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水手4號(hao)（Mariner 4）是美國發射的(de)一(yi)系(xi)列以飛(fei)越(yue)方式進行(xing)的(de)星(xing)(xing)際探險中的(de)第4個(ge)(ge)火星(xing)(xing)探測器，并(bing)且(qie)是第一(yi)個(ge)(ge)成功飛(fei)越(yue)火星(xing)(xing)的(de)太(tai)空船。它(ta)在1964年11月28日發射。它(ta)回傳了第一(yi)張(zhang)(zhang)火星(xing)(xing)表面的(de)照(zhao)(zhao)片，并(bing)且(qie)是第一(yi)張(zhang)(zhang)從除了地(di)球以外(wai)另外(wai)一(yi)個(ge)(ge)行(xing)星(xing)(xing)上拍的(de)照(zhao)(zhao)片。同時，這張(zhang)(zhang)充滿(man)了隕石(shi)坑、死寂世界的(de)照(zhao)(zhao)片，震驚(jing)了科學界。

簡介

水手(shou)(shou)4號(hao)是由美(mei)(mei)(mei)(mei)國宇航局設(she)計制(zhi)造的(de)第2個火星(xing)探測器(qi)，它(ta)是在美(mei)(mei)(mei)(mei)國與蘇聯的(de)冷戰對抗時期誕生的(de)產物，于1964年11月28日發(fa)(fa)射。1964年美(mei)(mei)(mei)(mei)國發(fa)(fa)射了“水手(shou)(shou)4號(hao)”火星(xing)探測器(qi)，從距離(li)火星(xing)1萬公里處拍攝了21幅(fu)照片，成為人類第一個成功到達火星(xing)的(de)無人宇宙飛(fei)船(chuan)。“水手(shou)(shou)4號(hao)”總花費約為8230萬美(mei)(mei)(mei)(mei)元。整個系列的(de)水手(shou)(shou)號(hao)太空船(chuan)（從水手(shou)(shou)1號(hao)至水手(shou)(shou)10號(hao)）的(de)總研(yan)究、開發(fa)(fa)、發(fa)(fa)射及支援花費接近(jin)5.54億美(mei)(mei)(mei)(mei)元。

組成結構

設計

水手4號的(de)設計，為執(zhi)行近(jin)距離(li)火星(xing)(xing)科(ke)學觀(guan)測，并將(jiang)結果傳回地球。其(qi)它(ta)的(de)任務目(mu)標，包括在火星(xing)(xing)附近(jin)執(zhi)行行星(xing)(xing)際(ji)的(de)地表及粒(li)子測量，并提供行長途星(xing)(xing)際(ji)飛行的(de)工程技術的(de)經驗及知識。

組成

水手4號太(tai)空(kong)船(chuan)由八角形鎂合金(jin)結構組成(cheng)，對角線(xian)長度(du)1270公(gong)(gong)厘，高(gao)度(du)457公(gong)(gong)厘。上面有四個(ge)長度(du)為6.88米的(de)太(tai)陽(yang)能面板，上方亦置(zhi)有一直(zhi)徑1168公(gong)(gong)厘的(de)高(gao)增益(yi)碟形天(tian)(tian)線(xian)（parabolic antenna）。一個(ge)低(di)增益(yi)全向天(tian)(tian)線(xian)（omnidirectional antenna）置(zhi)于高(gao)增益(yi)天(tian)(tian)線(xian)旁的(de)一2235公(gong)(gong)厘高(gao)天(tian)(tian)線(xian)桿。太(tai)空(kong)船(chuan)總高(gao)度(du)為2.89米。太(tai)空(kong)船(chuan)底部(bu)的(de)中(zhong)間有一個(ge)電(dian)(dian)視(shi)相(xiang)(xiang)機（television camera）置(zhi)于掃(sao)描(miao)平臺（scan platform）上。八角形框(kuang)架里容(rong)納了電(dian)(dian)子(zi)器(qi)(qi)(qi)(qi)材、纜(lan)線(xian)、中(zhong)途推進系統（midcourse propulsion system）、及(ji)姿勢控制氣(qi)體供應調節(jie)器(qi)(qi)(qi)(qi)。大部(bu)份的(de)科學儀(yi)器(qi)(qi)(qi)(qi)置(zhi)于框(kuang)架的(de)外(wai)面。科學儀(yi)器(qi)(qi)(qi)(qi)，除(chu)了電(dian)(dian)視(shi)相(xiang)(xiang)機之外(wai)，還有磁力計、塵(chen)埃偵(zhen)(zhen)測(ce)器(qi)(qi)(qi)(qi)、宇宙射線(xian)望(wang)遠鏡、（trapped radiation detector）、太(tai)陽(yang)等離(li)子(zi)偵(zhen)(zhen)測(ce)器(qi)(qi)(qi)(qi)（solar plasma probe）及(ji)離(li)子(zi)室(蓋格計數器(qi)(qi)(qi)(qi))。

