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水手4號（Mariner 4）是(shi)美國發射的(de)一(yi)系列以飛越方式進行的(de)星(xing)際探險中的(de)第4個火星(xing)探測器，并且(qie)是(shi)第一(yi)個成功(gong)飛越火星(xing)的(de)太空船。它在1964年(nian)11月28日(ri)發射。它回傳(chuan)了(le)第一(yi)張火星(xing)表(biao)面的(de)照片(pian)，并且(qie)是(shi)第一(yi)張從(cong)除(chu)了(le)地球以外另外一(yi)個行星(xing)上拍(pai)的(de)照片(pian)。同時，這(zhe)張充滿(man)了(le)隕石坑、死寂世界(jie)(jie)的(de)照片(pian)，震驚了(le)科學(xue)界(jie)(jie)。

簡介

水手(shou)(shou)4號(hao)(hao)(hao)(hao)是由美(mei)國宇航(hang)局設(she)計制(zhi)造的(de)第2個(ge)(ge)火(huo)(huo)星探測器(qi)，它(ta)是在美(mei)國與(yu)蘇聯的(de)冷戰對抗時期誕生的(de)產物，于1964年(nian)11月28日發射(she)。1964年(nian)美(mei)國發射(she)了(le)“水手(shou)(shou)4號(hao)(hao)(hao)(hao)”火(huo)(huo)星探測器(qi)，從(cong)(cong)距離火(huo)(huo)星1萬公(gong)里(li)處拍攝了(le)21幅(fu)照片，成為人(ren)類第一個(ge)(ge)成功(gong)到達火(huo)(huo)星的(de)無人(ren)宇宙(zhou)飛船。“水手(shou)(shou)4號(hao)(hao)(hao)(hao)”總(zong)花費約(yue)為8230萬美(mei)元(yuan)。整(zheng)個(ge)(ge)系列的(de)水手(shou)(shou)號(hao)(hao)(hao)(hao)太(tai)空船（從(cong)(cong)水手(shou)(shou)1號(hao)(hao)(hao)(hao)至水手(shou)(shou)10號(hao)(hao)(hao)(hao)）的(de)總(zong)研究、開(kai)發、發射(she)及支援花費接近5.54億美(mei)元(yuan)。

組成結構

設計

水手4號的(de)(de)設計，為(wei)執行(xing)(xing)近距離火(huo)星(xing)科學觀測，并將(jiang)結果傳回地(di)球。其它的(de)(de)任務目標，包括(kuo)在(zai)火(huo)星(xing)附近執行(xing)(xing)行(xing)(xing)星(xing)際的(de)(de)地(di)表及粒子測量，并提供行(xing)(xing)長途星(xing)際飛(fei)行(xing)(xing)的(de)(de)工程技術的(de)(de)經驗及知識(shi)。

組成

水手4號太(tai)空(kong)船由八角(jiao)形鎂合(he)金(jin)結構組成，對角(jiao)線長(chang)度1270公厘，高度457公厘。上面有四(si)個(ge)長(chang)度為6.88米(mi)的(de)(de)(de)太(tai)陽能面板，上方亦置(zhi)有一直(zhi)徑1168公厘的(de)(de)(de)高增(zeng)益(yi)碟形天線（parabolic antenna）。一個(ge)低增(zeng)益(yi)全向天線（omnidirectional antenna）置(zhi)于高增(zeng)益(yi)天線旁的(de)(de)(de)一2235公厘高天線桿(gan)。太(tai)空(kong)船總高度為2.89米(mi)。太(tai)空(kong)船底部(bu)的(de)(de)(de)中間有一個(ge)電視相(xiang)機（television camera）置(zhi)于掃描平臺（scan platform）上。八角(jiao)形框架里容納了電子(zi)器(qi)材、纜(lan)線、中途推進(jin)系統（midcourse propulsion system）、及姿勢控制氣體供(gong)應調節(jie)器(qi)。大部(bu)份的(de)(de)(de)科學儀器(qi)置(zhi)于框架的(de)(de)(de)外面。科學儀器(qi)，除了電視相(xiang)機之外，還(huan)有磁力計(ji)、塵埃偵測(ce)器(qi)、宇宙射(she)線望遠鏡、（trapped radiation detector）、太(tai)陽等離子(zi)偵測(ce)器(qi)（solar plasma probe）及離子(zi)室(蓋格計(ji)數(shu)器(qi))。

