Mariner 8


Mariner 8

Programme Mariner

Le programme Mariner est une série de missions spatiales de la NASA ayant pour objectif d'envoyer des sondes spatiales afin d'étudier les trois planètes les plus proches de la Terre, Mars, Vénus et Mercure. Programme ambitieux, il est à l'origine d'un certain nombre de premières dans le domaine de l'exploration spatiale et de l'astronomique [1] :

  • Premier survol d'une planète autre que la Terre.
  • Premières images de Mars, Venus et Mercure.
  • Première mise en orbite autour d'une planète autre que la Terre.
  • Premières sondes en orbite autour de Mars et Mercure.
  • Première manœuvre assistée par la gravitation.
  • Première utilisation du principe de la voile solaire

Sur les dix missions prévues, seulement sept furent des succès. Les trois autres furent perdues dans des incidents techniques peu après le décollage. Deux autres missions étaient prévues, Mariner 11 et 12, mais ces deux missions étaient si ambitieuses et demandaient tellement d'adaptations que la NASA décida de créer un sous-programme spécifique : le programme Mariner Jupiter-Saturn. Ce dernier fut renommé Voyager par la suite, et les sondes Mariner 11 et 12 devinrent ainsi Voyager 1 et 2 [2].

Vue d'ensemble des sondes du programme Mariner

Sommaire

Principes de base du concept Mariner

Toutes les sondes Mariner sont basées sur un châssis octogonal en magnésium, contenant l'électronique de bord, sur lequel est fixé l'équipement tel que les systèmes de communication, les systèmes d'imagerie (appareils photos, caméras TV), la propulsion et les sources d'énergies. Le châssis est lui-même conçu pour recevoir huit modules standardisés, un par face, permettant d'héberger les appareils scientifiques et les batteries.

L'énergie est fournie par quatre panneaux solaires, sauf pour Mariner 10 et Mariner 1&2 qui n'en ont que deux. De plus, à l'exception des sondes Mariner 2 et 5, toutes sont équipées d'une caméra TV.

La navigation se fait selon 3 axes, alignés sur le Soleil et l'étoile Canopus (Alpha Carinae). Cette dernière étant la deuxième étoile la plus brillante du ciel nocturne, elle sert donc de repère fixe simple à retrouver.[3] On retrouve cette méthode de navigation dans la majorité du programme spatial américain.

Enfin, bien que les sondes Mariner fussent conçues à l'origine pour être lancées grâce à la fusée Atlas-Centaur, les retards accumulés sur la conception de cette dernière obligèrent les ingénieurs à utiliser la fusée Atlas-Agena, moins puissante, pour les cinq premières missions. Mariner 1&2 dut même être amputée d'une partie de ses équipements scientifiques déjà montés pour réduire son poids.[4]

Mariner 1 & 2

Ces dernières diffèrent des autres sondes Mariner en plusieurs points. Elles sont en fait dérivées des sondes Ranger 1 et Ranger 2. Le Programme Ranger et le Programme Mariner sont très liés dans leurs architectures, les premières sondes du Programme Ranger ayant servi de banc d'essai pour le concept Mariner. La réussite de la mission Mariner 2 permit de passer au stade suivant.

Techniquement, le châssis de la sonde est plus simple. C'est un hexagone, réduisant de fait le nombre de modules à six. De plus, il y a une structure sous le châssis, supportant l'antenne haut gain, celle-ci se repliant sous la sonde pour le lancement, et les panneaux solaires. Les réservoirs de carburant sont aussi montés à l'extérieur du châssis.

Évolutions du concept

Les premières sondes à reprendre la conception des Mariner furent Voyager 1 et 2. Bien que rattachées initialement au programe Mariner (Il s'agissait initialement des sondes Mariner 11 et 12), elles furent considérablement modifiées pour s'adapter aux contraintes de l'exploration des planètes Saturne et Jupiter (éloignement, faiblesse de l'éclairement solaire, vitesse nécessaire) et donnèrent naissance à un programme à part entière.

Plus tard, les orbiteurs du programme Viking utilisèrent une sonde de type Mariner 9 largement améliorée.[5] Les sondes Magellan[6] (étude de Vénus) et Galileo (étude de Jupiter) ont aussi comme base certaines parties du concept Mariner.

Plus récemment, une seconde génération de sondes de type Mariner, appelée Mariner Mark II, fut conçue, bien que le projet fut annulé pour raison budgétaire.[7] Néanmoins, cette seconde génération a malgré tout servi comme base pour la sonde Cassini-Huygens, ou comme inspiration pour New Horizons.