電力

電(dian)力(li)(li)由(you)四個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)170×90厘(li)米的(de)(de)(de)太陽(yang)(yang)能(neng)面板里的(de)(de)(de)28,224個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)太陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池(chi)提供，在火星上(shang)總(zong)共可提供310瓦電(dian)力(li)(li)。一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)可充電(dian)的(de)(de)(de)1200瓦小時的(de)(de)(de)銀─鋅電(dian)池(chi)也可做操縱及(ji)備份用。單元推進劑聯氨用來推進，借(jie)由(you)裝于(yu)八角形結構的(de)(de)(de)一(yi)邊上(shang)的(de)(de)(de)1個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)4噴射翼片(pian)引導控制222牛頓(dun)馬達(da)。姿(zi)勢控制由(you)置(zhi)于(yu)太陽(yang)(yang)能(neng)板底部及(ji)3個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)回(hui)轉儀的(de)(de)(de)12個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)冷(leng)氨氣噴嘴提供。太陽(yang)(yang)輻射壓(ya)力(li)(li)翼片(pian)（Solar pressure vanes）每片(pian)各有0.65平方米面積，附在太陽(yang)(yang)能(neng)板的(de)(de)(de)尖端(duan)。位置(zhi)資訊由(you)四個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)太陽(yang)(yang)感(gan)應(ying)器(qi)(qi)、一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)地球感(gan)應(ying)器(qi)(qi)、一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)火星感(gan)應(ying)器(qi)(qi)及(ji)一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)船底座α(老人(ren)星)提供。

通訊裝備

由(you)一(yi)(yi)個(ge)(ge)雙(shuang)S頻(pin)7瓦triode cavity amp/10 W TWTA 發射器(qi)及一(yi)(yi)個(ge)(ge)單接受器(qi)組成，可(ke)(ke)由(you)低、高增益天線(xian)以8?或33?位元/秒速(su)度(du)傳送(song)及接收資料。資料也可(ke)(ke)儲(chu)存于一(yi)(yi)個(ge)(ge)容量(liang)為5.24 MBits的(de)(de)磁帶記錄器(qi)（tape recorder），稍(shao)后再(zai)傳送(song)。所有的(de)(de)動作由(you)一(yi)(yi)個(ge)(ge)指(zhi)(zhi)令子(zi)系統控制(zhi)，可(ke)(ke)處(chu)理(li)任何29個(ge)(ge)direct command words或3個(ge)(ge)quantitative word commands，實施(shi)中途(tu)操縱功能。中央處(chu)理(li)電腦及定(ding)序器(qi)（sequencer）操作已(yi)儲(chu)存的(de)(de)時間序列(lie)指(zhi)(zhi)令（time-sequence commands），以38.4kHz的(de)(de)同步(bu)頻(pin)率做為時間參考。溫度(du)的(de)(de)控制(zhi)借(jie)由(you)使用可(ke)(ke)調整的(de)(de)天窗、多層隔熱毯、鋁護罩及表面處(chu)理(li)達成。

在上世紀六七十年代(dai)與(yu)蘇(su)聯的(de)(de)(de)太空競賽中，美國(guo)在火星探(tan)測(ce)(ce)方面(mian)取得了不俗的(de)(de)(de)成績。在“水(shui)手3號”遭遇(yu)失(shi)敗(bai)后(hou)，1965年發射的(de)(de)(de)“水(shui)手4號”成功地飛(fei)(fei)(fei)掠了火星，完(wan)成了人類使用航天(tian)器對(dui)火星進行的(de)(de)(de)首次探(tan)測(ce)(ce)。所(suo)謂(wei)飛(fei)(fei)(fei)掠探(tan)測(ce)(ce)，是(shi)指探(tan)測(ce)(ce)器飛(fei)(fei)(fei)行到距離(li)火星較近的(de)(de)(de)地方進行一段(duan)時間(jian)的(de)(de)(de)探(tan)測(ce)(ce)后(hou)隨即(ji)離(li)開。這(zhe)樣的(de)(de)(de)探(tan)測(ce)(ce)對(dui)變軌(gui)技(ji)術的(de)(de)(de)要求相對(dui)較低，是(shi)火星探(tan)測(ce)(ce)的(de)(de)(de)“初級階(jie)段(duan)”。

