水手4號(Mariner 4)是美國發射(she)的一(yi)系列以(yi)飛越(yue)方式進行的星際探險中的第(di)(di)4個(ge)火星探測(ce)器(qi),并且是第(di)(di)一(yi)個(ge)成功飛越(yue)火星的太空船。它在(zai)1964年11月(yue)28日(ri)發射(she)。它回傳(chuan)了(le)(le)第(di)(di)一(yi)張(zhang)火星表面的照(zhao)片,并且是第(di)(di)一(yi)張(zhang)從除了(le)(le)地(di)球以(yi)外另外一(yi)個(ge)行星上(shang)拍的照(zhao)片。同時,這(zhe)張(zhang)充滿了(le)(le)隕(yun)石坑、死寂世(shi)界(jie)的照(zhao)片,震驚了(le)(le)科學界(jie)。
水(shui)手4號(hao)是由美(mei)國宇航(hang)局設(she)計制(zhi)造的(de)(de)第2個火星探測器,它(ta)是在美(mei)國與(yu)蘇聯的(de)(de)冷戰對抗時(shi)期誕(dan)生的(de)(de)產物,于1964年(nian)11月(yue)28日發(fa)(fa)射。1964年(nian)美(mei)國發(fa)(fa)射了(le)“水(shui)手4號(hao)”火星探測器,從(cong)距離火星1萬(wan)公里處拍攝了(le)21幅照(zhao)片,成(cheng)(cheng)為(wei)人(ren)類第一個成(cheng)(cheng)功(gong)到達火星的(de)(de)無人(ren)宇宙飛船(chuan)。“水(shui)手4號(hao)”總花費(fei)約為(wei)8230萬(wan)美(mei)元。整個系列的(de)(de)水(shui)手號(hao)太空(kong)船(chuan)(從(cong)水(shui)手1號(hao)至(zhi)水(shui)手10號(hao))的(de)(de)總研究、開(kai)發(fa)(fa)、發(fa)(fa)射及支援(yuan)花費(fei)接近5.54億(yi)美(mei)元。
水手4號的(de)設計,為執行近距離火星科學觀測,并(bing)將(jiang)結果傳回地球。其它的(de)任務目標,包(bao)括在(zai)火星附近執行行星際(ji)(ji)的(de)地表及粒子測量,并(bing)提(ti)供行長途(tu)星際(ji)(ji)飛(fei)行的(de)工程(cheng)技術的(de)經驗(yan)及知識。
水手4號(hao)太空船由(you)八角形鎂合(he)金結(jie)構組(zu)成,對角線(xian)長度(du)1270公(gong)厘,高(gao)度(du)457公(gong)厘。上(shang)面(mian)有(you)(you)四個長度(du)為6.88米(mi)(mi)的(de)(de)太陽能面(mian)板,上(shang)方亦置(zhi)有(you)(you)一(yi)直徑1168公(gong)厘的(de)(de)高(gao)增益碟形天(tian)線(xian)(parabolic antenna)。一(yi)個低(di)增益全向(xiang)天(tian)線(xian)(omnidirectional antenna)置(zhi)于(yu)(yu)高(gao)增益天(tian)線(xian)旁(pang)的(de)(de)一(yi)2235公(gong)厘高(gao)天(tian)線(xian)桿。太空船總高(gao)度(du)為2.89米(mi)(mi)。太空船底部的(de)(de)中(zhong)間(jian)有(you)(you)一(yi)個電視相(xiang)機(television camera)置(zhi)于(yu)(yu)掃(sao)描(miao)平臺(tai)(scan platform)上(shang)。八角形框架里容納(na)了電子(zi)器(qi)(qi)材、纜線(xian)、中(zhong)途推(tui)進系統(midcourse propulsion system)、及姿勢控制氣體供應調節器(qi)(qi)。大部份的(de)(de)科學(xue)儀器(qi)(qi)置(zhi)于(yu)(yu)框架的(de)(de)外面(mian)。科學(xue)儀器(qi)(qi),除了電視相(xiang)機之外,還有(you)(you)磁力計、塵埃(ai)偵測器(qi)(qi)、宇宙(zhou)射線(xian)望遠鏡、(trapped radiation detector)、太陽等離(li)子(zi)偵測器(qi)(qi)(solar plasma probe)及離(li)子(zi)室(蓋格計數器(qi)(qi))。
