© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Гравитационный манёвр

Космический аппарат Маринер-10

Американский космический зонд «Маринер-10», запущенный 3 ноября 1973 года сначала долетел до Венеры, а уже потом — до Меркурия. Первый раз в ответственном космическом проекте была применена техника «гравитационной пращи», или гравитационного манёвра, благодаря которой, гравитационное притяжение, полученное на Венере, было использовано для придания космическому зонду энергии, достаточной для того, чтобы он мог продолжить путешествие к Меркурию. До Венеры зонд долетел в феврале 1974 года, после чего, получив ускорение от венерианского гравитационного поля, направился к Меркурию, впервые выйдя на его орбиту на высоте приблизительно 700 км от экваториальных районов планеты в марте 1974 года. За время выполнения этого задания была детально сфотографирована почти половина поверхности планеты. Затем «Маринер-10» вышел на прямую орбиту вокруг Солнца, чтобы затем вновь вернуться на околомеркурианскую орбиту, что позволило ему ещё дважды близко подлетать к планете в сентябре 1974 года (на высоте 5000 км от Южного полюса) и в марте 1975 года (на высоте около 350 км. над Северным полушарием).

Первейшими научными целями миссии Маринер было изучение физических характеристик Меркурия и Венеры - атмосферы, вида поверхности, массы, гравитации и околопланетной среды́.

Устройство космического корабля. Характеристики. Подсистемы.

Конструкция Маринера-10

Космический аппарат был изготовлен из магниевого сплава. Он имел восьмигранную конструкцию. Имелось восемь электронных отсеков. Размеры аппарата по диагонали составляли 1,39 м., в глубину - 0,457 м. Имелось две солнечных панели, каждая 2,69 м. длиной и 0,97 м. шириной, несущие на себе 5,1 кв. м. площади солнечной батареи. Полностью развернутый космический корабль имел размеры 8,0 м. вдоль солнечных панелей и 3,7 м. от вершины антенны малого усиления до основания щита теплозащиты. Сканирующая платформа с двумя степенями свободы была установлена на противоположной к Солнцу стороне. С одной из сторон восьмиугольника основного тела аппарата выступал шарнирный магнитометр длиной 5,8 м.

Масса аппарата при старте составляла 502,9 кг, из них, 29 кг приходилось на ракетное топливо и газ управления ориентацией. Общая масса бортовых приборов — 79,4 кг. Однокомпонентный гидрази́новый ракетный двигатель располагался ниже сферического топливного бака, который был установлен в центре конструкции. Со́пло высовывалось через щит. Для стабилизации аппарата в пространстве по трем осям имелись два набора из трех пар ортогонально расположенных реактивных газостру́йных патрубка (использовался газ - азот), расположенных на концах солнечных панелей. За контроль и управление отвечал бортовой компьютер с 512 ячейками памяти, управляемый с Земли.

Маринер-10 был оснащен приводимой в движение электродвигателем высо́кочувствительной спутниковой антенной с алюминиевым параболическим отражателем диаметром 1,37 м., установленной на боковой стреле сбоку космического корабля. Всенаправленная антенна низкого усиления была установлена в конце стрелы длиной 2,85 м., со стороны, противоположной солнечной стороне космического корабля.

Питание позволяло космическому кораблю передавать на частотах S-X- диапазонов, максимальная скорость передачи данных составляла 117,6 килобит в секунду. Космический корабль ориентировался в пространстве посредством систем ориентации по звездам (в качестве ориентира выбиралась ярчайшая звезда южного полушария - Кано́пус, датчики располагались снаружи вокруг корпуса) и по солнцу (солнечные датчики располагались на концах панелей солнечных батарей). В верхней и нижней части космического корабля применялась многослойное тепловое защитное покрытие. Защитный щит-зонтик развертывался после запуска, чтобы защитить космический корабль со стороны, ориентированной на солнце. На пяти из восьми отсеков электроники также для терморегулирования были установлены заслонки-жалюзи.