“水手4號(hao)”傳回了22張火星(xing)表面的(de)(de)照片，使人們觀(guan)察到了大小不(bu)等的(de)(de)環形山等地貌。同時，“水手4號(hao)”發現火星(xing)的(de)(de)大氣(qi)密度較低(di)，存在電(dian)離層，沒有較強的(de)(de)內稟(bing)磁場，因此也就不(bu)存在磁層中的(de)(de)輻射帶。這些(xie)發現都與人們之(zhi)前(qian)設想的(de)(de)情況相反(fan)。

發射

發射后，包(bao)覆水手(shou)4號的保護罩(zhao)被拋棄。世(shi)界標準(zhun)時間1964年11月28日(ri) 14:27:23，Agena D/Mariner 4從Atlas D推進器分離(li)。Agenea D的第一次燃燒從14:28:14至14:30:38，將(jiang)太空船推到了地球停泊軌(gui)道(dao)（Earth parking orbit），第二(er)次燃燒從15:02:53至15:04:28，將(jiang)太空船投入火星轉(zhuan)移軌(gui)道(dao)（Mars transfer orbit）。水手(shou)4號于15:07:09從Agena D分離(li)并開始巡(xun)航(hang)模(mo)式運(yun)轉(zhuan)。15:15:00，太陽(yang)能板(ban)展開，掃描平(ping)臺拉開，16分鐘之后獲捕太陽(yang)（Sun acquisition）。

在包括一(yi)(yi)次(ci)1964年(nian)12月5日(ri)(ri)(ri)的(de)(de)中(zhong)(zhong)途操縱（midcourse maneuver）在內的(de)(de)7.5個(ge)月航程后(hou)，太空(kong)船(chuan)于1965年(nian)7月14日(ri)(ri)(ri)、7月15日(ri)(ri)(ri)飛越火星。7月14日(ri)(ri)(ri)15:41:49 UT啟動行星科學模式。相機序(xu)列(lie)從7月15日(ri)(ri)(ri)00:18:36 UT（7月14日(ri)(ri)(ri)美(mei)國東海岸時(shi)間(jian)(jian)下(xia)(xia)午7:18:49）以交替紅綠濾鏡取(qu)得(de)21張(zhang)照片及(ji)第22張(zhang)照片的(de)(de)前21行。相片涵蓋了火星地表(biao)上斷續的(de)(de)長(chang)列(lie)，從接(jie)近40°N, 170° E到 35°S, 200°E，and then across to the terminator at 50° S, 255° E，相當(dang)于這顆行星的(de)(de)1%表(biao)面。最(zui)接(jie)近火星表(biao)面的(de)(de)距離為(wei)9846公里，當(dang)時(shi)為(wei)1965年(nian)7月15日(ri)(ri)(ri)01:00:57 UT (7月14日(ri)(ri)(ri)美(mei)國東海岸時(shi)間(jian)(jian)下(xia)(xia)午8:00:57)飛越期間(jian)(jian)取(qu)得(de)的(de)(de)照片儲存(cun)于太空(kong)船(chuan)上的(de)(de)磁帶(dai)記錄器中(zhong)(zhong)。02:19:11 UT，水手4號通過(guo)火星背面，無線電訊(xun)息因而(er)消失。訊(xun)號于03:13:04 UT太空(kong)船(chuan)重新出現后(hou)，再(zai)次(ci)取(qu)得(de)。再(zai)度(du)啟動巡航模式。訊(xun)號再(zai)次(ci)取(qu)得(de)后(hou)約8.5小時(shi)，磁帶(dai)中(zhong)(zhong)的(de)(de)照片開始(shi)傳回地球，并(bing)且一(yi)(yi)直持續至8月3日(ri)(ri)(ri)。所有(you)的(de)(de)照片都傳送兩次(ci)以確保(bao)沒(mei)有(you)資料遺失或(huo)損(sun)毀(hui)。

