Mariner 4 est la quatrième sonde spatiale du programme Mariner. Elle est lancée par la NASA le pour prendre des photographies de la planète Mars. Elle réalise le premier survol de la planète Mars, envoie les premières images de la surface martienne et de fait, les premières images rapprochées d'une autre planète. Les photos de la surface stérile et parsemée de cratères étonnent la communauté scientifique. Le coût total de la mission Mariner 4 est de 83,2 millions de dollars américains (équivalent a millions de $ actuellement).
Sommaire La NASA approuve deux sondes spatiales pour le projet Mariner 1964 en . L'objectif principal de Mariner 4, baptisé Mariner-D, est de photographier la surface de la planète Mars à l'aide d'une seule caméra de télévision fixée sur une plate-forme pouvant retourner jusqu'à 22 images après un voyage de près de huit mois, lors de son survol et les transmettre à la Terre et pour effectuer des mesures scientifiques.
Mariner 4 est une sonde spatiale utilisée pour l'exploration planétaire en mode survol et représente le premier survol réussi de la planète Mars, envoyant les premières images de la surface martienne. Celles-ci représentent les premières images d'une autre planète envoyées de l'espace lointain. Mariner 4 est conçu pour mener des observations scientifiques de la planète Mars et pour les transmettre à la Terre..
Les autres objectifs de la mission consistent à effectuer des mesures du champ magnétique et des particules du milieu interplanétaire situé à proximité de la planète Mars et de fournir l'expérience et la connaissance en matière d'ingénierie pour les vols interplanétaires de longue durée.
Description du véhicule spatial left|350px|thumb|La configuration de la sonde spatiale Mariner 4. Mariner 4 est un véhicule spatial de 260,8 kg. L'énergie électrique nécessaire à toutes les expériences et à toutes les fonctions est fournie par cellules photovoltaïques montées sur quatre panneaux solaires conçus pour se déployer en vol. Les cellules fournissent 700 W de puissance électrique, qui est convertie en différentes formes pour faire fonctionner la sonde spatiale et recharger l'accumulateur de bord. Lors du survol de la planète Mars, elles produisent 300 W, ce qui représente une marge de sécurité pour la charge utile.
La sonde spatiale Mariner 4 est constituée d'une plate-forme octogonale de de diagonale et de de hauteur. Quatre panneaux solaires de prolongés par des pales solaires de sont fixés au sommet du châssis, conférant au véhicule une envergure de . Une antenne parabolique fixe à haut gain de de diamètre est montée au centre du sommet de la plate-forme tandis qu'une antenne omnidirectionnelle à faible gain est montée à l'extrémité d'un mât de enchâssé au pied de la parabole. La hauteur totale de la sonde spatiale est de . 150px|right|thumb|La caméra de Mariner 4. À la base de la plate-forme, la caméra de télévision est montée sur sa plate-forme d'observation. Les huit côtés de la plate-forme octogonale sont constitués par des paniers à équipements électroniques et le système de propulsion pour la correction de trajectoire. À l'intérieur de cette plate-forme se trouvent les réserves de carburant pour la propulsion et le contrôle d'attitude, qui profitent ainsi d'un espace à température contrôlée. La température est maîtrisée par une isolation thermique, par la radioactivité des diverses surfaces et est régulée par des persiennes mobiles sur six des huit faces de l'octogone. Les instruments scientifiques se trouvent hors de la plate-forme..
Un accumulateur argent-zinc de est utilisé lors des phases où les panneaux solaires ne sont pas orientés vers le Soleil.
La propulsion principale est assurée par un moteur de à monergol hydrazine commandant son moteur-fusée par quatre gouvernes de jet, situé sur un des côtés de la plate-forme. Le contrôle d'attitude est assuré par 6 paires de propulseurs à azote gazeux froid situés aux extrémités des panneaux solaires, trois gyroscopes et accessoirement par les pales solaires. L'attitude de la sonde est verrouillée en tangage et lacet par des pointeurs solaires l'orientant automatiquement face au Soleil, puis le roulis est ajusté par un viseur d'étoiles vers Canopus, l'étoile la plus brillante de la constellation australe de la Carène, cette dernière opération prenant alors près d'une journée à être effectuée..
Le système de télécommunication opère en bande S et est composé d'un simple récepteur et d'un émetteur basé soit sur une triode double à , soit sur un tube à ondes progressives à , les données peuvent être reçues ou émises à ou , ces diverses options dépendaient de l'éloignement de la sonde. Les données peuvent également être emmagasinées sur un enregistreur 4 pistes d'une capacité de pour être transmises ultérieurement.
