Mariner 2, ou Mariner-Venus 1962, ou parfois Mariner R-2, est une sonde spatiale de la NASA ayant survolé la planète Vénus. Elle est la première à réussir sa mission dans le programme Mariner. Mariner 1, dont elle est la copie, est détruite au lancement un mois auparavant. Elle est également la première sonde à survoler avec succès une autre planète, la sonde soviétique Venera 1 lancée en 1961 étant devenue muette peu après son lancement. La NASA choisit de mettre à l'écart la troisième sonde spatiale de la série (Mariner R-3) prévue pour la période de lancement de 1964.
Contexte : le programme Mariner
Peu après la création de l'agence spatiale américaine, la NASA, le , le laboratoire de recherche californien du Jet Propulsion Laboratory (JPL) qui développe jusque là des missiles balistiques rejoint la NASA en . Le JPL se spécialise dans la réalisation des missions robotiques d'exploration du Système solaire. Dès le départ, les dirigeants du JPL souhaitent lancer des missions vers les planètes inférieures (Mars, Vénus) mais pour répondre aux attentes de la NASA, il prend en charge deux programmes d'exploration de la Lune : le programme Ranger et le programme Surveyor. La NASA lance au début de 1961 le programme Mariner dont l'objectif est l'exploration des planètes inférieures. Il s'agit de développer des véhicules spatiaux beaucoup plus complexes que les précédents avec une masse atteignant environ 500 kilogrammes. Pour les placer en orbite, le JPL commence à développer un étage supérieur pour un lanceur, baptisé Vega. Mais la NASA, quelques mois après avoir donné son feu vert à ces travaux, décide en 1959 de revenir sur sa décision, car elle décide d'utiliser les deux étages supérieurs que l'United States Air Force développe de son côté : le premier est l'étage Agena qui vient tout juste d'effectuer son premier vol, le second est l'étage Centaur, dont le premier vol est prévu en 1962. Les ingénieurs du JPL décident de développer une première sonde spatiale , qui doit survoler la planète Vénus en 1962 et une sonde spatiale plus complexe, , qui doit effectuer le premier survol de Mars en 1964. Ces sondes utilisent, pour la première fois depuis le début de l'ère spatiale, une combinaison d'ergols très performante hydrogène liquide/oxygène liquide, qui doit permettre de lancer les sondes spatiales Mariner. Mais la mise au point de l'étage Centaur s'avère difficile et au cours de l'été 1961, l'USAF annonce que la date de son premier vol est repoussé et que l'étage ne sera de toute façon pas prêt pour la fenêtre de lancement de 1962. Pour la première mission Mariner, le JPL est contraint d'utiliser l'étage Agena, beaucoup moins puissant. Le projet de la sonde est annulé et remplacé par une version hybride de la sonde Mariner originale et des sondes lunaires Ranger du (d'où la dénomination « »), qui doit être lancée par un lanceur Atlas-D avec un second étage Agena allégé. Les objectifs de la mission s'en trouvent diminués..
Développement de la sonde
En une semaine, la conception de la sonde spatiale est complètement revue pour pouvoir réduire sa masse des deux tiers. L'équipe de projet dispose de moins de un an pour mettre au point la sonde spatiale. Celle-ci doit être stabilisée sur trois axes - une première pour une sonde spatiale - pour qu'une correction de trajectoire puisse être effectuée au cours de son transit vers Vénus et qu'elle puisse survoler suffisamment près la planète pour collecter des données scientifiques significatives. Les responsables du projet décident de construire deux sondes spatiales jumelles ( et ) ainsi qu'un exemplaire pour pièces de rechange et après le lancement pour permettre de reconstituer des comportements anormaux constatés en cours de mission.
À l'époque, le JPL emploie environ personnes. Ces personnes travaillent souvent en parallèle sur plusieurs projets. Environ 250 employés du JPL travaillent sur le projet ainsi que 34 sous-traitants et près de de pièces détachées. Le coût de développement de et s'élève à de dollars américains, une somme importante pour l'époque mais qui sera largement dépassée par les projets suivants.
La mission doit répondre à d'importantes attentes scientifiques. La première concerne la planète Vénus. Dans les années 1950, l'hypothèse d'une planète Vénus plus chaude que la Terre mais habitable est considérée comme la plus probable. Mais des mesures effectuées à l'aide d'instruments terrestres à la fin des années 1950 semblent indiquer que l'atmosphère est dépourvue d'oxygène et de vapeur d'eau et que la température s'élève à plusieurs centaines de degrés Celsius. La deuxième interrogation concerne l'existence du vent solaire (un flux de particules (protons, …) émis par le Soleil) imaginé par Eugene Parker un astrophysicien de Caltech. Initialement, la sonde spatiale de ne peut emporter que d'instrumentation mais ce poids est finalement porté à . La sonde spatiale emporte un instrument qui doit confirmer la présence du vent solaire, un radiomètre infrarouge, un instrument de mesure des particules à haute énergie, un détecteur de poussières cosmiques, un instrument destiné à mesurer les ceintures de radiation, un magnétomètre et un radiomètre micro-onde destiné à confirmer la température relevée depuis la Terre. À la suite de débats, il est décidé de n'emporter aucune caméra car aucun objectif scientifique ne peut lui être associée. Plusieurs de ces instruments sont développés directement par des membres du JPL et la NASA ne parvient pas à s'y opposer compte tenu du peu de temps disponible pour leur mise au point.