Résultats scientifiques

Le programme Mariner a été extrêmement riche en résultats scientifiques. L'espace interplanétaire était alors très mal connu, et tout restait à découvrir. Premièrement, 3 planètes sont ainsi découvertes pour la première fois, les seules observations possibles étant alors faites par télescope. Ensuite, de nombreuses dynamiques solaires sont étudiées, voire même découvertes. Tel que le vent solaire, dont le principe est utilisé pour la première fois par Mariner 10 pour ralentir sa course un peu trop rapide, ou l'observation du plasma éjecté par le Soleil. Les connaissances sur le « vide » stellaire firent aussi un bond en avant, grâce à de nombreuses expériences scientifiques embarquées.

De plus, pour la première fois, il était possible de voir d'autres planètes que la Terre, ce qui permit de faire avancer les hypothèses sur notre propre planète et sur la création du système solaire.

Mercure

Article détaillé : Mercure (planète).

Dernière planète étudiée par une sonde Mariner, Mercure posait de très nombreuses énigmes aux chercheurs. En effet, de part sa position si rapprochée du Soleil, il est presque impossible de l'observer correctement depuis la Terre, et aucune sonde n'avait encore été envoyée l'étudier.

Mariner 10 permit de mettre fin aux spéculations. La sonde y découvrit un champ magnétique, là où les chercheurs ne pensaient pas en trouver un. Une atmosphère, bien que légère, fut aussi détectée. Et près de 3 500 photos furent prises, d'une qualité exceptionnelle, permettant une étude géologique de la planète.

En 2008, Mariner 10 est la seule sonde avec Messenger à avoir étudié Mercure.

Vénus

Article détaillé : Vénus (planète).

Le programme Mariner apporta beaucoup en ce qui concerne Vénus. De nombreux instruments l'ont étudiée. De la cartographie radar aux mesures sur différentes longueurs d'ondes, en passant par les mesures de température, ou encore la composition de son atmosphère. Beaucoup de découvertes ont été faites par les sondes Mariner, alors en pleine course contre le programme Venera de l'URSS.

Mars

Article détaillé : Mars (planète).

Planète mystérieuse jusqu'à la mission Mariner 4, c'est véritablement l'avancée la plus importante réalisée par le programme Mariner.

Avec les premières images de Mariner 4, c'est tout un pan de théories qui laisse place à des faits réels. Une vie martienne devient, au mieux, impossible. Et c'est tout un monde qui doit être étudié sur des bases totalement nouvelles. Les missions Mariner vont alors se succéder, et apporter à chaque fois leurs lots de résultats scientifiques.

Autres résultats

Missions

Les sondes Mariner sont au nombre de dix. Leur lancement a été réalisé entre le 27 juillet 1962 et le 3 novembre 1973. En tout, six missions furent effectuées :

Mariner 1

Article détaillé : Mariner 1.
Mariner 1
  • Mission : Survol de Venus
  • Types de senseurs : Émissions micro-onde et infrarouge, poussières cosmique, plasma solaire et radiations haute énergie, champs magnétiques.
  • Statut de la mission : Échec
  • État de la sonde : Détruite peu après son lancement.

Mariner 1, destinée à survoler Venus, est lancée le 22 juillet 1962. Mais une défaillance dans la trajectoire de la fusée Atlas-Agena contraint l' Air Force Range Safety Officer (RSO) à ordonner sa destruction, un peu moins de 5 minutes après son lancement.

Une légende veut qu'un simple point mis à la place d'une virgule dans un programme Fortran ait causé la défaillance. En fait, ce bug concernait le Programme Mercury[8], et fut corrigé avant la moindre conséquence sérieuse.

C'est pourtant bien un simple caractère, qui a eu raison de la sonde[9]. Dans une spécification manuscrite, un tiret surmontait une variable pour signifier que la valeur associée devait être lissée dans le temps. Cette notation fut ignorée par le programmeur qui employa la valeur brute. Cela n'aurait pas prêté à conséquence si le capteur d'altitude du lanceur n'était pas tombé en panne, et si le programme erroné au sol n'avait pas pris le relais, menant la fusée dans une trajectoire instable, puis incontrôlable.

Mariner 2

Article détaillé : Mariner 2.
Mariner 2
  • Mission : Survol de Venus
  • Types de senseurs : Émissions micro-onde et infrarouge, poussières cosmique, plasma solaire et radiations haute énergie, champs magnétiques.
  • Statut de la mission : Succès
  • État de la sonde : Abandonnée. Piégée en orbite héliocentrique.

Mariner 2 était la doublure de Mariner 1, et fut rapidement corrigée, puis lancée avec succès le 27 août 1962. Au terme de 3 mois et demi de voyage, elle survole Venus comme prévu, devenant ainsi la première sonde à survoler une planète autre que la Terre, et permit de faire les toutes premières observations de Venus.

