Sondy Mariner

Mariner 1Prvé dve sondy programu Mariner mali za úlohu skúmať Venušu. Konštrukciou sa podobali sondám Ranger určených na výskum Mesiaca. Hneď po štarte Marinera 1, 22.júla 1962 sa nosná raketa Atlas nad Atlantikom odchýlila od určenej dráhy a po 290 sekundách letu bola diaľkovým povelom zničená. Podrobným skúmaním odhalili príčinu zlyhania - v riadiacom programe palubného počítača pre urýchľovací stupeň chýbala pomlčka. Ktosi na ňu zabudol pri zostavovaní programu a stálo to 18 miliónov dolárov.Mariner 2Po neúspechu Marinera 1 sa na štart pripravoval Mariner 2. Sondu urýchľovací stupeň 27 augusta 1962 naviedol na dráhu k Venuši. Bez korekcie dráhy by sonda minula Venušu vo vzdialenosti 375 000 km, preto sa 4. Septembra, už 2,32 milióna km od Zeme, zapálil na 27 sekúnd hlavný motor a znížil rýchlosť sondy o 31 m/s. Sondu pred odletom zo Zeme nesterilizovali, takže rozhodnutie minúť planétu malo svoj význam. Počas celej cesty vydržal Mariner 2 vo veľmi dobrom technickom stave a prekonal viaceré rekordy. Sonda preletela 14. Decembra 1962 vo výške 34 752 km nad povrchom tmavej strany Venuše, a počas 42 minút vyslala také meracie výsledky, že sa podstatne zmenili všetky doterajšie predstavy o tejto planéte. Meranie dokázalo, že na povrchu nie je okolo 100 stupňov Celzia, ako vedci pôvodne predpokladali, ale prinajmenšom štyrikrát viac. V atmosfére planéty nebola zistená ani stopa kyslíka či vody. To znamenalo, že možnosť výskytu foriem života podobných pozemským je minimálna, či skôr vylúčená. Magnetometer sondy nezistil ani prítomnosť polí podobných zložitej magnetosfére našej Zeme. Mariner 2 bol skvelým úspechom a napriek narastajúcim závadám v lunárnom programe Ranger v podstate prispel k jeho záchrane. Riadiace stredisko v Pasadene zostalo s Marinerom 2 v spojení až do 4. Januára 1963, keď bola sonda už 87,5 milióna km od Zeme a nastolila celkom nové technické normy svojou nepretžitou činnosťou trvajúcou 130 dní. Mesiac predtým ako sonda Mariner 2 dorazila k Venuši, schválilo vedenie NASA plán letov k Marsu v čase príhodného štartovacieho okna v roku 1964. Počiatočné skúsenosti z programu Mariner potvrdili účelnosť nápadu vysielať dve identické sondy krátko po sebe.

Bol to vzor pre vysielanie "kozmických dvojčiat" i v ďalších prípadoch, prakticky až do 90.rokov, keď misie Mars Observer, Phobos či Galileo boli už také zložité a teda aj finančne nákladné, že sa od tejto praktiky upustilo.Mariner 3Prieskumná medziplanetárna sonda Mariner, ktorá sa vydala k Venuši, nadväzovala na konštrukciu lunárnych sond Ranger. Správnosť tejto voľby sa ukázala aj pri stavbe sondy Mariner určenej na výskum Marsu. Základný šesťhran sa zmenil na osembokú prístrojovú kapsulu. Pre ďalší let skonštruovali nový raketový motor, ktorý bolo možné opakovane zapaľovať. Vzhľadom na slabší slnečný svit niesla sonda štyri panely slnečných batérií. Snímače Slnka a jasnej hviezdy Canopus spoločne s tryskami na stlačený dusík a gyroskopy udržiavali sondu v takej polohe, aby jej roztvorené slnečné panely smerovali k Slnku, no vedecké prístroje boli pritom namierené na Mars po celý čas preletu okolo planéty. Životnosť sondy sa zvýšila na viac ako 7 mesiacov a rádiové spojenie sa mohlo udržiavať až na vzdialenosť presahujúcu 240 miliónov km. Okrem vedeckých meracích prístrojov sonda niesla aj