Mariner 4
Mariner 4 est la première sonde a avoir transmis des images de Mars prises à faible distance (9846 Km).
Elle a été lancée le 28 novembre 1964. La caméra et les 6 autres instruments scientifiques embarqués avaient pour but l'étude de l'espace interplanétaire entre les orbites terrestres et martiennes et celui proche de Mars. Elle a retransmis 21 images complètes (dont celle-ci) (et 21 lignes de la 22 ème) révélant un paysage aride, parsemé de cratères, recouvert d'un sable couleur de rouille, balayant ainsi les derniers mythes du 19 ème siècle prêtant à Mars une civilisation avancée. Si les "canaux" observés en 1890 par Percival Lowel étaient bien des illusions d'optiques, des traces de lits de rivières semblent exister dans certaines régions de la planète. Des mesures de densité atmosphériques ont aussi été faites.
Comme le montre la photo de Mariner 4, la base de la sonde est un octogone, composé de huit baies électroniques qui forment la structure porteuse. Quatre panneaux solaires déployables fournissent la source principale d'énergie, des batteries rechargeables sont utilisées en complément. Elle dispose d'un système de stabilisation 3 axes utilisant du gaz froid sous pression pour la propulsion et le Soleil et l'étoile Canopus comme référence dans l'espace. Les communications se font dans la bande S (2300 MHz), via une antenne omni-directionnelle à faible gain ou une parabole a haut gain. Les corrections de trajectoires (par modification de l'attitude ou allumage d'un propulseur) sont faites par un séquenceur embarqué. Enfin, la plate-forme qui supporte les instruments scientifiques dispose d'un système de pointage 2 axes. Tout ceci en 261 Kg, la plus grande masse que l'on était alors capable de projeter à une vitesse suffisante pour obtenir une orbite héliocentrique qui passe par Mars. Le programme a été développé, réalisé et testé en 2 ans par le Jet Propulsion Laboratory.
Si les instruments embarqués à bord nous paraissent simpliste 30 ans plus tard, il faut relever la performance de ce programme (le second programme interplanétaire après Mariner 2 vers Vénus). Beaucoup de choses étaient alors inconnues. Quel environnement Mariner 4 allait-il rencontrer ? Le système de communication serait il suffisant pour couvrir une distance trois fois supérieure à celle couverte par Mariner 2. La localisation précise de Mars représentait à elle seule un challenge. Avec un temps aller et retour de 24 minutes, le pilotage en temps réel était impossible et la sonde a du suivre un programme automatique embarqué.
L'aventure à vraiment commencé avec le tire de la sonde jumelle Mariner 3 le 5 Novembre 1964. Hélas, le tir fût un échec, la coiffe de la fusée ne s'étant pas ouverte correctement. Commence alors une course contre la montre pour obtenir un lanceur fiable, la fenêtre de lancement se terminant avec le mois de novembre. Cette course fût gagnée et une fusée Atlas-Agena lança Mariner 4 avec succès. Après une semaine de localisation précise de sa trajectoire, le moteur d'apogée fût mis à feu afin de la placer sur son orbite solaire définitive qui devait la mener vers Mars.
Durant tout le vol, les panneaux solaires orientés en permanence vers le soleil fournirent l'énergie (170 W max.) nécessaire aux communication bi-directionnelles avec la Terre et aux instruments scientifiques.
Entre février et mars 1965, Mariner 4 détectàt les effets de 5 éruptions solaires qui eurent comme effet un accroissement du vent solaire et des particules en provenance du Soleil (mis en évidence par le magnétomètre à hélium et le télescope à rayon cosmique). Le détecteur de poussière cosmique enregistra plus de 200 micro météorites pendant le vol vers Mars.
Sept mois et demi après son départ de la terre, le programme d'observation changea pour se focaliser sur Mars maintenant proche. La caméra fût pointée sur la planète, et l'enregistrement des 21 images dura 26 minutes. Après cette phase, le signal radio de la sonde fût coupé par Mars pendant près d'une heure. La mesure précise de l'affaiblissement des ondes a donné aux scientifiques une estimation des pressions de l'ionosphère et de l'atmosphère Martienne : entre 4 et 7 millibars. Le jour suivant, et pendant une semaine complète Mariner 4 envoya ses clichés ver la Terre. Un nouvel outil photographique fût utilisé : l'ordinateur. Les premières techniques de traitement numériques des images développées pour les photos lunaires furent utilisées pour éliminer le "bruit" et améliorer le contraste. Les scientifiques découvrirent que la surface de Mars ressemblait à celle de la la Lune. De petits cratères bordaient les plus grands et les scientifiques en déduisirent que la topographie de Mars était très ancienne et n'avait que très peu évolué en comparaison avec celle de la Terre.
Ni montagnes, ni vallées ni canaux n'étaient visibles. La première image était celle du bord de Mars, tandis que les dernières, plus sombres montraient la nuit Martienne. Aucun champ magnétique ni ceinture de radiation ne furent découverts aux abord de Mars.
Après son survol de Mars, la sonde a continué son orbite autour du soleil. Des données furent reçues jusqu'en octobre 1965 où la distance de la sonde à la Terre et l'orientation des orbites devinrent défavorable. En 1967, son orbite héliocentrique l'a ramenée à proximité de la Terre (45 millions de Km). Quasiment a court de carburant nécessaire pour l'orientation des panneaux solaires, donc à court d'énergie, les ingénieurs ont alors procédé à une série de tests et de télémesures destinées à parfaire leurs connaissances des technologies nécessaires aux voyages interplanétaires. Le dernier contact a eu lieu le 20 décembre 1967, presque trois ans après son départ.
Cliché historique ! Voici la première image renvoyée par Mariner 4 de la surface de la planète rouge ! Cette image, obtenue à une distance de 16 900 km, est centrée à 35º N et 187º W. Elle montre la région de Trivium Charontis et Propontus II Phelgra sur le limbe de la planète. La qualité de l'image brute était vraiment médiocre, mais celle ci s'est considérablement améliorée après divers traitements informatiques (amélioration du contraste, suppression des lignes horizontales). Il aura fallu plus de 8 heures de communications non interrompues avec la Terre pour transmettre cette image à un débit de 8,33 bps (et plus d'une semaine pour transmettre les 22 images obtenues pendant la mission). Cette lenteur de transmission, ainsi que la qualité des images (en comparaison de celles que l'on reçoit aujourd'hui), peut prêter à sourire. Il n'empêche que les images de Mariner 4 sont émouvantes, car ce sont les premiers clichés jamais pris d'une autre planète par une sonde spatiale. Leur intérêt historique est considérable.
Données
Masse: 261 Kg dont 27 Kg d'instruments scientifiques
Développement: NASA-JPL
Date de lancement: e 28 novembre 1964
Lieu de lancement: Cap Kennedy
Lanceur: Atlas/Agena
Instruments scientifiques : Caméra de télévision, sonde à plasma solaire, chambre d'ionisation, détecteur de radiations, magnétomètre à hélium, télescope à rayons cosmiques, détecteur de poussières cosmiques