournit grâce à une expérience d'occultation des signaux radio un aperçu de la composition chimique de l'atmosphère.

Sommaire

Conception

Mariner 5 est la doublure de la sonde Mariner 4. Après le succès de la mission de celle-ci vers Mars, Mariner 5 est modifiée pour effectuer une mission vénusienne. Elle conserva son châssis, système de propulsion et de communication. Les modifications majeures consistèrent en l'inversion de l'orientation de la sonde (la Terre se trouvant du côté opposé au Soleil, contrairement au vol vers Mars) et l'amélioration de son isolation thermique.

(en) Schéma de Mariner 5

Les panneaux solaires furent donc inversés et de taille réduite (la proximité du Soleil permettant d'obtenir la même puissance électrique avec une surface moindre), la nouvelle envergure de la sonde était de 5,5 m. L'isolation thermique fut renforcée notamment par l'adjonction d'un parasol déployable sur la face éclairée du châssis de la sonde. Pour améliorer l'expérience d'occultation, l'antenne parabolique, fixe sur Mariner 4, fut dotée de deux positions afin de la repositionner exactement vers la Terre lors du survol. Les instruments scientifiques furent améliorés et éventuellement relocalisés en fonction des nouvelles contraintes thermiques ou géométriques.

Mission

Lancement de Mariner 5

La sonde fut lancée depuis Cap Kennedy le 14 juin 1967 par une fusée Atlas SLV-3/Agena D, deux jours après le départ de la sonde russe Venera 4.

Lors de l'injection sur trajectoire interplanétaire depuis son orbite d'attente, on visa largement à côté de Vénus afin d'être sûr de ne pas la percuter et éventuellement contaminer son environnement. La télémétrie confirma ensuite que la sonde passerait à environ 67 000 km de sa cible. La correction eut lieu le 19 juin et rapprocha sa trajectoire à environ 4 000 km de la surface. La sonde gardait encore la possibilité de faire une seconde correction, mais cela ne fut pas nécessaire.

Le 19 octobre 1967, lendemain de la descente de l’atterrisseur soviétique Venera 4, Mariner entama son survol de Vénus et passa au plus près à 4 094 km d'altitude à plus de 30 000 km/h. L'occultation du signal de la sonde par la planète dura 20'51". Les mesures qu'elle enregistra furent envoyées vers la Terre en différé après le survol.

La masse de la planète incurva la trajectoire de Mariner encore plus vers l'intérieur du système solaire, et après le survol, elle devint l'artefact ayant le plus faible périhélie[1], s'approchant le 4 janvier 1968 à 87 millions de kilomètres du Soleil.

L'orientation de l'antenne parabolique et l'éloignement grandissant firent perdre le contact radio en novembre 1967.

La sonde n'ayant subi aucune avarie, sa mission fut étendue afin d'enrichir les connaissances de l'époque en matière de mécanique céleste et de conception de sonde. On décida donc de renouer le contact avec elle à partir de juillet 1968, mais le signal de la sonde ne fut réacquis que 3 mois plus tard, instable et inexploitable. Après trois semaines d'efforts infructueux, les opérations furent terminées.

Chronologie de la mission

  • 14 juin 1967 à 6h01 UTC : Lancement.
  • 15 juin à 1h00 : acquisition de Canopus et verrouillage de l'attitude de la sonde.
  • 19 juin : correction de trajectoire. Profitant à cette occasion de l'orientation non standard de la sonde, trois rotations sont commandées pour scruter le ciel en UV.
  • 24 juin : commutation du débit télécom de 331/3 à 81/3 bit/s.
  • 1er octobre : commutation des télécommunications de l'antenne omnidirectionnelle à l'antenne parabolique.
  • 19 octobre : passage en mode rendez-vous, les données du survol sont enregistrées pendant 15,7h.
  • 21 octobre : transmission en différé des données de survol pendant 34h.
  • 23 octobre : retransmission de ces données.
  • 21 novembre : trop éloignée pour transmettre des données scientifiques, les télécommunications de la sonde sont commutées sur l'antenne omnidirectionnelle. Le signal est perdu jusqu'en octobre 1968.
  • 14 octobre 1968 : réacquisition du signal.
  • 5 novembre : fin de la mission.

Résultats scientifiques

Survol de Vénus

Le survol de Vénus à la vitesse relative assez faible de 3,05 km/s provoqua une déviation importante de sa trajectoire. La mesure de cette perturbation permit de raffiner plusieurs grandeurs de mécanique céleste et ainsi d'améliorer la précision de l'unité astronomique, de la masse de Vénus et de son aplatissement (100 fois moindre que celui de la Terre). Les données télémétriques furent obtenues par mesure de l'effet Doppler du signal de la sonde, mais aussi du délai d'un aller-retour de signal entre la Terre et la sonde[2], cette dernière méthode n'avait pas été possible avec Mariner 4.

