Programme Mariner

Mariner 1 et Mariner 2 diffèrent des autres sondes Mariner en plusieurs points. Elles sont en fait dérivées des sondes Ranger 1 et Ranger 2. Le programme Ranger et le programme Mariner sont très liés dans leurs architectures, les premières sondes du programme Ranger ayant servi de banc d'essai pour le concept Mariner. La réussite de la mission Mariner 2 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.

Les premières sondes à reprendre la conception des Mariner sont Voyager 1 et Voyager 2. Bien que rattachées initialement au programme Mariner (il s'agit initialement des sondes Mariner 11 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 Mariner 9 largement améliorée[3]. Les sondes Magellan[4] (étude de Vénus) et Galileo (étude de Jupiter) ont aussi comme base certaines parties du programme Mariner.

Une seconde génération de sondes de type Mariner, appelée Mariner Mark II, est conçue, bien que le projet est annulé pour raisons budgétaires[5]. Néanmoins, cette seconde génération a malgré tout servi comme base pour la sonde Cassini-Huygens, ou comme inspiration pour la sonde New Horizons.

• mission : survol de la planète Vénus.
• types de capteurs : émissions micro-onde et infrarouge, poussières cosmique, plasma solaire et radiations haute énergie, champs magnétiques.
• statut de la mission : échec.
• état de la sonde : détruite peu après son lancement.

Mariner 1, destinée à survoler la planète Vénus, est lancée le 22 juillet 1962. Mais une défaillance dans la trajectoire du lanceur Atlas-Agena B contraint le Air Force Range Safety Officer (RSO) à ordonner sa destruction, un peu moins de 5 minutes après son lancement.

Une légende urbaine veut qu'un simple point mis à la place d'une virgule dans un programme Fortran cause la défaillance. En fait, ce bogue concerne le programme Mercury[15], et est corrigé avant la moindre conséquence sérieuse.

C'est pourtant bien un simple caractère, qui a eu raison de la sonde[16]. Dans une spécification manuscrite, un tiret surmontait une variable pour signifier que la valeur associée devait être lissée dans le temps. Cette notation est ignorée par le programmeur qui emploie la valeur brute. Cela n'aurait pas prêté à conséquence si le capteur d'altitude du lanceur n'était pas tombé en panne, et si le programme erroné au sol n'avait pas pris le relais, menant le lanceur sur une trajectoire instable, puis incontrôlable.

La sonde Mariner 2.

• mission : survol de la planète Vénus.
• types de capteurs : émissions micro-onde et infrarouge, poussières cosmique, plasma solaire et rayonnement haute énergie, champs magnétiques.
• statut de la mission : succès.
• état de la sonde : en orbite héliocentrique.

Mariner 2 est la doublure de Mariner 1, le défaut de programmation est rapidement corrigé, puis est lancée avec succès le 27 août 1962. Au terme de 3 mois et demi de voyage, elle survole la planète Vénus comme prévu, devenant ainsi la première sonde à survoler une planète autre que la Terre, et permet de faire les toutes premières observations de Vénus.

La sonde Mariner 3.

• mission : survol de la planète Mars.
• types de capteurs : caméra avec enregistreur numérique (20 images), émissions micro-onde et infrarouge, poussières cosmique, plasma solaire, rayonnement interplanétaire, champs magnétiques, occultation radio et mécanique céleste.
• statut de la mission : échec.
• état de la sonde : en orbite héliocentrique.

Lors du lancement de Mariner 3, un défaut de conception fait que la coiffe surmontant la sonde ne se sépare pas comme prévu. Les panneaux solaires ne pouvant se déployer, ni recevoir de lumière, la sonde tourne sur ses accumulateurs jusqu'à épuisement. Elle est en orbite héliocentrique, toujours surmontée de sa coiffe.

La sonde Mariner 4.

• mission : survol de la planète Mars.
• types de capteurs : caméra avec enregistreur numérique (20 images), émissions micro-onde et infrarouge, poussières cosmique, plasma solaire, radiations, champs magnétiques, occultation radio et mécanique céleste.
• statut de la mission : succès.
• état de la sonde : sur orbite héliocentrique, le contact radio est perdu après un bombardement de micrométéorites.

Après la perte de sa sœur jumelle, le défaut avec la coiffe est corrigée et la sonde Mariner 4 est lancée avec succès, en seulement trois semaines, le 28 novembre 1964.

Les 14 et 15 juillet 1965, la sonde survole la planète Mars comme prévu et prend 22 photographies historiques, les toutes premières images jamais réalisées de Mars. Ces images mettent fin à presque toutes les théories de l'époque en révélant une surface plus lunaire que terrestre, aucune étendue d'eau et une faible atmosphère. Après le survol, qui dure 25 minutes, la sonde continue sa route, tout en transmettant des informations scientifiques sur son environnement.