Description des instruments La sonde spatiale a neuf instruments : Expérience d'occultation de la planète Mars (Mars Occultation Experiment), est une expérience sur les changements d'intensité et de phase observés dans le signal de télémétrie de de la sonde spatiale alors que la sonde est occultée par la planète Mars utilisée pour déduire les propriétés de l'atmosphère martienne. Les modifications résultent de la réfraction atmosphérique du signal radio. Les données ne couvrent donc que le temps près du survol de la planète Mars lorsque le signal est courbé et ralenti par l'atmosphère (2 minutes de chaque côté). La planète Mars occulte le signal de la sonde spatiale avec son côté éclairé par le Soleil et le signal apparaît du côté de la face cachée. Expérience de mécanique céleste (Celestial Mechanics Experiment), les données de suivi du réseau de communications avec l'espace lointain (Deep Space Network) de Mariner 4 sont utilisées pour obtenir de meilleures mesures des masses de la planète Mars et de la Lune, l'unité astronomique, ainsi que des éphémérides améliorées de la Terre et de Mars. L'expérience utilise l'équipement récepteur et émetteur embarqué conjointement avec l'équipement de suivi de la Deep Space Station pour obtenir des mesures Doppler. L'expérience fournit des données de bonne qualité du au , bien que la période près de est bruyante en raison de la faible intensité du signal. Détecteur de poussières cosmiques (Cosmic Dust Detector), le détecteur est constitué d’une plaque d'impact en aluminium de revêtue des deux côtés d'un matériau non conducteur et muni d'un transducteur acoustique à cristaux collés sur un côté, est utilisé pour surveiller en permanence le flux de particules de poussières et leur distribution depuis la Terre jusqu'au survol de la planète de Mars. La combinaison plaque d'impact et film diélectrique-aluminium constitue un détecteur de pénétration sous la forme d'un condensateur. L'expérience vise également à observer la concentration de particules de poussières près de la Terre et près de la planète Mars, le taux de changement de la densité du flux de particules de poussières cosmiques par rapport à la Terre et les effets perturbateurs de grands corps planétaires sur le comportement dynamique des particules de poussières cosmiques. L'instrument est monté au-dessus de la plate-forme principale du véhicule spatial, le boîtier se trouvant juste à l'intérieur du bouclier thermique afin de le protéger du Soleil. Le capteur fait saillie à travers une ouverture du bouclier thermique. La mémoire de l'instrument est composée de deux registres d'analyse de données binaires de 8 bits et un accumulateur de microphone qui enregistre le nombre d'événements du microphone observés par l'instrument. Des données expérimentales sont reçues concernant le mouvement des particules, la direction des particules entrantes, les impacts de particules inférieurs au seuil du microphone et les accumulations d'événements du microphone. Les mesures révèlent une concentration de poussières cosmiques près de la Terre avec une distribution de masse quelque peu différente de celle du milieu interplanétaire. L'étalonnage en vol est effectué une fois par jour sur ordre du sol. Aucune dégradation de l'instrument n'est détectée. Télescope à rayons cosmiques (Cosmic-Ray Telescope), un ensemble de trois détecteurs de surface en silicium est utilisé sous la forme d'un télescope dE/dx en fonction de la distance pour déterminer le flux de protons entre 15 et 70 MeV et entre 70 et 170 MeV et les particules alpha entre 15 et 70 MeV/nucléon et au-dessus de 70 MeV/nucléon, ainsi que des protons et des particules alpha entre 1,2 et 15 MeV/nucléon. Le détecteur est monté sur la sonde spatiale de manière à toujours pointer dans la direction opposée au Soleil. Un analyseur de la hauteur d'une impulsion à 128 canaux est utilisé pour analyser la perte d'énergie dans l'élément détecteur du télescope. Il est possible d'analyser la hauteur d'une impulsion des protons et des particules alpha de 15 à 70 MeV/nucléon, des protons de 70 à 170 MeV et des particules alpha supérieur à 70 MeV/nucléon. Deux taux de comptage et deux de hauteur d'impulsion sont obtenus toutes les 72 ou 18 secondes, selon que le taux de transmission de la sonde spatiale est de 8,33 ou 33,33 bps (bit par seconde). L'expérience fonctionne normalement du lancement jusqu'au mois d', date à laquelle le véhicule spatial est éteint pour conserver de l'énergie. Lorsque le véhicule spatial est contacté, le détecteur ne répond pas. Magnétomètre à hélium (Helium Magnetometer), un magnétomètre vectoriel à l'hélium à champ faible, à ne pas confondre avec le magnétomètre à vapeur de rubidium ou à vapeur d'hélium, est utilisé pour mesurer le champ magnétique interplanétaire. Les trois composantes du champ sont mesurées simultanément, puis sont transmises ultérieurement en séquence. Chaque observation représente une moyenne de plus d'une seconde. C'est-à-dire que la réponse chute de 3 dB pour les fréquences de 1 Hz et les informations de fréquence supérieure sont perdues. Dans chaque trame de données, des mesures à quatre vecteurs sont effectuées, séparées par des intervalles de 1,5, 0,9 et 2,4 secondes. La trame entière est répétée toutes les 12,5 secondes. Il y avait une incertitude de plus ou moins 0,35 nT par composant. La plupart des données de cette expérience proviennent de la région interplanétaire, mais certaines données proviennent de la planète Mars. Système de caméra de télévision (Mars Television Camera Experiment), l'expérience de télévision sur Mars est conçue pour obtenir des photographies de la surface martienne et les envoyer vers la Terre. Le sous-système de télévision consiste en 1° un télescope réfléchissant de type Cassegrain à angle étroit avec une distance focale effective de 30,5 cm et un champ de vision de ; 2° un ensemble obturateur et filtre ayant des temps d'exposition de 0,08 et 0,20 seconde et utilisant des filtres rouge et vert ; 3° un tube de télévision Vidicon à balayage lent, avec une cible de , qui traduit l’image optique en un signal électrique vidéo, 4° les composants électroniques associés, y compris un encodeur de données de télévision.