Mariner 4

Mariner 4
	; Modell der Mariner-4-Sonde
NSSDC ID	1964-077A
Missionsziel	Vorbeiflug am Mars
Betreiber	NASA
Hersteller	Jet Propulsion Laboratory
Trägerrakete	Atlas-Agena-D
Startmasse	260,8 kg
Verlauf der Mission
Startdatum	28. November 1964
Startrampe	LC-12, Cape Canaveral AFS
Enddatum	31. Dezember 1967

Mariner 4 war eine US-amerikanische Raumsonde des Mariner-Programms. Sie flog am 15. Juli 1965 am Mars vorbei und übermittelte als erste Raumsonde überhaupt Bilder von einem anderen Planeten zur Erde. Zudem untersuchte sie den interplanetaren Raum.

Entwicklung

Ursprünglich wollte die NASA im Startfenster 1964 eine rund 500 kg schwere Raumsonde zum Mars schicken. Da sich aber die Entwicklung der dafür benötigten Centaur-Oberstufe verzögerte, begann man im Juni 1962 mit ersten Planungen für eine kleinere Raumsonde, die mit der bereits erprobten Agena-Oberstufe gestartet werden könnte.

Im November 1962 wurde dieses Projekt als Mariner Mars 1964 offiziell genehmigt, und das Jet Propulsion Laboratory begann mit der Entwicklung der Raumsonde. Ein großer Teil des Teams hatte zuvor an der Mariner-2-Mission zur Venus gearbeitet.

Am 5. November 1964 startete Mariner 3, eine baugleiche Schwestersonde. Allerdings löste sich die Kunststoff-Nutzlastverkleidung der Agena-Stufe nicht, sodass die Raumsonde nicht in Betrieb genommen werden konnte. Eine neue Verkleidung aus Metall musste innerhalb von drei Wochen entwickelt werden, um das Startfenster für Mariner 4 nicht zu verpassen.^[1]

Aufbau

Der Hauptkörper der Sonde war achteckig mit einem Durchmesser von 140 cm. Am oberen Ende befanden sich unter anderem die Radioantennen; seitlich waren vier Solarpaneele mit jeweils 181 cm Länge befestigt.

Start von Mariner 4 auf einer Atlas-Agena-Rakete

Kommunikationssystem

Die Hauptantenne von Mariner 4 war eine Rundstrahlantenne mit 223 cm Länge und 10 cm Durchmesser. Für die Datenübertragung während und nach dem Vorbeiflug am Mars verfügte die Sonde über eine fest montierte Parabolantenne. Ihre elliptische Form und genaue Ausrichtung ermöglichten es auch Wochen nach dem Vorbeiflug, Daten zur Erde zu übertragen, ohne dass sich die Sonde dafür drehen musste. Die Datenrate betrug nur 8,33 bit pro Sekunde, weshalb die Übertragung eines einzelnen Bildes etwa 10 Stunden dauerte.

Antrieb und Lageregelung

Für Kurskorrekturen verfügte Mariner 4 über ein Hydrazin-Einkomponententreibstoff-Triebwerk mit etwa 25 N Schub und genug Treibstoff für ein Delta v von 80 m/s. Die Schubrichtung konnte mit Strahlrudern korrigiert werden.

Das Navigationssystem bestand aus zwei Sonnensensoren, einem Erdsensor und (erstmals bei einer Raumsonde) einem Sternsensor, der den Stern Canopus verwendete. Zur Lageregelung diente ein System von Stickstoff-Kaltgastriebwerken, deren Düsen sich an den Enden der Solarpanele befanden und die sich aus einem zentralen Drucktank mit 1,1 kg Stickstoff speisten. Zudem waren an den Enden der Solarpaneele erstmals Leitbleche angebracht, die die Ausrichtung der Sonde durch den Strahlungsdruck der Sonne passiv stabilisieren sollten.^[1]

Wissenschaftliche Instrumente

TV-Kamerasystem

Das Kamerasystem bestand aus einer elektronischen Kamera und einem kleinen Cassegrain-Teleskop mit 30 cm Brennweite. Mit einem Gesichtsfeld von 1,05° × 1,05° war es für Detailaufnahmen ausgelegt. Die analogen Bilddaten wurden in Echtzeit digitalisiert und auf einem Magnetband mit 5 MBit Kapazität gespeichert, was die Zahl der Aufnahmen auf etwa 20 begrenzte.^[1]

Detektoren

Mariner 4 führte sechs weitere wissenschaftliche Instrumente mit sich, um ein mögliches Magnetfeld um den Mars nachzuweisen und die Bedingungen im interplanetaren Raum zu untersuchen:

