| Organisation |  NASA |
|---|---|
| Constructeur | Jet Propulsion Laboratory |
| Programme | Mariner |
| Domaine | Observation de la planète Vénus |
| Type demission | Sonde spatiale |
| Statut | Mission terminée |
| Autres noms | Mariner-E |
| Base de lancement | Cape Kennedy, LC-12 |
| Lancement | 14 juin 1967 à 06 h 01 TU |
| Lanceur | Atlas-Agena D # 23 (Atlas-D # 5401 - Agena D # 6933) |
| Survol de | Vénus le 19 octobre 1967 à 13 h 34 min 56 s TU |
| Fin de mission | 25 octobre 1967 |
| Durée | 4 mois |
| Identifiant COSPAR | 1967-060A |
| Masse au lancement | 244,9 kg |
|---|---|
| Ergols | Hydrazine |
| Contrôle d'attitude | Stabilisé sur 3 axes |
| Source d'énergie | Panneaux solaires |
| Puissance électrique | 555 watts |
| Orbite | Héliocentrique |
|---|---|
| Périapside | 0,579 UA |
| Apoapside | 0,735 UA |
| Période de révolution | ??? jours |
| Ultraviolet Photometer | Détecter la présence d'hydrogène et d'oxygène |
|---|---|
| Triaxial Low Field Helium Magnetometer | Mesure du champ magnétique de Vénus et interplanétaire |
| Two-Frequency Beacon Receiver | Mesure du vent solaire |
| Trapped Radiation Detector | Détecteur de radiations corpusculaires |
| S-Band Occultation | Occultation en bande S |
| Celestial Mechanics Experiment | Expérience de mécanique céleste |
| Interplanetary Ion Plasma Probe | Sonde plasma ionique interplanétaire |
Mariner 5 est la cinquièmesonde spatiale duprogramme Mariner développé par l'agence spatialeaméricaine de laNASA pour explorer lesplanètes inférieures duSystème solaire. En, la NASA approuve la modification de la sonde de réserve de Mariner 4, la sonde Mariner 5 afin de réaliser un survol plus rapproché de la planèteVénus que la sondeMariner 2 qui a effectué le premier survol de la planète Vénus en.
Le principal objectif de la mission est de mener une expérience de radio-occultation (comme Mariner 4 avec la planète Mars) afin de déterminer les propriétés atmosphériques de la planète de Vénus. Contrairement à Mariner 4, cependant, Mariner 5 ne porte pas d'instrument d'imagerie. Au départ, la NASA a prévu d'envoyer Mariner 5 en survol à une distance manquante de 8 165 kilomètres, mais la NASA modifie son plan en faveur d'un survol plus modeste de 75 000 kilomètres afin d'empêcher le véhicule non stérilisé de s'écraser sur la planète Vénus.
La sonde spatiale Mariner 5 est la cinquième d’une série de véhicules spatiaux utilisés pour l'exploration desplanètes en modesurvol. La sonde spatiale Mariner 5 est la sonde spatiale de réserve deMariner 4 remise à neuf pour la mission Mariner 5. Conçue pour une mission vers la planète Mars, elle est reconfigurée pour une mission vers la planète Vénus. Les objectifs du projet sont de passer à 2 000 km de Vénus pour fournir des données sur la structure de l'atmosphère de la planète et son environnement de rayonnement et de champ magnétique. Mariner 5 a également été conçue pour renvoyer des données sur l'environnement interplanétaire avant et après la rencontre avec la planète Vénus.
Elle conserve saplate-forme octogonale enmagnésium, de 127 cm de diagonale et de 45,7 cm de hauteur, son système de propulsion et de communication. Les modifications majeures consistent en l'inversion de l'orientation de la sonde (laTerre se trouvant du côté opposé auSoleil, contrairement au vol vers la planète Mars) et l'amélioration de son isolation thermique.
Les quatrepanneaux solaires sont donc inversés et leur taille est réduite (la proximité du Soleil permettant d'obtenir la même puissance électrique avec une surface moindre), la nouvelle envergure de la sonde est de 5,5 mètres. L'isolation thermique est renforcée notamment par l'adjonction d'un parasol déployable sur la face éclairée de la plate-forme de la sonde. Pour améliorer l'expérience d'occultation, l'antenne parabolique, fixe sur Mariner 4, est dotée de deux positions afin de la repositionner exactement vers la Terre lors du survol. Les instruments scientifiques sont améliorés et éventuellement relocalisés en fonction des nouvelles contraintes thermiques ou géométriques.
Quatre panneaux solaires et uneantenne parabolique à gain élevé de 116,8 cm de diamètre sont fixés au sommet de la plate-forme. Uneantenne omnidirectionnelle à faible gain et lemagnétomètre sont montés sur un mât de 223,5 cm de hauteur à côté de l'antenne à gain élevé. La hauteur totale de la sonde spatiale est de 289 cm.
