Mariner 5 est la cinquième sonde spatiale du programme Mariner développé par l'agence spatiale américaine de la NASA pour explorer les planètes inférieures du Système solaire. En , la NASA approuve la modification de la sonde de réserve de Mariner 4, la sonde Mariner 5 afin de réaliser un survol plus rapproché de la planète Vénus que la sonde Mariner 2 qui a effectué le premier survol de la planète Vénus en .
Le principal objectif de la mission est de mener une expérience de radio-occultation (comme Mariner 4 avec la planète Mars) afin de déterminer les propriétés atmosphériques de la planète de Vénus. Contrairement à Mariner 4, cependant, Mariner 5 ne porte pas d'instrument d'imagerie. Au départ, la NASA a prévu d'envoyer Mariner 5 en survol à une distance manquante de 8 165 kilomètres, mais la NASA modifie son plan en faveur d'un survol plus modeste de 75 000 kilomètres afin d'empêcher le véhicule non stérilisé de s'écraser sur la planète Vénus.
Description de la sonde spatiale La sonde spatiale Mariner 5 est la cinquième d’une série de véhicules spatiaux utilisés pour l'exploration des planètes en mode survol. La sonde spatiale Mariner 5 est la sonde spatiale de réserve de Mariner 4 remise à neuf pour la mission Mariner 5. Conçue pour une mission vers la planète Mars, elle est reconfigurée pour une mission vers la planète Vénus. Les objectifs du projet sont de passer à 2 000 km de Vénus pour fournir des données sur la structure de l'atmosphère de la planète et son environnement de rayonnement et de champ magnétique. Mariner 5 a également été conçue pour renvoyer des données sur l'environnement interplanétaire avant et après la rencontre avec la planète Vénus.
Elle conserve sa plate-forme octogonale en magnésium, de 127 cm de diagonale et de 45,7 cm de hauteur, son système de propulsion et de communication. Les modifications majeures consistent en l'inversion de l'orientation de la sonde (la Terre se trouvant du côté opposé au Soleil, contrairement au vol vers la planète Mars) et l'amélioration de son isolation thermique.
Les quatre panneaux solaires sont donc inversés et leur taille est réduite (la proximité du Soleil permettant d'obtenir la même puissance électrique avec une surface moindre), la nouvelle envergure de la sonde est de ètres. L'isolation thermique est renforcée notamment par l'adjonction d'un parasol déployable sur la face éclairée de la plate-forme de la sonde. Pour améliorer l'expérience d'occultation, l'antenne parabolique, fixe sur Mariner 4, est dotée de deux positions afin de la repositionner exactement vers la Terre lors du survol. Les instruments scientifiques sont améliorés et éventuellement relocalisés en fonction des nouvelles contraintes thermiques ou géométriques.
Quatre panneaux solaires et une antenne parabolique à gain élevé de 116,8 cm de diamètre sont fixés au sommet de la plate-forme. Une antenne omnidirectionnelle à faible gain et le magnétomètre sont montés sur un mât de 223,5 cm de hauteur à côté de l'antenne à gain élevé. La hauteur totale de la sonde spatiale est de 289 cm.
La plate-forme abrite l'équipement électronique, le câblage, le système de propulsion de mi-parcours, les sources de gaz pour le contrôle d'attitude et les régulateurs. La plupart des expériences scientifiques sont montées à l'extérieur de la plate-forme. Les instruments scientifiques sont un magnétomètre, une télémétrie par occultation en bande S, un photomètre ultraviolet, un détecteur de rayonnement, une balise de propagation à deux fréquences, une cage de Faraday et une expérience de mécanique céleste.
L'alimentation est fournie par 17 640 cellules photovoltaïques contenues dans les quatre panneaux solaires d'une portée de 550 cm, ce qui fournit 555 watts. Un accumulateur rechargeable argent-zinc de 1 200 W-h est également utilisé pour les manœuvres et les opérations de secours. De l'hydrazine monergol est utilisée pour la propulsion au moyen d’un moteur 222 N installé sur l'un des côtés de la plate-forme. Le contrôle d'attitude est assuré par douze jets de diazote gazeux froids montés aux extrémités des panneaux solaires et par trois gyroscopes. Les informations de position sont fournies par deux capteurs solaires primaires, des capteurs solaires secondaires, un capteur terrestre, un capteur de la planète Vénus, un capteur de terminaison de Vénus et le traqueur d'étoiles Canopus.
L’équipement de télécommunications se compose d'un émetteur (TWTA - Traveling-Wave Tube Amplifier) double bande 6,5 W/10,5 W et d'un récepteur pouvant émettre et recevoir des données via des antennes à gain faible ou élevé à 8,33 ou 33,33 bits par seconde. Les données peuvent également être emmagasinées sur un magnétophone pour une transmission ultérieure. Toutes les opérations sont contrôlées par un sous-système de commande. L'ordinateur central et le séquenceur utilisent des commandes séquentielles mémorisées. Le contrôle de la température est maintenu grâce à l'utilisation de persiennes ajustables, d'un pare-soleil déployable, de couvertures isolantes multicouches, de boucliers en aluminium poli, de traitements de surface et de systèmes de référence montés sur trois des quatre panneaux solaires.