Strahlungsdetektor für Elektronen im 40-keV-Bereich. Ziel war der Nachweis eines Strahlungsgürtels um den Mars (analog zum Van-Allen-Gürtel um die Erde)
Detektor für interplanetaren Staub zur Messung der Häufigkeit von Staubpartikeln verschiedener Massen im interplanetaren Raum
Ionisierungskammer mit Zählrohr zur Messung von ionisierender Strahlung im interplanetaren Raum (z. B. durch Sonnenwind) und zum Nachweis eines möglichen Strahlungsgürtels um den Mars
Detektor für kosmische Strahlung, der Protonen und Alphastrahlung mit bis zu 180 MeV nachweisen konnte und untersuchen sollte, wie sich Intensität und Zusammensetzung der kosmischen Strahlung bei größerem Abstand zur Sonne verändert
Helium-Magnetometer zur direkten Messung eines möglichen Mars-Magnetfelds und zur Untersuchung des interplanetaren Magnetfelds
Sonnenwind-Messgerät zur Messung des Flusses an positiv geladenen Ionen verschiedener Energien

Okkultations-Experiment

Die Bahn von Mariner 4 wurde so gewählt, dass die Sonde aus Sicht der Erde wenige Stunden nach dem Vorbeiflug kurz hinter dem Mars verschwand. Unmittelbar vor dem Kontaktverlust mussten die Radiosignale der Sonde auf dem Weg zur Erde die Marsatmosphäre durchqueren. Aus der dabei gemessenen Phasenverschiebung ließen sich Dichte und Ausdehnung der Atmosphäre sowie das Vorhandensein einer Ionosphäre ermitteln.^[2]

Missionsverlauf

Mariner 4 startete am 28. November 1964 um 14:22 Uhr UTC. Nach acht Minuten erreichte sie den Erdorbit, und nach weiter 32 Minuten zündete die Agena-Oberstufe und brachte die Sonde auf ihre Transferbahn zum Mars. Eine Kurskorrektur am 5. Dezember passte die Flugbahn an, damit Mariner 4 im geplanten Abstand am Mars vorbeifliegen könnte. Der Sonnenwind-Detektor lieferte wegen eines technischen Fehlers deutlich schlechtere Daten als erwartet, und ein Teil der Ionisierungskammer versagte im Februar 1965, aber die anderen Instrumente blieben während des Fluges unbeschädigt.^[3]

Am 15. Juli 1965 um 1:00 Uhr UTC erreichte Mariner 4 mit 9846 km ihren geringsten Abstand zum Mars. Etwa 40 Minuten vorher begann das TV-Kamerasystem mit seinen Aufnahmen. Etwa 75 Minuten nach dem engsten Vorbeiflug verschwand Mariner 4 aus Sicht der Erde kurz hinter dem Mars, und das Okkultationsexperiment wurde durchgeführt.^[4]

Einige Stunden später begann Mariner 4 mit der Übertragung der 21 aufgenommenen Bilder. Jedes Bild wurde zweimal übertragen, um Fehler zu minimieren. Wegen der geringen Datenrate dauerte dieser Prozess fast drei Wochen.^[3] Als die ersten Bilddaten eintrafen, zerschnitten die Ingenieure den Papierstreifen mit den digitalen Helligkeitsdaten, kolorierten ihn per Hand und legten ihn zurecht, um möglichst schnell ein Bild vom Mars zu erhalten.^[5]

Am 1. Oktober 1965 verlor die NASA den Kontakt zu Mariner 4; zu diesem Zeitpunkt war die Sonde rund 309 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Im Oktober 1967 wurde die Sonde für einige Monate wieder reaktiviert, um Lageregelungs-Tests für die technisch sehr ähnliche Venussonde Mariner 5 durchzuführen.^[4]

Einzelnachweise

↑ ^a ^b ^c Mariner Mars 1964 Project Report: Mission and Spacecraft Development. Band 1. Jet Propulsion Laboratory, 1. März 1965.
↑ Mariner Mars 1964 Project Report: Scientific Experiments. Jet Propulsion Laboratory, 15. Juli 1968.
↑ ^a ^b Mark Wade: Mariner 3-4. In: Encyclopedia Astronautica. Abgerufen am 12. Januar 2026 (englisch).
↑ ^a ^b Asif Siddiqi: Beyond Earth: A Chronicle of Deep Space Exploration, 1958-2016. Hrsg.: NASA History Office. 2019, S. 42 f.
↑ John Uri: 55 Years Ago: Mariner 4 First to Explore Mars. In: nasa.gov. 14. Juli 2020, abgerufen am 12. Januar 2026 (englisch).

[:0-1] Mariner Mars 1964 Project Report: Mission and Spacecraft Development. Band 1. Jet Propulsion Laboratory, 1. März 1965.

[2] Mariner Mars 1964 Project Report: Scientific Experiments. Jet Propulsion Laboratory, 15. Juli 1968.

[:1-3] Mark Wade: Mariner 3-4. In: Encyclopedia Astronautica. Abgerufen am 12. Januar 2026 (englisch).

[:2-4] Asif Siddiqi: Beyond Earth: A Chronicle of Deep Space Exploration, 1958-2016. Hrsg.: NASA History Office. 2019, S. 42 f.

[5] John Uri: 55 Years Ago: Mariner 4 First to Explore Mars. In: nasa.gov. 14. Juli 2020, abgerufen am 12. Januar 2026 (englisch).

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