malú televíznu kameru a mala získať prvé podrobné zábery povrchu planéty.Podobne ako pri prvej dvojici sond Mariner, ktoré sa mali vydať k Venuši, doplatila aj prvá dvojica Marinerov určených k letu na Mars na nedostatočnú spoľahlivosť nosnej rakety. Prvý americký štart k Marsu sa uskutočnil 5.novembra 1964, neuvoľnil sa však aerodynamický kryt. Stupeň Agena síce sondu Mariner 3 úspešne urýchlil na medziplanetárnu dráhu, no sonda prestal veľmi skoro vysielať.Mariner 4Po neúspechu sondy Mariner 3 nasledoval štart Marinera 4 dňa 28. Novembra 1964. Raketa tentoraz pracovala spoľahlivo. Bez problémov sa oddelil i upravený aerodynamický kryt. Motor stupňa Agena potom sondu naviedol na dráhu okolo Slnka, ktorá mala tvar veľkého oblúka a na ktorej mohol Mariner 4 minúť Mars vo vzdialenosti okolo 240 000 km. Preto sa o 7 dní uskutočnila korekcia dráhy letu a o polnoci zo 14. na 15. júla 1965 preletela sonda nad Marsom vo výške iba 9846 km. Zhruba 40 minút pred maximálnym priblížením začala snímkovacia plošina s televíznou kamerou priečne "riadkovať" planétu, čo umožnilo zaznamenať na magnetickú pásku celkove 22 veľmi kvalitných snímok. Zo zmien rádiových signálov, ktoré prechádzali rádiovým zákrytom za atmosférou Marsu, bola stanovená hodnota tlaku na povrchu Marsu. Nasledujúci deň začal Mariner 4 vysielať zaznamenané snímky do riadiaceho strediska na Zemi. Každý záber sa skladal zo 40 000 bodov a jeho vyslanie pomocou nízkovýkonného vysielača trvalo viac ako osem hodín. Rádioteleskopy špeciálnej sledovacej siete NASA (Deep Space Network) s priemerom 26 m zachytávali signály od Marsu zo zdroja, ktorý mal oveľa slabší výkon než povedzme obyčajná žiarovka v domácnosti.

Sonda Voyager vysielala iba o 14 rokov neskôr až od ďalekého Jupitera snímky takmer 14 000-krát rýchlejšie. Snímky, ktoré urobil Mariner 4, boli veľmi prekvapujúce, no priniesli i určité sklamanie. Odhalili totiž, že povrch Marsu pokrývajú krátery a Mars pripomína skôr pustý lunárny svet ako miesto s kvitnúcim životom, čomu ešte veľa ľudí verilo. Sklamaním bola i nízka hodnota atmosferického tlaku na povrchu planéty, zhruba päťtisícina pozemského tlaku, teda asi 15-krát menej, než vedci očakávali. Cez deň sa teplota pohybovala okolo -100 stupňov Celzia. Takže nakoniec sa i Mars ukázal ako nehostinný pre akýkoľvek organizmus známy na Zemi. Exobiológov výsledky letu sondy Mariner 4 síce dosť sklamali, no pre budúcnosť programu NASA vysielanie prieskumných kozmických sond bez posádky to bol úspech. Navyše sa dostavil v čase, keď sa s nemenším úspechom zavŕšil program výskumu Mesiaca sondami Ranger a keď ZSSR sa ešte vždy márne pokúšal o výskum Marsu a Venuše, no nakoniec i Mesiaca. Úspešný Mariner 4 vysiela až do decembra 1967, teda až dovtedy, keď sa už k nemu na obežnej dráhe okolo Slnka pripojila i jeho sesterská sonda Mariner 5.Mariner 5Bola to síce sólová misia, no vyšla lacnejšie, pretože sa použila rezervná sonda. Jej cieľom bol prelet vo výške asi 4000 km okolo Venuše, teda približne desaťkrát bližšie, než sa podarilo sonde Mariner 2. Namiesto do chladnejších priestorov vonkajšej oblasti slnečnej sústavy mierila sonda bližšie k Slnku a preto museli zvýšiť jej tepelnú ochranu a odstrániť veľké panely slnečných batérií. Stačili iba kratšie a hrubšie panely pripomínajúce akési "pahýle". Súprava vedeckých prístrojov