thumb|Le lancement de par un lanceur Atlas-Agena B en juillet 1962. Le programme est la première série de missions spatiales américaines de la NASA dont l'objectif était d'étudier les planètes du Système solaire. Dix sondes spatiales, baptisées à , sont lancées entre 1962 et 1973 vers les planètes les plus proches de la Terre : Mars, Vénus et Mercure.

Ce programme ambitieux assoit la maitrise technique de la NASA et plus particulièrement du (JPL) (télécommunications, contrôle de l'attitude, automatisation, instrumentation scientifique, fiabilité) dans le domaine de la conception et de la construction des sondes spatiales. Il est à l'origine de plusieurs premières dans le domaine de l'exploration spatiale : première mise en orbite autour d'une planète autre que la Terre, première utilisation de l'assistance gravitationnelle. Sur le plan scientifique, les sondes révolutionnent notre connaissance des trois planètes explorées : cartographie d'une grande partie de la planète Mars et de 45 % de la planète Mercure, composition de l'atmosphère de Mars et Vénus, mesure des champs magnétiques Pour Mars et Vénus, les résultats modifient radicalement l'image idéalisée de ces planètes que beaucoup de gens et certains scientifiques considéraient jusque là comme des parentes proches de la Terre. Enfin dans le contexte de la course à l'espace les réussites du programme contribuent à démontrer la supériorité de l'astronautique américaine sur sa concurrente soviétique malgré les succès remarquables de quelques missions à la même époque.

Sur les dix missions lancées, sept sont des succès ce qui représente pour l'époque un résultat remarquable. Les trois autres sont perdues dans des incidents techniques peu après le décollage. Les sondes partagent une architecture commune basée sur une plateforme de forme hexagonale mais les équipements scientifiques installés varient beaucoup avec une masse comprise entre et . Les coûts de recherche, de développement, de lancement et de soutien de la série de véhicules spatiaux ( à 10) s'élève à de dollars américains.

Contexte et lancement du programme

Le (JPL) se spécialise dans le développement des sondes spatiales

Dès le début de l'ère spatiale à la fin des années 1950, l'exploration des planètes Mars et Vénus, les plus proches de la Terre dans le système solaire interne, est envisagée. La communauté scientifique, qui se repose sur les observations effectuées par des observatoires terrestres, dispose de peu d'informations sur ces corps célestes. La présence d'une vie, éventuellement d'une vie intelligente, n'est pas exclue même si certaines collectées fournissent des indices peu favorables à cette hypothèse. Aussi l'agence spatiale civile américaine, la NASA, qui vient tout juste d'être créée, envisage de lancer des missions robotiques vers Mars et Vénus vers 1967 et éventuellement des missions avec équipage vers ces destinations vers 1980. Le (JPL), établissement géré conjointement par la NASA et le , a du mal à trouver sa place au sein des établissements de la NASA. D'une part sa principale expertise porte sur les missiles balistiques militaires et d'autre part il continue à être une entité gérée par une université alors que les autres établissements de la NASA sont des organismes fédéraux. La NASA et le JPL, sous l'impulsion de son directeur William H. Pickering, tombent d'accord sur la mission principale du laboratoire, qui doit être de développer des missions robotiques d'exploration du système solaire, mais ils ne s’accordent pas sur la stratégie et le rôle précis du laboratoire. Les dirigeants du JPL souhaitent lancer immédiatement des missions vers Mars et Vénus alors que l'état-major de la NASA veut d'abord étudier la Lune avant de s'aventurer plus loin. Par ailleurs le JPL souhaite conserver la maîtrise de la construction des sondes spatiales, alors que la NASA préférerait que le JPL se limite à la gestion des projets, dont la construction serait sous-traitée aux industriels. La sélection des instruments scientifiques embarqués est également une source de conflit car le JPL souhaite conserver cette tâche alors que l'État-Major de l'agence spatiale estime qu'il est préférable que ce choix soit effectué sous sa supervision.

Les premiers engins spatiaux développés par le JPL

Le JPL développe quatre petits satellites scientifiques du programme Explorer dont deux sont perdus à la suite d'une défaillance du lanceur. L'établissement développe ensuite deux missions à destination de la Lune : le lancement de est un échec ; lancé en 1959 parvient à survoler la Lune mais à une distance plus importante que prévu. La mission est un demi-succès. Se conformant au souhait de la direction de la NASA, le JPL développe ensuite la série des sondes spatiales Ranger destinées à s'écraser sur la Lune tout en collectant des données sur celle-ci, ainsi que la famille des sondes qui doivent se poser en douceur sur la Lune pour préparer l'atterrissage des futures missions Apollo. La construction des sondes est confiée à la société aérospatiale Hughes Aircraft.

Développement des premières sondes spatiales

le JPL commence à concevoir les sondes spatiales du programme , des engins beaucoup plus complexes que les précédents avec une masse de plus de . Pour les placer en orbite, l'établissement commence à développer un étage supérieur de 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 a décidé d'utiliser les deux étages supérieurs que l'Armée de l'Air développe de son côté : le premier est l'étage Agena qui vient tout juste d'effectuer son premier vol, le second est le Centaur beaucoup plus puissant, 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 et oxygène liquide qui doit permettre de lancer les sondes spatiales . Mais la mise au point du Centaur s'avère difficile et au cours de l'été 1961 l'Armée de l'Air annonce que la date de son premier vol est repoussée. Pour la première mission , le JPL est contraint d'utiliser l'étage Agena.