Mariner 3

Article détaillé : Mariner 3.
Mariner 3
  • Mission : Survol de Mars
  • Types de senseurs : Caméra avec enregistreur digital (20 images), Émissions micro-onde et infrarouge, poussières cosmique, plasma solaire, radiations, champs magnétiques, occultation radio et mécanique céleste.
  • Statut de la mission : Échec
  • État de la sonde : Inopérante. Piégée en orbite héliocentrique.

Lors du lancement de Mariner 3, un défaut de conception fit que la coiffe surmontant la sonde ne se sépara pas de la sonde comme prévu. Les panneaux solaires ne pouvant se déployer, ni recevoir de lumière, la sonde tourna sur ses batteries jusqu'à épuisement. Elle est maintenant en orbite héliocentrique, toujours surmontée de sa coiffe.

Mariner 4

Article détaillé : Mariner 4.
Mariner 4
  • Mission : Survol de Mars
  • Types de senseurs : Caméra avec enregistreur digital (20 images), Émissions micro-onde et infrarouge, poussières cosmique, plasma solaire, radiations, champs magnétiques, occultation radio et mécanique céleste.
  • Statut de la mission : Succès
  • État de la sonde : Inconnu. Contact radio perdu après un bombardement de micrométéorites.

Après la perte de sa sœur jumelle, Mariner 4 fut corrigée puis lancée avec succès, en seulement trois semaines, le 28 novembre 1964.

Le 8 juillet 1965, la sonde survola Mars comme prévu et prit 22 clichés historiques, toutes premières images jamais réalisées de Mars. Ces images mirent fin à presque toutes les théories de l'époque en révélant une surface plus lunaire que terrestre, aucune étendue d'eau et une faible atmosphère. Après le survol, qui dura 25 minutes, la sonde continua sa route, tout en transmettant des informations scientifiques sur son environnement.

Elle termina sa mission le 21 décembre 1967, après avoir subi un bombardement de micrométéorites qui la mit hors service.

Mariner 5

Article détaillé : Mariner 5.
Mariner 5
  • Mission : Survol de Venus
  • Types de senseurs : Photomètre à ultraviolets, poussières cosmique, plasma solaire, radiations, champs magnétiques, occultation radio et mécanique céleste.
  • Statut de la mission : Succès
  • État de la sonde : Abandonnée. Piégée en orbite héliocentrique.

Mariner 5 était à l'origine une doublure pour Mariner 4. Mais après le succès éclatant de cette dernière, il fut décidé de profiter de cette sonde supplémentaire pour étudier Venus. Après quelques modifications pour l'adapter à ce nouvel environnement, elle fut lancée avec succès le 14 juin 1967.

Elle survola Venus comme prévu, et permit de récolter des informations bien plus précises que Mariner 2. L'occultation radio permit aussi de mieux comprendre les relevés de température et de pression fait peu de temps avant par Venera 4, ce qui permit de confirmer définitivement l'environnement extrême de Venus.

Mariner 6

Article détaillé : Mariner 6.
Mariner 6
  • Mission : Survol de Mars
  • Types de senseurs : Caméras grand et moyen angle avec enregistreur digital, spectromètre infrarouge, Radiomètre, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
  • Statut de la mission : Succès
  • État de la sonde : Abandonnée. Piégée en orbite héliocentrique.

Mariner 6 était en fait une mission double, en étant accompagnée par sa jumelle Mariner 7. C'est la première fois qu'une mission double est tentée et réussie. Le but était de profiter des résultats de la première sonde pour diriger la seconde, quelques semaines plus tard. Et, au pire, d'avoir malgré tout des résultats en cas d'accident sur l'une des deux sondes.

Lancée le 24 février 1969, elle a réussi à prendre 75 photos de Mars lors de son survol.

Mariner 7

Article détaillé : Mariner 7.
Mariner 7
  • Mission : Survol de Mars
  • Types de senseurs : Caméras grand et moyen angle avec enregistreur digital, spectromètre infrarouge, Radiomètre, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
  • Statut de la mission : Succès
  • État de la sonde : Abandonnée. Piégée en orbite héliocentrique.

Mariner 7, lancée le 27 mars 1969, suivit de près sa partenaire de mission, Mariner 6, en ayant les mêmes objectifs que cette dernière.

Par contre, si sa partenaire fit un voyage sans incidents notables, Mariner 7 subit une avarie environ une semaine avant le survol de Mars. En effet, une de ses batteries explosa, déviant la sonde de sa trajectoire à cause d'une fuite de gaz, et coupant son antenne haut gain. Heureusement, cette dernière put être remise en fonctionnement, et la trajectoire corrigée. La mission fut donc un succès, fournissant même plus de données scientifiques que sa partenaire.