科學研究

任(ren)務(wu)中所有(you)(you)(you)傳(chuan)回(hui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)資料共(gong)計(ji)(ji)5.2 MBits。所有(you)(you)(you)操作的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)驗都(dou)成功，除了(le)離(li)(li)子(zi)室/蓋格計(ji)(ji)數(shu)器(qi)在(zai)(zai)1965年2月壞掉(diao)以(yi)(yi)(yi)及等離(li)(li)子(zi)偵(zhen)測(ce)器(qi)因電阻在(zai)(zai)1964年12月6日(ri)(ri)壞掉(diao)而效能降低。傳(chuan)回(hui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)照片(pian)顯示類似月球(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)隕石坑(keng)地(di)貌（在(zai)(zai)后來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)任(ren)務(wu)中發現(xian)這(zhe)在(zai)(zai)火星(xing)上(shang)(shang)并不(bu)是典型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，而只是存在(zai)(zai)于水(shui)(shui)手4號(hao)拍攝到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)古老地(di)區）。此(ci)次任(ren)務(wu)中估(gu)計(ji)(ji)表面(mian)大氣(qi)壓為(wei)4.1至7.0毫巴（410～700帕(pa)斯卡），白天氣(qi)溫攝氏-100度(du)，沒有(you)(you)(you)偵(zhen)測(ce)到磁場(chang)。隕石坑(keng)與薄大氣(qi)層顯示出一個相當(dang)不(bu)活躍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)行星(xing)暴(bao)露在(zai)(zai)嚴峻的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)太(tai)空中，使在(zai)(zai)火星(xing)上(shang)(shang)找尋智(zhi)慧生(sheng)物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)希望基(ji)本(ben)上(shang)(shang)破滅。火星(xing)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)命(ming)曾(ceng)經是幾世(shi)紀以(yi)(yi)(yi)來(lai)(lai)科幻小(xiao)說(shuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)題，但在(zai)(zai)水(shui)(shui)手4號(hao)任(ren)務(wu)后，一般認為(wei)如果火星(xing)上(shang)(shang)有(you)(you)(you)生(sheng)命(ming)，它大概會(hui)以(yi)(yi)(yi)更小(xiao)、更簡單的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形式存在(zai)(zai)。水(shui)(shui)手4號(hao)導致了(le)科幻小(xiao)說(shuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)(gai)變，從(cong)原本(ben)描述(shu)(shu)有(you)(you)(you)智(zhi)慧的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)外(wai)星(xing)人居住在(zai)(zai)太(tai)陽系(xi)其它行星(xing)上(shang)(shang)，到后來(lai)(lai)改(gai)(gai)為(wei)描述(shu)(shu)他們(men)居住在(zai)(zai)其它恒星(xing)系(xi)統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)行星(xing)上(shang)(shang)。太(tai)空船成功地(di)執(zhi)行了(le)所有(you)(you)(you)規劃的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活動(dong)，并且(qie)回(hui)傳(chuan)了(le)有(you)(you)(you)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)資料從(cong)發射至1965年10月1日(ri)(ri)，當(dang)時距離(li)(li)地(di)球(qiu)309.2百萬公(gong)里而天線方向使訊號(hao)取得暫(zan)時停止。資料獲取（Data acquisition）從(cong)1967年底回(hui)復。宇宙塵埃偵(zhen)測(ce)器(qi)在(zai)(zai)9月15日(ri)(ri)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)15分鐘內記錄了(le)17次，這(zhe)一場(chang)明顯的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)隕石雨(yu)暫(zan)時地(di)改(gai)(gai)變了(le)太(tai)空船姿(zi)勢而且(qie)很有(you)(you)(you)可能稍微(wei)損害了(le)溫度(du)防護罩。后來(lai)(lai)推測(ce)太(tai)空船曾(ceng)近距離(li)(li)飛越（估(gu)計(ji)(ji)20Gm）了(le)粉碎的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)慧星(xing)或(huo)它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)殘骸。12月7日(ri)(ri)，姿(zi)勢控制系(xi)統里的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)體已經用完了(le)，接下來(lai)(lai)12月10日(ri)(ri)及11日(ri)(ri)發生(sheng)了(le)83次有(you)(you)(you)記錄的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)隕石撞擊，造成高度(du)擾(rao)動(dong)及訊號(hao)強度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)降低。1967年12月21日(ri)(ri)，與水(shui)(shui)手4號(hao)失(shi)去(qu)連絡(luo)。