La plate-forme abrite l'équipement électronique, le câblage, le système de propulsion de mi-parcours, les sources de gaz pour lecontrôle d'attitude et les régulateurs. La plupart des expériences scientifiques sont montées à l'extérieur de la plate-forme. Les instruments scientifiques sont unmagnétomètre, une télémétrie par occultation enbande S, unphotomètreultraviolet, un détecteur de rayonnement, une balise de propagation à deux fréquences, unecage de Faraday et une expérience demécanique céleste.
L'alimentation est fournie par 17 640 cellules photovoltaïques contenues dans les quatre panneaux solaires d'une portée de 550 cm, ce qui fournit 555 watts. Un accumulateur rechargeableargent-zinc de 1 200 W-h est également utilisé pour les manœuvres et les opérations de secours. De l'hydrazinemonergol est utilisée pour la propulsion au moyen d’un moteur 222 N installé sur l'un des côtés de la plate-forme. Lecontrôle d'attitude est assuré par douze jets dediazote gazeux froids montés aux extrémités des panneaux solaires et par troisgyroscopes. Les informations de position sont fournies par deux capteurs solaires primaires, des capteurs solaires secondaires, un capteur terrestre, un capteur de la planète Vénus, un capteur de terminaison de Vénus et le traqueur d'étoilesCanopus.
L’équipement de télécommunications se compose d'un émetteur (TWTA -Traveling-Wave Tube Amplifier) double bande 6,5 W/10,5 W et d'un récepteur pouvant émettre et recevoir des données via des antennes à gain faible ou élevé à 8,33 ou 33,33 bits par seconde. Les données peuvent également être emmagasinées sur un magnétophone pour une transmission ultérieure. Toutes les opérations sont contrôlées par un sous-système de commande. L'ordinateur central et le séquenceur utilisent des commandes séquentielles mémorisées. Le contrôle de la température est maintenu grâce à l'utilisation depersiennes ajustables, d'un pare-soleil déployable, de couvertures isolantes multicouches, de boucliers enaluminium poli, de traitements de surface et de systèmes de référence montés sur trois des quatre panneaux solaires.
La sonde spatiale a 7 instruments :
La sonde spatiale Mariner 5 quitte l'aire de lancement LC-12 de labase de lancement de Cap Kennedy à bord d'un lanceurAtlas-Agena D le à 06 h 01 TU, deux jours après le lancement de la sonde soviétiqueVenera 4. Lors de l'injection sur sa trajectoire interplanétaire depuis sonorbite d'attente, la sonde vise largement à côté de la planète Vénus afin d'éviter tout risque d’écrasement au sol et de contamination éventuelle de la planète. La télémétrie confirme ensuite que la sonde passera à environ 67 000 km de sa cible. Le à 01 h 00 TU se fait l'acquisition de l'étoileCanopus et le verrouillage de l'altitude de la sonde. Une correction de trajectoire à mi-parcours (allumage de 17,66 secondes) est effectuée le. Profitant à cette occasion de l'orientation non standard de la sonde, trois rotations sont commandées pour scruter lemilieu interplanétaire enultraviolet. La sonde a la possibilité de faire une seconde correction de trajectoire, mais cela n'est pas nécessaire. Le, il y a commutation du débit des télécommunications de 33,33 à 8,33 bits par seconde. Le1er octobre, la commutation des télécommunications se fait de l'antenne omnidirectionnelle à l'antenne parabolique.
Mariner 5 atteint la planète Vénus le et enregistre des données durant son survol de 15 h 42 minutes. L'altitude de 4 094 km (beaucoup plus basse que prévu) est atteinte à 17 h 34 min 56 s TU, à la vitesse de30 000 km/h. La planète Vénus se trouve alors à environ 79,5 millions de km de la Terre. Mariner 5 commence à transmettre des données, le, le lendemain de la descente de l'atterrisseur soviétique Venera 4, et cela durant 34 heures.
Mariner 5 passe devant l'orbite de Vénus et est occultée par la Terre durant environ 26 minutes. Les transmissions de données vers la Terre ont lieu après le survol de Vénus. Le, Mariner 5 étant trop éloignée pour transmettre des données scientifiques, les télécommunications avec la sonde sont commutées sur l'antenne omnidirectionnelle. L'orientation de l'antenne parabolique et l'éloignement grandissant font perdre le contact radio le. La masse de la planète Vénus incurve la trajectoire de la sonde Mariner 5 encore plus vers l'intérieur du Système solaire, et après le survol, elle devient l'artefact ayant le plus faiblepérihélie[1], s'approchant le à 87 millions de kilomètres du Soleil.
La rencontre avec Vénus a dévié la sonde vers leSoleil et Mariner 5 est entrée sur l'orbite solaire avec des paramètres compris entre 0,579 UA et 0,735 AU. La sonde est maintenant en orbite héliocentrique. Les instruments du véhicule spatial mesurent à la fois les champs magnétiques interplanétaires et de Vénus, les particules chargées et les plasmas, ainsi que la réfringence radio et les émissions ultraviolettes de l'atmosphère de Vénus. La sonde n'a subi aucune avarie, sa mission est étendue afin d'enrichir les connaissances de l'époque en matière de mécanique céleste et de conception de la sonde spatiale. On décide donc de renouer le contact avec elle à partir de, mais le signal de la sonde n'est acquis que trois mois plus tard, instable et inexploitable, le. Après trois semaines d'efforts infructueux, les opérations sont arrêtées par la NASA, le. La mission est déclarée un succès.