En une semaine la conception de est complètement revue pour pouvoir réduire sa masse des deux tiers. Les ingénieurs empruntent des composants aux sondes en cours de fabrication. L'équipe projet dispose de moins d'un an pour mettre au point la sonde spatiale. Celle-ci doit être stabilisée 3 axes pour qu'une correction de trajectoire puisse être effectuée au cours de son transit vers Vénus et qu'elle puisse survoler la planète suffisamment près pour collecter des données scientifiques significatives. Les responsables du projet décident de construire deux sondes spatiales jumelles ( et ) ainsi qu'un exemplaire de rechange. À l'époque le JPL emploie environ . Ces personnes travaillent souvent en parallèle sur plusieurs projets. Environ du JPL travaillent sur le projet ainsi que et près de fournisseurs de pièces détachées. Le coût de développement de et s'élève à , une somme importante pour l'époque mais qui sera largement dépassée par les projets suivants.

L'état des connaissances sur les planètes du système solaire interne en 1962

Les sondes : points communs et différences

Toutes les sondes sont basées sur un châssis octogonal en magnésium, contenant l'électronique de bord, sur lequel est fixé l'équipement tel que les systèmes de communication, les systèmes d'imagerie (appareils photos, caméras de télévision), la propulsion et les sources d'énergies. Le châssis est lui-même conçu pour recevoir huit modules standardisés, un par face, permettant d'héberger les appareils scientifiques et les accumulateurs.

L'énergie est fournie par quatre panneaux solaires, sauf pour , et qui n'en ont que deux. De plus, à l'exception des sondes et , toutes sont équipées d'une caméra de télévision.

Les sondes sont stabilisées sur 3 axes grâce à des capteurs solaires et un viseur d'étoiles utilisant l'étoile Canopus (Alpha Carinae), la deuxième étoile la plus brillante du ciel nocturne NASA Report - Guidance And Control of The Mariner Planetary Spacecraft.

Les sondes sont conçues à l'origine pour être lancées par le lanceur Atlas-Centaur. Les retards accumulés dans la conception de ce dernier imposent l'utilisation du lanceur Atlas-Agena B, moins puissante, pour les cinq premières missions. Les sondes et doivent même être amputées d'une partie de ses équipements scientifiques déjà montés pour réduire son poids NASA History Division - July-September 1961 Time Line, le 28 septembre.

et alt=Maquette de la sonde Mariner 2|vignette|234x234px|La sonde Mariner 2 et diffèrent des autres sondes en plusieurs points. Elles sont en fait dérivées des sondes et . Le programme Ranger et le programme sont très liés dans leurs architectures, les premières sondes du programme Ranger ayant servi de banc d'essai pour le concept . La réussite de la mission permet de passer à l'étape suivante.

Techniquement, le châssis de la sonde est plus simple. C'est un hexagone, réduisant de fait le nombre de modules à six. De plus, il y a une structure sous le châssis, supportant l'antenne haut gain, celle-ci se repliant sous la sonde pour le lancement, et les panneaux solaires. Les réservoirs de carburant sont aussi montés à l'extérieur du châssis.

Évolutions du concept

Les premières sondes à reprendre la conception des sont et . Bien que rattachées initialement au programme (il s'agit initialement des sondes et 12), elles sont considérablement modifiées pour s'adapter aux contraintes de l'exploration des planètes Saturne et Jupiter (éloignement, faiblesse de l'éclairement solaire, vitesse nécessaire) et donnèrent naissance à un programme à part entière.

Plus tard, les orbiteurs du programme Viking utilisèrent une sonde de type largement améliorée NASA NSSDC Catalog - Viking 1 Orbiter. Les sondes Magellan NASA NSSDC Catalog - Magellan (étude de Vénus) et Galileo (étude de Jupiter) ont aussi comme base certaines parties du programme .

Une seconde génération de sondes de type , appelée , est conçue, bien que le projet est annulé pour raisons budgétaires. Néanmoins, cette seconde génération a malgré tout servi comme base pour la sonde Cassini-Huygens, ou comme inspiration pour la sonde .

+Caractéristiques principales des sondes NomDate lancementLanceurObjectifMasse Première ? Résultats Atlas-Agena B Survol de Vénus du lanceur. Atlas-Agena B Survol de Vénus Premier survol de Vénus et d'une autre planèteRotation rétrograde lente, températures élevées, absence de champ magnétique, couche épaisse et continue de nuages. Atlas-Agena D Survol de Mars du lanceur. Atlas-Agena D Survol de Mars Premier survol de MarsPhotos de la surface de Mars, pression atmosphérique et température au sol, champ magnétique. Atlas-Agena D Survol de Vénus Pression atmosphérique, température, dimensions de la planète, composition chimique de l'atmosphère. Atlas-Centaur Survol de Mars Photos de 20 % de la surface, composition de l'atmosphère, composition de la calotte polaire sud, forme et masse de Mars. Atlas-Centaur Survol de Mars Voir . Atlas-Centaur Orbiteur martien de l'étage Centaur. Atlas-Centaur Orbiteur martien Première sonde à se placer en orbite autour d'une autre planèteCouverture photo détaillée de la planète, observation des tempêtes de poussière. Atlas-Centaur Survol de Mercure Premier survol de Mercure, première utilisation de l'assistance gravitationnellePhotos du sol de Mercure, champ magnétique.

Historique des missions Les sondes sont au nombre de dix. Leur lancement est réalisé entre le et le .

1 et 2

vignette|Diagramme des sondes et .