Mariner 8

Article détaillé : Mariner 8.
Mariner 8
  • Mission : Survol de Mars
  • Types de senseurs : Caméras grand et moyen angle avec enregistreur digital, spectromètre infrarouge, Radiomètre, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
  • Statut de la mission : Échec
  • État de la sonde : Détruite lors du lancement.

Après la réussite de la double mission vers Mars, la NASA décida de retenter l'expérience. Mariner 8 était la première, et devait être suivie de près par sa partenaire, Mariner 9.

Malheureusement, un problème technique sur sa fusée Atlas-Centaur fit qu'elle retomba dans l'atmosphère quelques minutes seulement après le décollage, le 9 mai 1971. Elle terminera sa chute dans l'océan Pacifique.

Mariner 9

Article détaillé : Mariner 9.
Mariner 9
  • Mission : Survol de Mars
  • Types de senseurs : Caméras grand et moyen angle avec enregistreur digital, spectromètre infrarouge, Radiomètre, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
  • Statut de la mission : Succès
  • État de la sonde : Arrêtée. En orbite autour de Mars jusqu'à sa rentrée dans l'atmosphère en 2022.

Bien que lancée par la même fusée que Mariner 8, Mariner 9 qui avait un plan de mission totalement indépendant de sa sonde jumelle, put mener à bien sa propre mission. Après avoir été lancée avec succès le 30 mai 1971, elle finit par atteindre Mars comme prévu.

Sa mission était de compléter les études et mesures réalisées par le couple de sondes précédent, tout en étant la première sonde à se mettre en orbite autour d'une planète autre que la Terre, permettant une étude longue et poussée de cette dernière.

Avec l'épuisement de ses réserves de carburant, il devint impossible de contrôler son altitude, et elle fut donc abandonnée sur une orbite qui la fera plonger dans l'atmosphère de Mars vers 2022.

Mariner 10

Article détaillé : Mariner 10.
Mariner 10
  • Mission : Survol de Venus et Mercure
  • Types de senseurs : Deux caméras moyen angle avec enregistreur digital, radiomètre infrarouge, Plasma solaire, particules chargées, champs magnétiques, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
  • Statut de la mission : Succès
  • État de la sonde : Abandonnée. Piégée en orbite héliocentrique.

Mariner 10 est probablement la mission la plus riche du programme Mariner. Elle fut lancée avec succès le 3 novembre 1973.

Conçue à l'origine pour étudier uniquement Venus, les ingénieurs découvrirent que des ajustements minimes de sa trajectoire permettraient d'aller jusqu'à Mercure, en utilisant la gravité de Vénus comme fronde. La manœuvre fut exécutée, et Mariner 10 devint la première sonde à avoir utilisé l'assistance gravitationnelle d'une planète pour modifier sa trajectoire. Le concept de la voile solaire fut aussi utilisé pour la première fois, pour compenser une panne matérielle.

Après le survol de Venus, la sonde se dirigea vers Mercure. Elle réussit à réaliser 3 passages, accumulant de nombreuses photos d'une qualité sans précédent, et permettant de comprendre certains mystères de Mercure. Mariner 10 devint ainsi la première sonde à observer Mercure.

Mariner 11 et 12

Article détaillé : Programme Voyager.

La NASA avait planifié un sous-programme ambitieux au programme Mariner. Si ce dernier avait comme but l'étude de Mars et Vénus, puis involontairement de Mercure, ce sous-programme devait étudier Jupiter et Saturne. Ce sous-programme spécifique fut nommé temporairement Mariner Jupiter-Saturn 1977 program.

De par la position éloignée des deux géantes gazeuses, et leur nature, de nombreuses questions techniques doivent trouver une réponse :

  • Comment obtenir une précision suffisante de la trajectoire ?
  • La ceinture d'astéroïdes est-elle dangereuse ?
  • Comment utiliser l'assistance gravitationnelle alors que de nombreuses lunes sont présentes autour des planètes ?
  • Des panneaux solaires seront-ils suffisants pour assurer l'énergie des sondes ?

Toutes ces questions trouvèrent une réponse, mais rapidement les adaptations et modifications nécessaires devinrent trop importantes, s'éloignant de plus en plus de la base du programme Mariner. La NASA finit alors par séparer complètement les deux programmes. Enfin, en 1977 le Mariner Jupiter-Saturn program fut renommé en Programme Voyager, jugé plus communicant.[10]

Références

Les sources des informations concernant spécifiquement une mission sont référencées sur la page dédiée à la mission.

Sauf mention contraire, les informations et images de cet article peuvent être vérifiées sur le site du NASA Technical Reports Server (NTRS), archives publiques de publications internes déclassées : (en) NASA Technical Reports Server

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