Le survol de Vénus à la vitesse relative assez faible de3,05 km/s provoque une déviation importante de sa trajectoire. La mesure de cette perturbation permet d'affiner 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 sont 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'a pas été possible avec la sonde Mariner 4.
Lors du passage derrière Vénus, le signal de la sonde est reçu par l'antenne de 64 m duGoldstone Deep Space Communications Complex tandis que la sonde traverse progressivement les couches plus profondes de l'atmosphère, et inversement alors que la sonde émerge de l'autre côté. La mesure de l'atténuation, la réfraction et la dispersion du signal permet de modéliser pression, densité et température de l'atmosphère selon l'altitude. Mais cette expérience d'occultation ne permet pas de connaître la taille de la planète, le signal ayant été « capté » à 6 090 km avant d'être intercepté par la surface solide (qui d'après les observations ultérieures se trouve alors environ 32 km plus bas).
Ce phénomène, dit deréfraction 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 a 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 duterminateur et produisent une nuit illuminée en permanence, ce qui explique la faible lueur observée depuis longtemps sur la face nocturne de la planète Vénus. Cette expérience d'occultation complète les observations faites par la sonde soviétiqueVenera 4 et permet de conclure à une composition atmosphérique de 85 à 99 % dedioxyde de carbone (CO2).
Les instruments de Mariner 5 indiquent que la température et la pression à la surface de la planète sont respectivement de 527 °C et de 75 à 100 atmosphères - ce qui contredit l'affirmation soviétique selon laquelle sa sondeVenera 4 a réussi à transmettre depuis la surface de la planète.
Un autre signal, cette fois de la Terre vers la sonde, émis par l'antenne de 45 m du centre de radioastronomie de l'université Stanford àPalo Alto sur deux fréquences différentes, est mesuré par le récepteur bi-fréquence de 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 observent l'ionosphère, le champ magnétique de la planète Vénus et leur interaction avec levent solaire. Comme l'a révélé la sondeMariner 2, la planète Vénus ne possède pas demagnétosphère (le champ magnétique de Vénus est plus de 1 000 fois inférieur à celui de la Terre), mais la sonde repère tout de même uneonde de choc dans la propagation du plasma solaire, cette déflexion est attribuée aux courants induits par le plasma dans l'ionosphère de Vénus. Mariner 5 constate que l'ionosphère produit une onde de choc qui dévie le vent solaire autour de la planète Vénus.
L'étude précise de l'exosphère de Vénus aurait requis unspectromètreultraviolet, mais les contraintes de délai, budget et masse de la mission ne permettent d'embarquer qu'un simplephotomètre à rayonnement ultraviolet à trois canaux dévolu à la détection de l'hydrogène et de l'oxygène atomiques. La sonde spatiale Mariner 5 décèle dans la couronne de Vénus 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 permettent pas de comprendre les propriétés complexes de cette zone.
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Après la manœuvre d'injection, la sonde réalise les observations de lagéocouronne les plus lointaines pour l'époque, elle transmet des données sur son passage à travers laceinture de Van Allen, sur lamagnétopause, les fluctuations de lamagnétogaine et la traversée de la surface de choc.
Il s'avère que la sonde est lancée durant une période d'intenseactivité solaire, on ne retrouve donc pas la régularité des caractéristiques dumilieu interplanétaire relevée par la sondeMariner 2 et Explorer-18 (IMP-A). Cette agitation permet de faire les premières observations directes desondes d'Alfvén et d'étudier leséruptions solaires en coordination avec des satellites terrestres.
L'expérience de mesures coordonnées la plus étendue et la plus spectaculaire est celle entre la sonde Mariner 5, la Terre et la sondeMariner 4, toujours opérationnelle presque deux ans après son lancement et située entre lesorbites terrestre et deMars. Les positions des sondes et de la Terre évoluent alors entre deux configurations idéales pour l'étude de la propagation des vagues de particules : d'un alignement radial le jusqu'à un alignement suivant la spirale du champ magnétique solaire le. Malgré l'état défaillant de la sonde à plasma de Mariner 4, les résultats sont enrichissants et permettent la première mesure du gradient duvent solaire.
Les scientifiques planétaires examinent les données de Mariner 5 et de Venera 4 lors d'une conférence à l'observatoire de Kitt Peak en, l'une des premières grandes réunions internationales consacrée aux résultats de l'exploration spatiale. Les scientifiques concluent que ni Mariner 5 ni Venera 4 n'ont totalement réussi à communiquer des données sur les conditions de la surface de la planète Vénus.
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| La première date est celle du lancement du lancement (du premier lancement s'il y a plusieurs exemplaires). Lorsqu'elle existe la deuxième date indique la date de lancement du dernier exemplaire. Si d'autres exemplaires doivent lancés la deuxième date est remplacée par un -. Pour les engins spatiaux autres que les lanceurs les dates de fin de mission ne sont jamais fournies. | |||||||||||||||||