Elle termine sa mission le 21 décembre 1967, après avoir subi un bombardement de micrométéorites qui la met hors service.

La sonde Mariner 5.

• mission : survol de la planète Vénus.
• types de capteurs : photomètre à ultraviolets, poussières cosmiques, plasma solaire, radiations, champs magnétiques, occultation radio et mécanique céleste.
• statut de la mission : succès.
• état de la sonde : en orbite héliocentrique.

Mariner 5 est à l'origine une doublure pour Mariner 4. Mais après le succès éclatant de cette dernière, il est décidé de profiter de cette sonde supplémentaire pour étudier Vénus. Après quelques modifications pour l'adapter à ce nouvel environnement, elle est lancée avec succès le 14 juin 1967.

Elle survole la planète Vénus comme prévu, et permet de récolter des informations bien plus précises que Mariner 2. L'occultation radio permet aussi de mieux comprendre les relevés de température et de pression faits peu de temps avant par Venera 4, ce qui permet de confirmer définitivement l'environnement extrême de Vénus.

La sonde Mariner 6.

• mission : survol de la planète Mars.
• types de capteurs : caméras grand et moyen angle avec enregistreur numérique, spectromètre infrarouge, radiomètre, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
• statut de la mission : succès.
• état de la sonde : en orbite héliocentrique.

Mariner 6 est en fait une mission double, en étant accompagnée par sa sonde jumelle Mariner 7. C'est la première fois qu'une mission double est réussie. Le but est de profiter des résultats de la première sonde pour diriger la seconde, quelques semaines plus tard. Et, au pire, d'avoir malgré tout des résultats en cas d'accident sur l'une des deux sondes.

Lancée le 24 février 1969, elle réussit à prendre 75 photographies de la planète Mars lors de son survol.

La sonde Mariner 7.

• mission : survol de la planète Mars
• types de capteurs : caméras grand et moyen angle avec enregistreur numérique, spectromètre infrarouge, radiomètre, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
• statut de la mission : succès.
• état de la sonde : en orbite héliocentrique.

Mariner 7, est lancée le 27 mars 1969, suivit de près sa partenaire de mission, Mariner 6, en ayant les mêmes objectifs que cette dernière.

Par contre, si sa partenaire fait un voyage sans incidents, Mariner 7 subit une avarie environ une semaine avant le survol de Mars. En effet, un de ses accumulateurs explose, déviant la sonde de sa trajectoire à cause d'une fuite de gaz, et coupant son antenne haut gain. Heureusement, cette dernière peut être remise en fonctionnement, et la trajectoire corrigée. La mission est donc un succès, fournissant même plus de données scientifiques que sa partenaire.

Mariner 8

La sonde Mariner 8.

• mission : mise en orbite autour de la planète Mars.
• types de capteurs : caméras grand et moyen angle avec enregistreur numérique, spectromètre infrarouge, radiomètre, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
• statut de la mission : échec du lanceur.
• état de la sonde : détruite lors du lancement.

Après la réussite de la double mission vers Mars, la NASA décide de tenter de nouveau l'expérience. Mariner 8 est la première sonde, et doit être suivie de près par sa partenaire, Mariner 9. Malheureusement, deux cent quatre-vingt-deux secondes après le décollage le 9 mai 1971, le second étage du lanceur Atlas-Centaur dévie de sa trajectoire et retombe dans l'atmosphère. Il termine sa chute dans l'océan Atlantique.

La sonde Mariner 9.

• mission : mise en orbite autour de la planète Mars.
• types de capteurs : caméras grand et moyen angle avec enregistreur numérique, spectromètre infrarouge, radiomètre, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
• statut de la mission : succès.
• état de la sonde : mission terminée et en orbite autour de Mars jusqu'à sa rentrée dans l'atmosphère en 2022.

Bien que lancée par le même lanceur que Mariner 8, Mariner 9 qui a un plan de mission totalement indépendant de sa sonde jumelle, peut mener à bien sa propre mission. Après avoir été lancée avec succès le 30 mai 1971, elle finit par atteindre Mars comme prévu.

Sa mission est de compléter les études et mesures réalisées par le couple de sondes précédent, tout en étant la première sonde à se mettre en orbite autour d'une planète autre que la Terre, permettant une étude longue et poussée de cette dernière et l'établissement d'une carte martienne, préliminaire pour le choix de site d'atterrissage des sondes Viking 1 et Viking 2. Avec l'épuisement de ses réserves de carburant, il devient impossible de contrôler son altitude, et elle reste sur une orbite qui la fera plonger dans l'atmosphère de Mars vers 2022.