Caractéristiques techniques vignette|upright=1.5|Le diagramme des sondes et . La sonde est constituée d'une plate-forme hexagonale en aluminium et magnésium de de diamètre par 36 cm de hauteur, sur laquelle sont fixés les panneaux solaires, l'antenne et un mât d'instruments. Les faces du châssis hexagonal sont des compartiments abritant les équipements électroniques.
Le système d'alimentation de Mariner 1 est constitué des deux ailes de plus de 10 000 cellules photovoltaïques, l'une de 183 cm sur 76 cm et l'autre de 152 cm sur 76 cm (avec une extension en dacron de 31 cm (une voile solaire) servant à équilibrer la pression de rayonnement sur les panneaux solaires), qui alimentent la sonde spatiale directement ou rechargée avec un accumulateur argent-zinc à cellules d'argent de , qui doit être utilisée avant le déploiement des panneaux solaires, lorsque les panneaux ne sont pas éclairés par le Soleil et que la charge demandée est lourde (commandes pyrotechniques)).. Un dispositif de commutation de puissance et de régulateur de surpression contrôle le flux de puissance. Les panneaux solaires lui confèrent une envergure totale de .
Les précédentes sondes spatiales américaines naviguaient en attitude libre (telles celles du programme Vanguard pour des missions à courte distance) ou stabilisées par rotation (Pioneer 4). Certains besoins essentiels de la mission, tels que la communication directionnelle (économie de puissance et donc de panneaux solaires), la correction de trajectoire et la nature des observations scientifiques, imposent de doter la sonde d'un contrôle d'attitude stable..
Ce contrôle d'attitude est réalisé par dix jets d'azote froid. Il est asservi en tangage et lacet par un pointeur solaire maintenant la sonde face au Soleil. Un pointeur vers la Terre monté sur l'antenne parabolique ajuste le roulis.
L'autre innovation astronautique majeure est la capacité de manœuvres de correction de trajectoire. Afin d'ajuster la distance et la date du survol de la planète Vénus (la sonde doit alors être visible depuis la station de communications de Goldstone, en Californie), un moteur permet de corriger à mi-parcours l'imprécision de l'injection. Monté dans l'axe de roulis sur la face opposée au mât, ce propulseur à monergol d'hydrazine anhydre de de poussée et de d'impulsion spécifique a une capacité de correction de . Le fonctionnement étant commandé par des valves pyrotechniques, la sonde ne peut effectuer qu'une seule manœuvre au cours de la mission.
Les systèmes de communication sont composés de trois sortes d'antennes. Une antenne omnidirectionnelle montée au sommet du mât sert dans les phases où la sonde n'est pas correctement orientée (lancement et manœuvre). Une antenne parabolique de montée sur un bras articulé à la base de l'hexagone assure une meilleure qualité des communications à grande distance quand la Terre est correctement alignée. L'articulation est incrémentée périodiquement ou par télécommande. Les communications sont transmises à 33 bit/s (après le lancement) ou 8 bit/s (à partir du deuxième jour de mission). Une petite antenne sur chaque face d'un des panneaux solaires sert à la réception de télécommandes à . La sonde ne disposant pas d'enregistreur, elle doit commuter continuellement entre la télémétrie et les données scientifiques, sauf pendant le survol de Vénus où les communications sont entièrement dévolues aux observations scientifiques.
La température est maîtrisée par des isolations thermiques, par l'émissivité des diverses surfaces et, sur une des faces du châssis, régulée par une persienne mobile commandée par un bilame.
La sonde est stérilisée afin de limiter le risque de contamination en cas de collision avec l'objectif. Cette précaution n'est pas jugée importante pour une mission vers la planète Vénus, mais elle doit devenir indispensable pour les missions vers la planète Mars ultérieures. La stérilisation est opérée dans la seule optique de développer cette technique encore neuve..
Instruments scientifiques La sonde spatiale Mariner 2 est équipé d'une instrumentation identique à celui de son prédécesseur la sonde spatiale Mariner 1. La masse initialement allouée aux instruments est de . Elle est finalement de sur un total de . La sonde doit opérer dans une température croissante et d'ampleur alors mal connue. Les instruments doivent donc être robustes mais aussi pouvoir se « réétalonner » périodiquement selon leur sensibilité à la température. Les deux radiomètres ne sont utilisés qu'au voisinage de la planète Vénus, les autres servent pendant toute la mission.
La liste suivante des instruments est donnée dans l'ordre de priorité des objectifs scientifiques. La sonde spatiale a huit instruments :
Radiomètre micro-onde Le radiomètre micro-onde (Microwave Radiometer) est un instrument monté sur la base hexagonale de la sonde, et permet d’obtenir des données sur le rayonnement de la planète Vénus. L'étalonnage de l'instrument s'effectue automatiquement pendant le vol. La différence d'intensité du signal entre l'espace et Vénus donne l'amplitude réelle du rayonnement de la planète. Ce détecteur est constitué d'une antenne parabolique striée de de diamètre. Les stries évitent qu'elle ne focalise accidentellement le rayonnement visible ou infrarouge du Soleil sur son foyer, leur taille permet néanmoins la focalisation des micro-ondes. Au foyer, un diplexeur envoie le signal dans deux guides d'ondes menant vers deux chaînes de mesure dans les bandes 19 et . La bande de est capable de pénétrer en profondeur dans l'atmosphère et presque d'atteindre la surface de Vénus. La bande de est une des raies d'absorption de la vapeur d'eau, dont on peut ainsi détecter la présence. Dans la version Mariner A, cet instrument doit fonctionner sur 4 canaux et observer les radiations à 8 et pour discriminer l'influence de la vapeur d'eau dans le spectre observé.