Маринер-10

Маринер-10 — это американская автоматическая межпланетная станция (АМС), запущенная НАСА 3 ноября 1973 года с мыса Канаверал. Аппарат стал первым в истории космическим зондом, совершившим гравитационный манёвр с использованием притяжения одной планеты (Венеры) для достижения другой (Меркурия), и первым, кто передал на Землю снимки Меркурия с близкого расстояния. Миссия «Маринер-10» была частью программы «Маринер» и предназначалась для исследования двух планет земной группы — Венеры и Меркурия — с пролётной траектории.

История создания и запуска

Программа «Маринер» разрабатывалась Лабораторией реактивного движения (JPL) при Калифорнийском технологическом институте по заказу НАСА. К началу 1970-х годов были успешно выполнены миссии к Венере («Маринер-2»), Марсу («Маринер-4», «Маринер-6», «Маринер-7»), а также к Венере и Меркурию («Маринер-9»). Однако «Маринер-10» стал первым аппаратом, нацеленным на Меркурий.

Проект был утверждён в 1971 году. Основной целью ставилось получение изображений поверхности Меркурия, а также изучение его атмосферы, магнитного поля и взаимодействия с солнечным ветром. В качестве дополнительной цели рассматривалось исследование Венеры, которая должна была служить гравитационной пращой для изменения траектории полёта.

Запуск состоялся 3 ноября 1973 года с помощью ракеты-носителя «Атлас-Центавр» (Atlas-Centaur). После выхода на траекторию к Венере 5 февраля 1974 года аппарат совершил пролёт мимо этой планеты, используя её гравитацию для поворота к Меркурию.

Конструкция и оборудование

«Маринер-10» был построен на базе платформы, использовавшейся для «Маринера-9». Аппарат имел форму восьмигранной призмы высотой около 1,5 метра и шириной около 2,5 метра. Размах солнечных батарей составлял 8,5 метра, общая масса — около 503 кг, из которых 30 кг приходилось на научное оборудование.

Системы управления и энергоснабжения

• Энергоснабжение: две солнечные панели, обеспечивавшие мощность до 500 Вт на орбите Земли и до 200 Вт у Меркурия (из-за удаления от Солнца). Для стабилизации напряжения использовались аккумуляторные батареи.
• Система ориентации: трёхосная стабилизация с помощью гироскопов и датчиков звёзд. Коррекция траектории осуществлялась с помощью 16 небольших двигателей на гидразине.
• Связь: параболическая антенна диаметром 1,4 метра, работавшая в S-диапазоне (2,3 ГГц). Скорость передачи данных составляла от 22,4 кбит/с (у Земли) до 117,6 бит/с (у Меркурия).

Научное оборудование

На борту «Маринера-10» было установлено семь научных приборов:

1. Телевизионная камера (видикон) — для получения изображений поверхности Венеры и Меркурия с разрешением до 100 метров на пиксель. Камера работала в видимом и ультрафиолетовом диапазонах.
2. Ультрафиолетовый спектрометр — для анализа состава верхних слоёв атмосферы Венеры и экзосферы Меркурия.
3. Инфракрасный радиометр — для измерения температуры поверхности и облачного покрова Венеры.
4. Магнитометр — для измерения магнитного поля Венеры и Меркурия. Установлен на выносной штанге длиной 6 метров для снижения влияния аппарата.
5. Детектор плазмы — для изучения солнечного ветра и его взаимодействия с планетами.
6. Детектор заряженных частиц — для регистрации потоков электронов и протонов.
7. Радиолокационный высотомер — для измерения топографии поверхности Венеры.

Ход миссии

Пролёт Венеры (5 февраля 1974 года)

5 февраля 1974 года «Маринер-10» пролетел на расстоянии около 5760 км от поверхности Венеры. В ходе пролёта были получены первые детальные ультрафиолетовые изображения облачного покрова планеты, позволившие выявить структуру атмосферной циркуляции. Также были проведены измерения температуры облаков и состава атмосферы (в основном углекислый газ). Гравитационный манёвр у Венеры изменил скорость аппарата на 4,4 км/с и направил его к Меркурию.