電(dian)力(li)由(you)四個(ge)(ge)170×90厘(li)米(mi)的(de)太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)面(mian)(mian)板(ban)里的(de)28,224個(ge)(ge)太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)池提供,在火(huo)星(xing)(xing)上總共可(ke)提供310瓦(wa)電(dian)力(li)。一(yi)個(ge)(ge)可(ke)充電(dian)的(de)1200瓦(wa)小(xiao)時的(de)銀(yin)─鋅電(dian)池也可(ke)做(zuo)操縱及備份用(yong)。單元推進劑聯(lian)氨用(yong)來推進,借由(you)裝于八角形結構的(de)一(yi)邊上的(de)1個(ge)(ge)4噴射(she)翼片引導(dao)控(kong)制(zhi)222牛(niu)頓馬達。姿勢(shi)控(kong)制(zhi)由(you)置(zhi)于太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)板(ban)底部及3個(ge)(ge)回(hui)轉儀(yi)的(de)12個(ge)(ge)冷氨氣噴嘴提供。太(tai)(tai)陽輻(fu)射(she)壓力(li)翼片(Solar pressure vanes)每(mei)片各有0.65平方米(mi)面(mian)(mian)積,附在太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)板(ban)的(de)尖端。位(wei)置(zhi)資訊由(you)四個(ge)(ge)太(tai)(tai)陽感應器、一(yi)個(ge)(ge)地(di)球感應器、一(yi)個(ge)(ge)火(huo)星(xing)(xing)感應器及一(yi)個(ge)(ge)船底座α(老人星(xing)(xing))提供。
由一個雙S頻7瓦triode cavity amp/10 W TWTA 發(fa)射(she)器及(ji)一個單接受器組(zu)成,可(ke)(ke)由低(di)、高(gao)增益天線以8?或33?位元/秒速度傳(chuan)(chuan)送及(ji)接收資料。資料也可(ke)(ke)儲(chu)存于(yu)一個容量(liang)為5.24 MBits的(de)磁(ci)帶記錄器(tape recorder),稍后再傳(chuan)(chuan)送。所有的(de)動作由一個指令子(zi)系統控(kong)(kong)制(zhi),可(ke)(ke)處理任何29個direct command words或3個quantitative word commands,實(shi)施中途操縱功能。中央處理電腦及(ji)定序器(sequencer)操作已儲(chu)存的(de)時間(jian)序列指令(time-sequence commands),以38.4kHz的(de)同步頻率做(zuo)為時間(jian)參考。溫(wen)度的(de)控(kong)(kong)制(zhi)借(jie)由使用(yong)可(ke)(ke)調(diao)整的(de)天窗、多層隔熱毯(tan)、鋁護罩(zhao)及(ji)表面處理達成。
在(zai)上世紀六七十年代與蘇聯的(de)太空競賽中,美(mei)國在(zai)火星(xing)探(tan)測(ce)方面取得了不俗的(de)成(cheng)績。在(zai)“水(shui)手3號(hao)”遭遇失敗后,1965年發射(she)的(de)“水(shui)手4號(hao)”成(cheng)功地飛掠(lve)了火星(xing),完成(cheng)了人類(lei)使用航天器對火星(xing)進行(xing)(xing)(xing)的(de)首(shou)次探(tan)測(ce)。所(suo)謂飛掠(lve)探(tan)測(ce),是指探(tan)測(ce)器飛行(xing)(xing)(xing)到距離火星(xing)較(jiao)近的(de)地方進行(xing)(xing)(xing)一段(duan)時(shi)間的(de)探(tan)測(ce)后隨(sui)即離開。這樣的(de)探(tan)測(ce)對變軌技術的(de)要求相對較(jiao)低(di),是火星(xing)探(tan)測(ce)的(de)“初級階段(duan)”。
“水手(shou)4號(hao)(hao)”傳(chuan)回了22張火星表面(mian)的(de)照片,使人們(men)觀(guan)察(cha)到了大小不等的(de)環(huan)形山等地貌。同時,“水手(shou)4號(hao)(hao)”發現火星的(de)大氣密度較低,存(cun)(cun)在電離層,沒有較強的(de)內稟磁(ci)(ci)場,因此也(ye)就不存(cun)(cun)在磁(ci)(ci)層中的(de)輻射帶。這(zhe)些發現都與人們(men)之前(qian)設(she)想(xiang)的(de)情況相反。
發(fa)射后(hou),包覆(fu)水(shui)手4號的保護罩被拋(pao)棄(qi)。世(shi)界(jie)標準時間(jian)1964年11月28日 14:27:23,Agena D/Mariner 4從(cong)Atlas D推(tui)進(jin)器分(fen)離。Agenea D的第(di)一次燃(ran)燒從(cong)14:28:14至14:30:38,將太(tai)空(kong)船(chuan)推(tui)到(dao)了地球停泊軌(gui)(gui)道(Earth parking orbit),第(di)二(er)次燃(ran)燒從(cong)15:02:53至15:04:28,將太(tai)空(kong)船(chuan)投(tou)入火星轉移軌(gui)(gui)道(Mars transfer orbit)。水(shui)手4號于15:07:09從(cong)Agena D分(fen)離并開(kai)始巡航(hang)模式(shi)運轉。15:15:00,太(tai)陽能板展開(kai),掃描平(ping)臺拉開(kai),16分(fen)鐘之后(hou)獲捕太(tai)陽(Sun acquisition)。