bola podobná ako pri sonde Mariner 4, iba televíznu kameru nahradili aparatúrou na meranie koncentrácie atómov vodíka a kyslíka vo vysokých vrstvách atmosféry (už sme uviedli, že Venušu obaľuje hustá vrstva oblakov, preto bola televízna kamera celkom zbytočná. Radarové prístroje mali prísť k slovu až neskôr).Mariner 5 odštartoval 14. Júna 1967 pomocou nosnej rakety Atlas Agena a okolo Venuše preletel 19. októbra 1967 vo výške iba 4000 km. Rádiové signály prechádzajúce atmosférou podali cenné svedectvo: teplota asi 527 stupňov Celzia a tlak asi 75 "pozemských" atmosfér. Iba deň pred preletom Marinera 5 okolo Venuše prenikla do atmosféry planéty sovietska sonda Venera 4. Puzdro klesalo na padáku a vysielalo namerané údaje. Výsledky naznačovali, že na povrchu je teplota 280 stupňov Celzia a tlak 15-22 atmosfér (1,8 Mpa). Iba neskôr sa ukázalo, že puzdro nemeralo hodnoty pri povrchu a ohlásené hodnoty zodpovedali jeho konštrukčnej pevnosti.

Po porovnaní s výsledkami Marinera 5 odborníci usúdili, že puzdro Venery 4 meralo a vysielalo zhruba do výšky 26 km. Potom v extrémnych podmienkach prasklo.Mariner 6Sonda Mariner 6 už štartovala na novej nosnej rakete Atlas Centaur, čo znamenalo vzhľadom na predchádzajúce Marinery väčšiu hmotnosť sondy až o 120 kg. To umožnilo umiestniť na Mariner 6 (aj na ostatne sondy Mariner) všestrannejšiu snímkovaciu aparatúru i diaľkovo ovládané snímače schopné zisťovať údaje o zložení atmosféry a o teplote na povrchu planéty. Významnou novinkou bola možnosť preprogramovania palubného počítača i počas medziplanetárneho letu, aby sa mohli riešiť nečakané situácie a plniť pôvodne nepredpokladané požiadavky. Po 157 dňoch od štartu zo Zeme preletela 31. Júla 1969 sonda Mariner 6 vo výške 3200 km nad rovníkovými oblasťami Marsu a odovzdala do riadiaceho strediska 24 detailných snímok. Rozlíšenie širokouhlej kamery bolo 25 km, rozlíšenie úzkouhlej kamery 270 m (pred preletom získala sonda z väčšej vzdialenosti 50 snímok celého disku planéty). Snímky odhalili pozorohudné javy v okolí južného pólu, a preto bol prebiehajúci let ďalšej sondy preprogramovaný tak, aby jeho kamera zamierila viacej na juh ako bolo plánované. Mariner 7Najväčšie priblíženie tejto sondy k Marsu nastalo 5. Augusta 1969. Treba poznamenať, že iba vďaka štastnej náhode bol Mariner 7 ešte vždy v prevádzke. Iba pár dní predtým totiž jeho jedna batéria explodovala a obsah sa rozprskol do okolia sondy, ktorej dráha sa v dôsledku toho mierne vychýlila a elektroniku vyradil skrat. Operátori v riadiacom stredisku sa obávali toho najhoršieho, no potom mohli na všeobecný údiv skonštatovať, že všetky prístroje pracujú ďalej. Pred stretnutím s Marsom sa ich totiž podarilo opäť zapnúť.Snímky získané Marinerom 7, 33 zblízka a 93 z veľkej vzdialenosti, mali vynikajúcu kvalitu, na jednej bol dokonca zachytený mesiac Phobos na pozadí planéty. Sondy Mariner 6 a 7 vyslali spolu 57 veľmi detailných záberov (z celkového počtu 202 snímok), ktoré potvrdili takmer zhodnú podobu povrchu Marsu s povrchom Mesiaca, ako zistil už Mariner 4. Na novozískaných snímkach bolo vidieť planiny podobajúce sa púšťam, ale aj členitý terén s hrebeňmi a údoliami. Diaľkovo ovládané prístroje odhalili veľmi riedku atmosféru zloženú prevažne z oxidu uhličitého, a aj razantne sa meniacu teplotu povrchu v priebehu jediného dňa.