電力

電力由(you)四個170×90厘(li)米的(de)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能面板里的(de)28,224個太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能電池(chi)提供，在火(huo)星(xing)上(shang)總共可(ke)提供310瓦(wa)電力。一(yi)(yi)(yi)個可(ke)充電的(de)1200瓦(wa)小時(shi)的(de)銀─鋅電池(chi)也可(ke)做操縱及(ji)備份用(yong)。單元(yuan)推進劑聯氨(an)用(yong)來推進，借由(you)裝于八角形(xing)結(jie)構的(de)一(yi)(yi)(yi)邊上(shang)的(de)1個4噴射(she)(she)翼片引導(dao)控制222牛頓馬(ma)達。姿勢控制由(you)置于太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能板底部(bu)及(ji)3個回(hui)轉儀(yi)的(de)12個冷(leng)氨(an)氣(qi)噴嘴(zui)提供。太(tai)陽(yang)(yang)(yang)輻射(she)(she)壓力翼片（Solar pressure vanes）每片各有0.65平(ping)方(fang)米面積，附在太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能板的(de)尖(jian)端(duan)。位置資訊由(you)四個太(tai)陽(yang)(yang)(yang)感(gan)應器、一(yi)(yi)(yi)個地球(qiu)感(gan)應器、一(yi)(yi)(yi)個火(huo)星(xing)感(gan)應器及(ji)一(yi)(yi)(yi)個船底座α(老(lao)人星(xing))提供。

通訊裝備

由(you)一個(ge)雙S頻7瓦triode cavity amp/10 W TWTA 發射器(qi)及(ji)一個(ge)單接受器(qi)組成，可(ke)(ke)由(you)低、高(gao)增益天(tian)線以(yi)8?或33?位元/秒速(su)度傳送(song)及(ji)接收資(zi)料。資(zi)料也(ye)可(ke)(ke)儲存于(yu)一個(ge)容量為(wei)5.24 MBits的(de)磁帶記錄器(qi)（tape recorder），稍(shao)后再傳送(song)。所有(you)的(de)動作(zuo)由(you)一個(ge)指(zhi)令子系(xi)統控制(zhi)(zhi)，可(ke)(ke)處理(li)任何29個(ge)direct command words或3個(ge)quantitative word commands，實施中(zhong)(zhong)途操縱功(gong)能。中(zhong)(zhong)央(yang)處理(li)電(dian)腦及(ji)定序器(qi)（sequencer）操作(zuo)已儲存的(de)時間(jian)序列指(zhi)令（time-sequence commands），以(yi)38.4kHz的(de)同步(bu)頻率做為(wei)時間(jian)參(can)考。溫度的(de)控制(zhi)(zhi)借由(you)使用可(ke)(ke)調(diao)整的(de)天(tian)窗、多層隔熱毯、鋁護罩(zhao)及(ji)表面處理(li)達成。

在(zai)上世紀六七十年(nian)代與蘇聯的(de)(de)太空競賽中，美國在(zai)火星(xing)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)方面取(qu)得了(le)不俗的(de)(de)成(cheng)績。在(zai)“水(shui)手3號”遭遇失敗后，1965年(nian)發射的(de)(de)“水(shui)手4號”成(cheng)功地飛(fei)(fei)掠了(le)火星(xing)，完成(cheng)了(le)人類(lei)使用航天器對(dui)火星(xing)進(jin)行(xing)(xing)的(de)(de)首(shou)次探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)。所謂(wei)飛(fei)(fei)掠探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)，是指探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器飛(fei)(fei)行(xing)(xing)到(dao)距離(li)(li)火星(xing)較近(jin)的(de)(de)地方進(jin)行(xing)(xing)一(yi)段時間的(de)(de)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)后隨即離(li)(li)開。這(zhe)樣的(de)(de)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)對(dui)變軌(gui)技術(shu)的(de)(de)要求相對(dui)較低，是火星(xing)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)(de)“初(chu)級階段”。

“水(shui)手4號”傳回了22張火星表面的(de)照片，使人們(men)觀(guan)察到了大(da)小不等的(de)環形(xing)山等地貌。同時，“水(shui)手4號”發(fa)現火星的(de)大(da)氣(qi)密度較(jiao)低(di)，存在(zai)電離層，沒有較(jiao)強(qiang)的(de)內稟磁場，因此也(ye)就不存在(zai)磁層中的(de)輻射帶。這些發(fa)現都與人們(men)之(zhi)前設想(xiang)的(de)情況相反。