Бортовые приборы космического корабля измерили атмосферные, поверхностные, и физические характеристики Меркурия и Венеры. Эксперименты включали фотографирование телекамерой, измерение магнитного поля, плазмы, инфракрасную радиометри́ю, ультрафиолетовую спектроскопию и радио детектирование. Впервые был применен высокочастотный рентгеновский передатчик X-диапазона.

Видеокамеры Маринера

Маринер-10 был оснащён двумя чёрно-белыми видео камерами типа видико́н, которые воспринимали свет в 256-ти градациях серого и оцифровывали его (на сегодняшний день это очень скромные возможности). Камеры имели восемь светофильтров (в диапазоне от ультрафиолетового - 0,38 микрометров, до оранжевого - 0,58 микрометров длины волны́). Они прекрасно подходили для чёрно-белой съёмки, однако различные дефекты (имеется ввиду отсутствие точне́йшей калибровки чувствительности световосприятия в различных цветовых диапазонах, а также, как выяснилось после старта - выход из строя нагревателей камер, поддерживающих стабильную их температуру) мешали использовать камеры для цветной съемки (т.е. съёмки через светофильтры), а также, что более важно, для точного измерения интенсивности светового потока - камеры различали разницу в интенсивности светового потока 10%. Но всё же благодаря работе этих камер, было получено множество снимков Меркурия и Венеры. Каждый снимок нёс информацию о поверхности планет, сделанные снимки одной и той же местности через различные светофильтры, т.е. в разных диапазонах позволили впоследствии даже получить цветное изображение-модель местности Меркурия в условных цветах. (работа Mark Robinson и Paul Lucey в 1997г, был применён метод комбинирования слоёв изображений с использованием компьютерной обработки).

Особенности полёта «МАРИНЕРА-10»

Миссия Mariner-10 Венера-Меркурий

Маринер-10 был выведен на промежуточную орбиту после запуска в течение приблизительно 25 минут, затем вышел на орбиту вокруг Солнца в направлении к Венере. Защитное покрытие на солнечной стороне не позволило полностью раскрыться электростатическим датчикам и поэтому в полете не удалось осуществить запланированное сканирование электростатического поля и воспользоваться электронным спектрометром. Также выяснилось, что во время старта вышли из строя обогреватели видеокамер, что могло привести к разрушению оптики от чрезвычайно холодных температур космоса. После первого корректирующего манёвра, произведенного спустя 10 дней после старта, корабль потерял ориентацию на звезду Кано́пус. Вскоре автоматическая система наведения возобновила ориентацию корабля, но проблемы с ориентацией повторялись во время полета. Произошла также незапланированная перезагрузка компьютера. Возникали неполадки с антенной связи. В январе 1974 года Маринер наблюдал в ультрафиолетовом диапазоне комету Kohoutek и 21 января с расстояния 48,069 км. была произведена повторная корректировка траектории полета.

5 февраля корабль приблизился к Венере на расстояние 5768 км и передал первые фотографии Венеры на Землю. Аппарат передал около 3 тыс. снимков планеты в видимых и ультрафиолетовых лучах с максимальным разрешением до 90 метров и 18 метров соответственно. Фотографии показали, что атмосфера планеты находится в постоянном движении; была составлена модель атмосферной динамики Венеры. Аппарат также уточнил массу планеты и подтвердил отсутствие у неё магнитного поля.

На пути к Меркурию произошёл второй сбой управления (в системе газовой корректировки). Для восстановления ориентации корабля были предприняты другие методы, среди которых Солнечный манёвр и использование воздействия силы солнечного ветра на площадь солнечных панелей. 29 марта Маринер достиг орбиты Меркурия, приблизившись на расстояние 704 км от его поверхности. Повторное сближение с планетой произошло 21 сентября 1974г на расстоянии 48069 км, третье и последнее — 16 марта 1975г на расстоянии 327 км. (было проведено измерение магнитного поля, сделано около 300 фото) 24 марта 1975 миссия закончилась, т.к. запасы газа, необходимого для управления кораблем, были исчерпаны.