Первый пролёт Меркурия (29 марта 1974 года)

29 марта 1974 года «Маринер-10» пролетел на расстоянии 703 км от поверхности Меркурия. Это был первый в истории космический аппарат, достигший ближайшей к Солнцу планеты. В ходе пролёта были получены первые снимки поверхности Меркурия, на которых были видны кратеры, равнины и уступы. Было обнаружено, что Меркурий обладает магнитным полем (примерно 1% от земного) и очень разреженной экзосферой, состоящей в основном из гелия, водорода, кислорода, натрия и калия. Температура поверхности колебалась от -180 °C ночью до +430 °C днём.

Второй пролёт Меркурия (21 сентября 1974 года)

После первого пролёта аппарат совершил ещё один оборот вокруг Солнца и 21 сентября 1974 года снова пролетел мимо Меркурия, на этот раз на расстоянии 48 000 км. Это позволило получить дополнительные снимки, в том числе западного полушария планеты, и уточнить данные о её магнитном поле.

Третий пролёт Меркурия (16 марта 1975 года)

16 марта 1975 года «Маринер-10» совершил третий и последний пролёт Меркурия на расстоянии 327 км от поверхности. Этот пролёт был наиболее близким и позволил получить снимки с максимальным разрешением. После этого аппарат исчерпал запасы топлива для коррекции орбиты, и связь с ним была потеряна 24 марта 1975 года.

Научные результаты

Миссия «Маринер-10» принесла значительный объём данных, которые изменили представления о Меркурии и Венере.

Исследование Меркурия

• Поверхность: получено около 2700 снимков, покрывающих примерно 45% поверхности Меркурия. Обнаружены кратеры, бассейны (например, бассейн Калорис диаметром 1550 км), уступы (например, уступ Дискавери) и ровные равнины, похожие на лунные моря.
• Магнитное поле: впервые обнаружено собственное магнитное поле Меркурия, хотя и слабое (около 1% от земного). Это свидетельствовало о наличии у планеты жидкого металлического ядра.
• Экзосфера: выявлена разреженная экзосфера, состоящая из атомов, выбитых с поверхности солнечным ветром и микрометеоритами.
• Температура: подтверждены экстремальные перепады температур — от -180 °C до +430 °C.

Исследование Венеры

• Атмосфера: получены ультрафиолетовые изображения, показавшие сложную структуру облачного покрова, включая вихри и полосы. Измерены температуры в верхних слоях атмосферы (около -33 °C).
• Циркуляция: обнаружена суперротация атмосферы — облака движутся в 60 раз быстрее, чем вращается сама планета.
• Состав: подтверждено преобладание углекислого газа, а также обнаружены следы угарного газа, водяного пара и серной кислоты.

Технические достижения

• Гравитационный манёвр: впервые в истории космонавтики использован гравитационный манёвр для изменения траектории полёта к другой планете. Этот метод впоследствии стал стандартным для многих межпланетных миссий.
• Длительность работы: аппарат проработал около 1,5 лет, значительно превысив запланированный срок (около 8 месяцев).

Значение и наследие

«Маринер-10» стал важной вехой в исследовании Солнечной системы. Он доказал возможность использования гравитационных манёвров для достижения удалённых целей и предоставил первые детальные данные о Меркурии. Миссия заложила основу для последующих исследований, в частности для миссии «Мессенджер» (MESSENGER, запущена в 2004 году, прибыла к Меркурию в 2011 году), которая картографировала всю поверхность планеты, и для миссии BepiColombo (запущена в 2018 году, совместный проект Европейского космического агентства и Японского агентства аэрокосмических исследований).

Данные «Маринера-10» продолжают использоваться в научных исследованиях, в том числе для изучения эволюции планет земной группы и процессов, происходящих вблизи Солнца.

Источники

• НАСА. «Mariner 10» (официальная страница миссии).
• Лаборатория реактивного движения (JPL). «Mariner 10 Mission Summary».
• Журнал «Space Science Reviews», том 17, 1975 (статьи по результатам миссии).
• Книга «The New Solar System» (под ред. J. K. Beatty, C. C. Petersen, A. Chaikin), 4-е издание, 1999.
• Статья «Mariner 10: The First Mission to Mercury» в журнале «Sky & Telescope», 1974.