Napríklad teplota na rovníku sa menila zo 16 stupňov Celzia na popoludnie na -73 stupňov v noci, pričom teplota južnej polárnej čiapočky klesala až na -125 stupňov Celzia, čo nasvedčovalo, že sa skladá skôr zo zamrznutého oxidu uhličitého než z vodného ľadu. Pri celkovom pohľade bol Mars pustý. Uvedená dvojica sond Mariner však mala možnosť preskúmať iba 1/10 povrchu planéty. Vedci žiadali vyslať družicu, podobnú lunárnemu programu Lunar Orbiter, ktorá by detailne snímkovala povrch niekoľko týždňov či skôr mesiacov. Takú úlohu splnila sonda Mariner 9.Mariner 8 a 9 Sondy Mariner 8 a 9 sa podobali svojim predchodkyniam. Niesli však nový motor pre navedenie na obežnú dráhu okolo Marsu a zodpovedajúce zásoby pohonných látok, čím sa zvýšila ich štartová hmotnosť z 413 kg na 995 kg. Raketa Atlas Centaur takýto náklad zvládla, navyše vzájomná poloha Zeme a Marsu bola v pätnásťročnom cykle práve v roku 1971 pre medziplanetárne cesty energeticky najvýhodnejšia. Diaľkovo ovládaná aparatúra sa prakticky zhodovala s predchádzajúcimi sondami, iba snímkovací systém bol kvalitnejší. Tvorili ho dve televízne kamery s rozlišovacou schopnosťou 700 riadkov so širokouhlým i úzkouhlým objektívom.Prvý z tejto dvojice Marinerov však neuspel. Zlyhal totiž autopilot nosnej rakety Atlas Centaur a 8. Mája 1971 museli krátko po štarte raketu zničiť. Sonda sa zrútila do vĺn Atlantického oceánu. Nasledujúci Mariner 9 vypustili 30. mája 1971, na obežnú dráhu okolo Marsu (1697 až 17 916 km)ju brzdiaci motor naviedol 14. Novembra 1971. Spočiatku snímkovanie hatila rozsiahla prachová búrka, ktorá zakryla celý povrch, ale nakoniec sa podarilo získať 7329 snímok prakticky celej planéty, čo položilo i základy pre neskoršie misie spojené s pristátím priamo na povrchu Marsu (získali sa i snímky mesiačikov Phobos a Deimos - astronómovia konštatovali, že vyzerajú ako neforemné kamenné hrudy). K Marsu dorazila sonda o 13 dní skôr než sovietska sonda Mars 2, ktorú tvorila družicová časť a pristávací modul.Mariner 9 začal systematicky mapovať povrch Marsu v januári 1972 a vzápätí sa ukázalo, že predchádzajúce prieskumné výpravy vytvorili trochu nesprávny obraz tejto planéty. Ukázalo sa, že štyri temné škvrny, ktoré bolo vidno cez oblaky zvíreného prachu, sú v skutočnosti obrovské sopky, z ktorých najvyššia sa týči až do výšky 25 km nad úpätím a priemer zhruba kruhovej základne tejto hory je asi 500 km. Sopka dostala názov Hora Olymp (Olympus Mons). Svojimi rozmermi prekonáva všetky útvary, ktoré poznáme z našej Zeme.