Description des instruments La sonde spatiale a 7 instruments :
Expérience de mécanique céleste (Celestial Mechanics Experiment), les données de suivi du réseau de communications avec l'espace lointain (Deep Space Network) de Mariner 5 sont utilisées pour obtenir des déterminations améliorées des masses de Vénus et de la Lune, de l'unité astronomique, ainsi que des éphémérides améliorées de la Terre et de Vénus. L’expérience utilise l’équipement récepteur et émetteur embarqué conjointement avec l'équipement du Deep Space Station pour obtenir des mesures Doppler. Le système fonctionne bien à des distances de 48,6 km, le . Sonde plasma ionique interplanétaire pour eV/Q de 40 à 9 400 volts (Interplanetary Ion Plasma Probe for eV/Q of 40 to 9 400 Volts), cette cage de Faraday à grille modulée à collecteur à trois sections mesure des ions positifs de 40 à 9 400 eV/Q dans huit fenêtres d'énergie approximativement équidistantes logarithmiquement. L'instrument étant toujours dirigé vers le Soleil, les données vectorielles sont obtenues en comparant les signaux relatifs des trois sections de collecteur à 120°. Lors de chaque séquence de télémétrie, l'instrument avance et recule à travers les 8 fenêtres pour mesurer la somme des courants des 3 plaques. Ensuite, il avance et recule pour mesurer, pour chaque réglage de tension, les courants aux trois plaques successives. Les 32 étapes complètes de la fenêtre de tension par séquence de télémétrie produisent 64 mesures de courant. Ces mesures sont répétées toutes les 5 minutes. L'instrument fonctionne normalement tout au long de sa mission. Occultation en bande S (S-Band Occultation), est un récepteur bi-fréquence. Les objectifs de cette expérience sont de déterminer la réfractivité atmosphérique et ionosphérique de la planète Vénus en mesurant l'amplitude de l'augmentation du trajet de phase, du décalage Doppler et de l'atténuation de la défocalisation de la réfraction du signal porteur de la sonde en bande S (2 300 MHz). Détecteur de radiations corpusculaires (Trapped Radiation Detector), les objectifs de cette expérience sont de déterminer l'occurrence et mesurer l'intensité et les spectres d'énergie de particules énergétiques dans l'espace interplanétaire, et de rechercher une ceinture de radiation autour de la planète Vénus et de l'effet des particules chargées dans le sillage magnétohydrodynamique de Vénus. L'expérience utilise 3 tubes Geiger-Müeller de type 213 et un détecteur électronique à barrière de surface P-N avec les seuils uniques suivants : électrons (E> 40 keV) et protons (E> 500 keV) à 70 ° et à 135 ° de la ligne sonde-soleil, électrons (E> 80 keV) et protons (E> 900 keV) à 70 ° de la ligne sonde-soleil et les protons (500 keV à 8 MeV et 900 keV à 3,5 MeV). Magnétomètre triaxial à hélium à faible champ (Triaxial Low Field Helium Magnetometer), un magnétomètre à l'hélium à faible champ est utilisé pour obtenir des mesures triaxiales des champs magnétiques interplanétaire et de la planète Vénus. Son fonctionnement dépend de la variation du pouvoir absorbant de l'hélium excité en lumière infrarouge polarisée de manière circulaire avec le champ appliqué. Les bobines de Helmholtz balayées annulent le champ ambiant en utilisant des circuits de retour. Montée sur une perche de 1,5 mètre, la plage dynamique de l'instrument est de ± 204 nT par axe, avec une précision de mesure déterminée par des contraintes de télémétrie de ± 0,2 nT. Les champs de décalage peuvent être corrigés à 0,25 nT par composant. L'expérience fonctionne dans un mode à débit binaire élevé (faible) de 3 échantillons vectoriels espacés de 1/7, 2/7 et 4/7 de la séquence toutes les 12,6 à 50,4 secondes ; ainsi, les fréquences de Nyquist sont d'environ 0,12 et 0,03 Hz respectivement. Les données à débit élevé sont obtenues du au et pendant 4 heures le . Des données à faible débit binaire sont obtenues pour le reste de la durée de vie de l'expérience. La qualité des données est élevée sauf du au , lorsque les données télémétriques sont de qualité incertaine. Récepteur-émetteur à deux fréquences (Two-Frequency Beacon Receiver), les deux signaux de 423,3 MHz et de 49,8-MHz sont transmis d'une antenne parabolique de 4,6 m à l'université Stanford vers le récepteur radio à deux fréquences de Mariner-5. Le signal haute fréquence sert de signal de référence car son temps de propagation est peu retardé. Le signal basse fréquence est retardé en proportion du nombre d'électrons total sur la trajectoire de propagation. Sur la sonde spatiale, un récepteur à verrouillage de phase compte les signaux reçus pour obtenir des mesures des différences de trajet de phase. Un retard différentiel de la vitesse est également observé et ces valeurs sont envoyées à la station au sol. À partir des valeurs calculées du contenu en électrons total, il est possible de soustraire l'effet ionosphérique (jusqu’à une altitude choisie à partir d'autres techniques expérimentales) afin de produire des données décrivant le contenu interplanétaire en électrons du vent solaire et ses variations. L'expérience fonctionne normalement du lancement à .