發射

發射后，包覆(fu)水(shui)手(shou)4號的(de)保(bao)護罩被(bei)拋棄。世界標準時間1964年11月28日 14:27:23，Agena D/Mariner 4從Atlas D推進器(qi)分(fen)離。Agenea D的(de)第一(yi)次燃燒從14:28:14至(zhi)14:30:38，將(jiang)太(tai)空船(chuan)推到了地(di)球(qiu)停泊軌(gui)道（Earth parking orbit），第二次燃燒從15:02:53至(zhi)15:04:28，將(jiang)太(tai)空船(chuan)投(tou)入火星轉移軌(gui)道（Mars transfer orbit）。水(shui)手(shou)4號于15:07:09從Agena D分(fen)離并開(kai)始巡航(hang)模式運(yun)轉。15:15:00，太(tai)陽能(neng)板展開(kai)，掃描平臺拉開(kai)，16分(fen)鐘之(zhi)后獲(huo)捕太(tai)陽（Sun acquisition）。

在包括一(yi)次1964年(nian)(nian)12月(yue)5日的(de)(de)中途操縱(zong)（midcourse maneuver）在內的(de)(de)7.5個月(yue)航程后，太(tai)空(kong)船(chuan)(chuan)于(yu)(yu)1965年(nian)(nian)7月(yue)14日、7月(yue)15日飛越火星(xing)(xing)。7月(yue)14日15:41:49 UT啟(qi)動(dong)行星(xing)(xing)科學模式。相機序列(lie)從7月(yue)15日00:18:36 UT（7月(yue)14日美(mei)國東(dong)海(hai)岸時(shi)間(jian)下午7:18:49）以交(jiao)替紅綠濾鏡取(qu)(qu)得(de)21張照片及(ji)第22張照片的(de)(de)前21行。相片涵蓋了火星(xing)(xing)地表上斷續的(de)(de)長列(lie)，從接近40°N, 170° E到 35°S, 200°E，and then across to the terminator at 50° S, 255° E，相當于(yu)(yu)這顆行星(xing)(xing)的(de)(de)1%表面(mian)。最接近火星(xing)(xing)表面(mian)的(de)(de)距離為9846公里，當時(shi)為1965年(nian)(nian)7月(yue)15日01:00:57 UT (7月(yue)14日美(mei)國東(dong)海(hai)岸時(shi)間(jian)下午8:00:57)飛越期間(jian)取(qu)(qu)得(de)的(de)(de)照片儲(chu)存于(yu)(yu)太(tai)空(kong)船(chuan)(chuan)上的(de)(de)磁帶(dai)記(ji)錄器中。02:19:11 UT，水(shui)手4號(hao)通(tong)過火星(xing)(xing)背(bei)面(mian)，無線電訊(xun)息因而(er)消失(shi)(shi)。訊(xun)號(hao)于(yu)(yu)03:13:04 UT太(tai)空(kong)船(chuan)(chuan)重新出(chu)現后，再(zai)次取(qu)(qu)得(de)。再(zai)度啟(qi)動(dong)巡航模式。訊(xun)號(hao)再(zai)次取(qu)(qu)得(de)后約(yue)8.5小時(shi)，磁帶(dai)中的(de)(de)照片開始傳回地球(qiu)，并且(qie)一(yi)直持(chi)續至8月(yue)3日。所有的(de)(de)照片都(dou)傳送兩次以確保沒有資(zi)料遺失(shi)(shi)或損(sun)毀(hui)。