Lors du passage derrière Vénus, le signal de la sonde était reçu par l'antenne de 64 m de l'observatoire de Goldstone tandis qu'il traversait progressivement les couches plus profondes de l'atmosphère, et inversement alors que la sonde émergeait de l'autre côté. La mesure de l'atténuation, la réfraction et la dispersion du signal permit de modéliser pression, densité et température de l'atmosphère selon l'altitude. Mais cette expérience d'occultation ne permit pas de connaître la taille de la planète, le signal ayant été « capturé » à 6 090 km du centre avant d'être intercepté par la surface solide (qui d'après les observations ultérieures se trouvait alors environ 32 km plus bas).

Ce phénomène, dit de réfringence critique, se produit à l'altitude où l'indice de réfraction devient suffisamment élevé pour dévier systématiquement un rayon horizontal vers la surface de la planète. La réfraction est telle qu'un observateur à la surface aurait par illusion d'optique l'impression d'être toujours au fond d'une dépression. De même, les rayons solaires captés sur la face diurne sont propagés loin au-delà du terminateur et produisent une nuit illuminée en permanence, ce qui explique la faible lueur observée depuis longtemps sur la face nocturne de la planète.

Cette expérience d'occultation compléta les observations faites par Venera 4 et permit de conclure à une composition atmosphérique de 85 à 99% de CO2, et d'interpoler la pression et la température de surface à 100 bars et 700 K.

Un autre signal, cette fois de la Terre à la sonde, émis par l'antenne de 45 m du centre de radioastronomie de l'Université Stanford à Palo Alto sur deux fréquences différentes, était mesuré par le récepteur bi-fréquence la sonde. L'analyse de l'altération différentielle des deux signaux reçus renseigne sur le milieu ionisé qu'ils traversent. Avec le magnétomètre et la sonde à plasma, ces instruments observèrent l'ionosphère, le champ magnétique vénusien et leur interaction avec le vent solaire. Comme l'avait révélé Mariner 2, la planète ne possède pas de magnétosphère (le champ magnétique vénusien est plus de 1000 fois inférieur à celui de la Terre), mais la sonde repéra tout de même une surface de choc dans la propagation du plasma solaire, cette déflection fut attribuée aux courants induits par le plasma dans l'ionosphère vénusienne.

L'étude précise de l'exosphère vénusienne aurait requis un spectromètre UV, mais les contraintes de délais, budget et masse de la mission ne permirent d'embarquer qu'un simple photomètre à trois canaux dévolu à la détection d'hydrogène et d'oxygène atomiques. Mariner décela dans la couronne vénusienne une teneur en hydrogène comparable à celle de la Terre, et l'absence d'oxygène. Mais l'inexistence de modèle atmosphérique évolué, l'absence de télémétrie propre à cette expérience et les défauts d'alignement des capteurs ne permirent pas de comprendre les propriétés complexes de cette zone.

Lancement et transit

Alignement des sondes Mariner d'août à septembre 1967

Après la manœuvre d'injection, la sonde réalisa les observations de la geocorona les plus lointaines pour l'époque, elle transmit des données sur son passage à travers la ceinture de Van Allen, sur la magnétopause, les fluctuations de la magnétogaine et la traversée de la surface de choc.

Il s'avéra que la sonde fut lancée pendant une période d'intense activité solaire, on ne retrouva donc pas la régularité des caractéristiques du milieu interplanétaire relevée par Mariner 2 et IMP A. Cette agitation permit de faire les premières observations directes d'ondes d’Alfvén et d'étudier les éruptions solaires en coordination avec des satellites terrestres.

L'expérience de mesures coordonnées la plus étendue et la plus spectaculaire fut celle entre Mariner 5, la Terre et Mariner 4, toujours opérationnelle presque deux ans après son lancement et située entre les orbites terrestre et martienne. Les positions des sondes et de la Terre évoluaient alors entre deux configurations idéales pour l'étude de la propagation des vagues de particules: d'un alignement radial le 20 août jusqu'à un alignement suivant la spirale du champ magnétique solaire le 19 septembre. Malgré l'état défaillant de la sonde à plasma de Mariner 4, les résultats furent enrichissants et permirent la première mesure du gradient du vent solaire.

Notes et références

Notes

  1. (en) Past Missions - Mariner 5, JPL. Consulté le 2007-12-11
  2. (en) [PDF] The Mariner V Flight Path and its Determination from Tracking Data, JPL, 1969. Consulté le 2008-04-10


Sources

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Voir aussi

Articles connexes


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