在(zai)包括一次(ci)1964年12月(yue)(yue)5日(ri)(ri)(ri)的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)途操(cao)縱(midcourse maneuver)在(zai)內的(de)(de)(de)(de)(de)7.5個月(yue)(yue)航程后,太(tai)空船于1965年7月(yue)(yue)14日(ri)(ri)(ri)、7月(yue)(yue)15日(ri)(ri)(ri)飛(fei)越火星(xing)(xing)。7月(yue)(yue)14日(ri)(ri)(ri)15:41:49 UT啟動(dong)(dong)行星(xing)(xing)科學模式(shi)。相(xiang)機序列從7月(yue)(yue)15日(ri)(ri)(ri)00:18:36 UT(7月(yue)(yue)14日(ri)(ri)(ri)美(mei)國(guo)東海岸(an)時間(jian)下(xia)午7:18:49)以交(jiao)替紅綠(lv)濾鏡取得21張照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)及第22張照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)前21行。相(xiang)片(pian)(pian)涵蓋了火星(xing)(xing)地表上斷續的(de)(de)(de)(de)(de)長列,從接(jie)近40°N, 170° E到(dao) 35°S, 200°E,and then across to the terminator at 50° S, 255° E,相(xiang)當于這顆(ke)行星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)1%表面(mian)(mian)。最(zui)接(jie)近火星(xing)(xing)表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)距離為9846公里,當時為1965年7月(yue)(yue)15日(ri)(ri)(ri)01:00:57 UT (7月(yue)(yue)14日(ri)(ri)(ri)美(mei)國(guo)東海岸(an)時間(jian)下(xia)午8:00:57)飛(fei)越期(qi)間(jian)取得的(de)(de)(de)(de)(de)照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)儲存于太(tai)空船上的(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)帶(dai)記錄器中(zhong)。02:19:11 UT,水手4號(hao)通過火星(xing)(xing)背面(mian)(mian),無線電訊(xun)(xun)(xun)息因而消(xiao)失。訊(xun)(xun)(xun)號(hao)于03:13:04 UT太(tai)空船重新出現后,再次(ci)取得。再度啟動(dong)(dong)巡航模式(shi)。訊(xun)(xun)(xun)號(hao)再次(ci)取得后約8.5小時,磁(ci)帶(dai)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)開始傳(chuan)回(hui)地球,并且一直持續至8月(yue)(yue)3日(ri)(ri)(ri)。所(suo)有的(de)(de)(de)(de)(de)照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)都(dou)傳(chuan)送兩次(ci)以確保沒有資料遺失或損(sun)毀。
任務(wu)中(zhong)所(suo)有傳(chuan)回(hui)的(de)(de)(de)資(zi)料共計(ji)5.2 MBits。所(suo)有操作的(de)(de)(de)實(shi)驗都成功(gong),除(chu)了(le)(le)(le)(le)離(li)子室/蓋格計(ji)數器(qi)在(zai)(zai)1965年(nian)2月(yue)壞掉以及(ji)等離(li)子偵測器(qi)因(yin)電阻在(zai)(zai)1964年(nian)12月(yue)6日(ri)壞掉而效能降(jiang)低。傳(chuan)回(hui)的(de)(de)(de)照(zhao)片顯(xian)示類似月(yue)球的(de)(de)(de)隕(yun)(yun)石坑(keng)地(di)(di)(di)貌(在(zai)(zai)后來(lai)的(de)(de)(de)任務(wu)中(zhong)發(fa)現這在(zai)(zai)火(huo)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)(shang)并(bing)不是典型的(de)(de)(de),而只(zhi)是存在(zai)(zai)于水手(shou)4號(hao)(hao)拍攝(she)到的(de)(de)(de)古老地(di)(di)(di)區)。