科學研究

任(ren)(ren)務(wu)(wu)中(zhong)所(suo)有(you)(you)(you)(you)傳回(hui)的(de)(de)(de)(de)資(zi)料共計(ji)5.2 MBits。所(suo)有(you)(you)(you)(you)操(cao)作的(de)(de)(de)(de)實驗都成功，除了離子室/蓋格計(ji)數器在(zai)(zai)1965年(nian)2月(yue)(yue)(yue)壞掉以(yi)及等離子偵(zhen)測(ce)(ce)器因電(dian)阻在(zai)(zai)1964年(nian)12月(yue)(yue)(yue)6日(ri)壞掉而(er)效能降(jiang)低。傳回(hui)的(de)(de)(de)(de)照片顯(xian)(xian)示(shi)類似月(yue)(yue)(yue)球的(de)(de)(de)(de)隕(yun)石(shi)坑地(di)貌（在(zai)(zai)后來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)任(ren)(ren)務(wu)(wu)中(zhong)發現這(zhe)在(zai)(zai)火(huo)(huo)星(xing)上(shang)并不是(shi)典型的(de)(de)(de)(de)，而(er)只是(shi)存(cun)在(zai)(zai)于水(shui)手(shou)4號拍攝到(dao)的(de)(de)(de)(de)古老地(di)區）。此次任(ren)(ren)務(wu)(wu)中(zhong)估(gu)計(ji)表面大(da)氣壓為(wei)4.1至7.0毫巴（410～700帕斯卡），白(bai)天(tian)氣溫攝氏-100度，沒(mei)有(you)(you)(you)(you)偵(zhen)測(ce)(ce)到(dao)磁場(chang)(chang)。隕(yun)石(shi)坑與(yu)薄大(da)氣層顯(xian)(xian)示(shi)出一(yi)(yi)個(ge)相當不活躍(yue)的(de)(de)(de)(de)行星(xing)暴露(lu)在(zai)(zai)嚴峻(jun)的(de)(de)(de)(de)太(tai)空(kong)(kong)中(zhong)，使(shi)在(zai)(zai)火(huo)(huo)星(xing)上(shang)找(zhao)尋智慧(hui)生(sheng)物的(de)(de)(de)(de)希(xi)望基本上(shang)破(po)滅。火(huo)(huo)星(xing)上(shang)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)命曾(ceng)經是(shi)幾世紀(ji)以(yi)來(lai)(lai)科(ke)幻小(xiao)說(shuo)的(de)(de)(de)(de)主題，但在(zai)(zai)水(shui)手(shou)4號任(ren)(ren)務(wu)(wu)后，一(yi)(yi)般認為(wei)如果火(huo)(huo)星(xing)上(shang)有(you)(you)(you)(you)生(sheng)命，它(ta)大(da)概會以(yi)更(geng)小(xiao)、更(geng)簡單的(de)(de)(de)(de)形(xing)式存(cun)在(zai)(zai)。水(shui)手(shou)4號導致了科(ke)幻小(xiao)說(shuo)的(de)(de)(de)(de)改(gai)變，從原(yuan)本描(miao)述(shu)有(you)(you)(you)(you)智慧(hui)的(de)(de)(de)(de)外星(xing)人居住在(zai)(zai)太(tai)陽(yang)系其它(ta)行星(xing)上(shang)，到(dao)后來(lai)(lai)改(gai)為(wei)描(miao)述(shu)他(ta)們居住在(zai)(zai)其它(ta)恒星(xing)系統的(de)(de)(de)(de)行星(xing)上(shang)。太(tai)空(kong)(kong)船(chuan)成功地(di)執行了所(suo)有(you)(you)(you)(you)規劃的(de)(de)(de)(de)活動(dong)，并且(qie)回(hui)傳了有(you)(you)(you)(you)用的(de)(de)(de)(de)資(zi)料從發射至1965年(nian)10月(yue)(yue)(yue)1日(ri)，當時(shi)距離地(di)球309.2百萬公里(li)而(er)天(tian)線方向使(shi)訊(xun)號取得暫(zan)時(shi)停止。資(zi)料獲取（Data acquisition）從1967年(nian)底回(hui)復。宇(yu)宙塵埃(ai)偵(zhen)測(ce)(ce)器在(zai)(zai)9月(yue)(yue)(yue)15日(ri)的(de)(de)(de)(de)15分鐘內(nei)記(ji)錄了17次，這(zhe)一(yi)(yi)場(chang)(chang)明(ming)顯(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)微(wei)隕(yun)石(shi)雨(yu)暫(zan)時(shi)地(di)改(gai)變了太(tai)空(kong)(kong)船(chuan)姿(zi)勢而(er)且(qie)很有(you)(you)(you)(you)可能稍微(wei)損害了溫度防(fang)護罩。后來(lai)(lai)推測(ce)(ce)太(tai)空(kong)(kong)船(chuan)曾(ceng)近距離飛越（估(gu)計(ji)20Gm）了粉碎的(de)(de)(de)(de)慧(hui)星(xing)或(huo)它(ta)的(de)(de)(de)(de)殘骸。12月(yue)(yue)(yue)7日(ri)，姿(zi)勢控制系統里(li)的(de)(de)(de)(de)氣體已經用完(wan)了，接(jie)下來(lai)(lai)12月(yue)(yue)(yue)10日(ri)及11日(ri)發生(sheng)了83次有(you)(you)(you)(you)記(ji)錄的(de)(de)(de)(de)微(wei)隕(yun)石(shi)撞(zhuang)擊，造成高度擾動(dong)及訊(xun)號強度的(de)(de)(de)(de)降(jiang)低。1967年(nian)12月(yue)(yue)(yue)21日(ri)，與(yu)水(shui)手(shou)4號失去連絡。