La sonde Mariner 10.

• mission : survol de la planète Vénus et de la planète Mercure.
• types de capteurs : deux caméras moyen angle avec enregistreur numérique, radiomètre infrarouge, plasma solaire, particules chargées, champs magnétiques, spectromètre à ultraviolets, occultation radio et mécanique céleste.
• statut de la mission : succès.
• état de la sonde : en orbite héliocentrique.

Mariner 10 est probablement la mission la plus riche du programme Mariner. Elle est lancée avec succès le 3 novembre 1973.

Conçue à l'origine pour étudier uniquement la planète Vénus, les ingénieurs découvrent que des ajustements minimes de sa trajectoire permettent d'aller jusqu'à la planète Mercure, en utilisant la gravité de Vénus comme fronde. La manœuvre est exécutée, et Mariner 10 devient la première sonde à avoir utilisé l'assistance gravitationnelle d'une planète pour modifier sa trajectoire. Le concept de la voile solaire est aussi utilisé pour la première fois, pour compenser une panne matérielle.

Après le survol de Vénus, la sonde se dirige vers Mercure. Elle réussit à réaliser 3 passages, accumulant de nombreuses photos d'une qualité sans précédent, et permettant de comprendre certains mystères de Mercure. Mariner 10 devient ainsi la première sonde à observer Mercure.

La NASA planifie un sous-programme ambitieux au programme Mariner. Si ce dernier a comme but l'étude de Mars et Vénus, puis de Mercure, ce sous-programme doit étudier la planète Jupiter et la planète Saturne. Ce sous-programme spécifique est nommé temporairement Mariner Jupiter-Saturn 1977 program.

De par la position éloignée des deux géantes gazeuses, et leur nature, de nombreuses questions techniques doivent trouver une réponse :

• comment obtenir une précision suffisante de la trajectoire ?
• la ceinture d'astéroïdes est-elle dangereuse ?
• comment utiliser l'assistance gravitationnelle alors que de nombreuses lunes sont présentes autour des planètes ?
• des panneaux solaires seront-ils suffisants pour assurer l'énergie des sondes ?

Toutes ces questions trouvent une réponse, mais rapidement les adaptations et modifications nécessaires deviennent trop importantes, s'éloignant de plus en plus de la base du programme Mariner. La NASA sépare complètement les deux programmes. Enfin, en 1977 le Mariner Jupiter-Saturn program est nommé programme Voyager, jugé plus communicant[17].

La dernière planète étudiée par une sonde Mariner, Mercure pose de très nombreuses énigmes aux chercheurs. En effet, de par sa position si rapprochée du Soleil, il est presque impossible de l'observer correctement depuis la Terre, et aucune sonde n'a encore été envoyée pour l'étudier.

Mariner 10 permet de mettre fin aux spéculations. La sonde y découvre un champ magnétique, là où les chercheurs ne pensent pas en trouver un. Une atmosphère, bien que légère, est aussi détectée. Et près de 3 500 photographies sont prises, d'une qualité exceptionnelle, permettant une étude géologique de la planète.

En 2019, Mariner 10 est la seule sonde avec Messenger à avoir étudié la planète Mercure.

Le programme Mariner apporte beaucoup en ce qui concerne la planète Vénus. De nombreux instruments l'étudie. De la cartographie radar aux mesures sur différentes longueurs d'onde, en passant par les mesures de température, ou encore la composition de son atmosphère. Beaucoup de découvertes sont faites par les sondes Mariner, alors en pleine course contre le programme Venera de l'URSS.

Planète mystérieuse jusqu'à la mission Mariner 4, c'est véritablement l'avancée la plus importante réalisée par le programme Mariner.

Avec les premières images de Mariner 4, c'est tout un pan de théories qui laisse place à des faits réels. Une vie martienne devient, au mieux, impossible. Et c'est tout un monde qui doit être étudié sur des bases totalement nouvelles. Les missions Mariner vont alors se succéder, et apporter à chaque fois leurs lots de résultats scientifiques.

• (en) Paolo Ulivi et David M Harland, Robotic Exploration of the Solar System Part 1 The Golden Age 1957-1982, Chichester, Springer Praxis, 2007, 534 p. (ISBN 978-0-387-49326-8)

• Exploration du système martien
• Programme Pioneer, programme d'exploration du Système solaire
• Mars
• Vénus

• (en) Liste de documents disponibles sur le site de la NASA
• (de) Die Mariner Missionen (site Berndt Leitenberger)