此次任務(wu)中(zhong)估計(ji)表面大(da)氣(qi)壓為4.1至7.0毫巴(410~700帕斯卡),白天(tian)氣(qi)溫攝(she)氏(shi)-100度(du),沒有偵測到磁(ci)場。隕(yun)(yun)石坑(keng)與薄(bo)大(da)氣(qi)層(ceng)顯(xian)示出一個相(xiang)當不活躍的(de)(de)(de)行(xing)(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)暴露在(zai)(zai)嚴峻(jun)的(de)(de)(de)太空中(zhong),使在(zai)(zai)火(huo)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)(shang)找尋智(zhi)慧(hui)(hui)生(sheng)(sheng)物的(de)(de)(de)希望基(ji)本上(shang)(shang)破滅。火(huo)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)命(ming)曾(ceng)(ceng)經是幾世(shi)紀(ji)以來(lai)科幻(huan)小(xiao)說的(de)(de)(de)主題,但在(zai)(zai)水手(shou)4號(hao)(hao)任務(wu)后,一般認為如果火(huo)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)(shang)有生(sheng)(sheng)命(ming),它(ta)大(da)概會以更小(xiao)、更簡單的(de)(de)(de)形式存在(zai)(zai)。水手(shou)4號(hao)(hao)導致了(le)(le)(le)(le)科幻(huan)小(xiao)說的(de)(de)(de)改變,從原本描述(shu)有智(zhi)慧(hui)(hui)的(de)(de)(de)外星(xing)(xing)(xing)(xing)人居(ju)住在(zai)(zai)太陽(yang)系其(qi)它(ta)行(xing)(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)(shang),到后來(lai)改為描述(shu)他們(men)居(ju)住在(zai)(zai)其(qi)它(ta)恒星(xing)(xing)(xing)(xing)系統(tong)的(de)(de)(de)行(xing)(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)(shang)。太空船(chuan)成功(gong)地(di)(di)(di)執行(xing)(xing)了(le)(le)(le)(le)所(suo)有規劃的(de)(de)(de)活動,并(bing)且回(hui)傳(chuan)了(le)(le)(le)(le)有用的(de)(de)(de)資(zi)料從發(fa)射至1965年(nian)10月(yue)1日(ri),當時(shi)距離(li)地(di)(di)(di)球309.2百(bai)萬公里而天(tian)線方向(xiang)使訊(xun)號(hao)(hao)取得暫(zan)時(shi)停止。資(zi)料獲取(Data acquisition)從1967年(nian)底回(hui)復。宇宙塵埃偵測器(qi)在(zai)(zai)9月(yue)15日(ri)的(de)(de)(de)15分(fen)鐘內記(ji)錄(lu)了(le)(le)(le)(le)17次,這一場明顯(xian)的(de)(de)(de)微隕(yun)(yun)石雨暫(zan)時(shi)地(di)(di)(di)改變了(le)(le)(le)(le)太空船(chuan)姿勢而且很有可能稍微損害了(le)(le)(le)(le)溫度(du)防(fang)護罩。后來(lai)推測太空船(chuan)曾(ceng)(ceng)近距離(li)飛越(估計(ji)20Gm)了(le)(le)(le)(le)粉(fen)碎(sui)的(de)(de)(de)慧(hui)(hui)星(xing)(xing)(xing)(xing)或它(ta)的(de)(de)(de)殘骸。12月(yue)7日(ri),姿勢控制系統(tong)里的(de)(de)(de)氣(qi)體(ti)已經用完了(le)(le)(le)(le),接下(xia)來(lai)12月(yue)10日(ri)及(ji)11日(ri)發(fa)生(sheng)(sheng)了(le)(le)(le)(le)83次有記(ji)錄(lu)的(de)(de)(de)微隕(yun)(yun)石撞擊,造成高度(du)擾動及(ji)訊(xun)號(hao)(hao)強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)降(jiang)低。1967年(nian)12月(yue)21日(ri),與水手(shou)4號(hao)(hao)失去連絡(luo)。