Dramatickým dôkazmi aspoň začiatkov tektonickej činnosti na povrchu Marsu sú trhliny, rozsadliny a kaňony, z ktorých najznámejšia je obrovská sústava kaňonov Valles Marineris, ťahajúca sa v dĺžke 4500 km cez celú štvrtinu obvodu planéty v šírke 150-700 km a dosahujúca hĺbku až 6 km. Aj na juhu planéty sa nachádzajú obrovité planiny Hellas s priemerom 2000 km a Argyre s priemerom 900 km, ktoré možno vznikli dopadmi kozmických telies. Niektoré útvary na Marse pripomínajú vyschnuté riečiská, čo naznačuje, že v určitom stupni vývoja planéty mohla po jej povrchu prúdiť voda. Sondy Mariner 6 a 7 naznačili, že južnú polárnu čiapočku tvorí zamrznutý oxid uhličitý, no po objavoch Marinera 9 bola táto informácia upravená a vedci usúdili, že vrstva oxidu uhličitého sa v lete vyparuje a pod ňou sa odhaľuje menšia čiapočka zamrznutej vody.Odborníci zo strediska JPL spolupracovali s Marinerom 9 v priebehu takmer celého roku 1972 na systematickom mapovaní povrchu planéty, ktorá sa prejavovala ako značne premenlivá. Vedci preto neskrývali vzrastajúci optimizmus, že na povrchu je možný život, i keď v nejakej veľmi jednoduchej forme. Po vyslaní 1329 snímok, kroré zobrazili väčšiu časť povrchu Marsu s rozlíšením lepším než 2 km (pri menšom množstve dokonca až 100 m) sa vyčerpala zásoba dusíka v orientačnom a stabilizačnom systéme. Mariner 9 svoju úlohu splnil na výbornú. Výprava stála 120 miliónov dolárov. Umožnila však naplánovať presný postup k ďalšej kapitole výskumu, k vyslaniu dvojice sond a pristávajúcich modulov Viking v roku 1976. Táto chystaná výprava bola už taká zložitá, že jej príprava sa nedala stihnúť do ďalšieho "štartového okna", ktoré sa otváralo v roku 1973. Stala sa predelom pri odhaľovaní tajomstiev planét našej slnečnej sústavy a položila základy pre ďalšiu priekopnícku akciu, ktorou sa stalo preniknutie do vonkajšej oblasti slnečnej sústavy za pás asteroidov.Mariner 10Už po štarte sond Pioneer 10 a 11, no ešte vždy v čase, keď Pioneer 11 mieril k Saturnu, uskutočnila sa v réžii NASA misia, pri ktorej sa v plnom rozsahu uplatnila technika využitia gravitačného poľa inej planéty pre urýchlenie kozmickej sondy na ďalšiu cestu. Americkí vedci naliehali, aby sa uskutočnil prieskumný let k Merkúru, o ktorom sa veľmi málo vedelo. Merkúr je zo všetkých deviatich planét našej sústavy najbližšie k Slnku. Cesta k nemu by i pri použití celkom malej sondy vyžadovala silnú a drahú raketu Titan Centaur. Špecialisti z pasadenského strediska JPL však vypočítali, že keby sa podarilo zasiahnuť štyristokilometrové "okno" pri prelete okolo Venuše v roku 1974, stačila by na vypustenie sondy typu Mariner nosná raketa Atlas Centaur.

Sonda bola primalá, aby mohla niesť zodpovedajúci brzdiaci raketový motor, ktorý by ju naviedol na obežnú dráhu okolo Merkúra na dlhodobý prieskum planéty. Podrobné výpočty však dokázali, že ak by sa navedenie hoci iba na prelet okolo planéty podarilo pripraviť s veľkou presnosťou, sonda by obletela Slnko a minimálne raz by sa k Merkúru vrátila. Pri vypustení iba jednej sondy by sa finančné náklady mohli limitovať hranicou 300 miliónov dolárov (v cenovej úrovni z roku 1984), čo by bolo podstatne menej ako náklady na jediný prelet Marinera 4 okolo Marsu. Bola to veľmi sľubná úvaha.Za pomerne krátky čas bola pripravená sonda Mariner 10 s hmotnosťou 526 kg. Hlavným problémom bola ochrana proti intenzívnemu slnečnému žiareniu v oblasti obežnej dráhy Merkúra. Preto sa po štarte rozložil akýsi "slnečník", ktorý zatienil sondu pred priamym dopadom slnečného žiarenia a dva panely slnečných batérií boli skonštruované tak, aby na ne žiarenie nedopadalo priamo. Plošina s televíznymi kamerami niesla aj niekoľko spektrometrov a rádiometre na meranie teplôt a na zisťovanie prítomnosti plynov v atmosfére planét. Krátko po štarte, ktorý sa uskutočnil 3. Novembra 1973, boli kamery nasmerované na Mesiac a podarilo sa tak získať jedny z najlepších záberov severných oblastí mesačného povrchu v celej doterajšej histórii výskumov nášho najbližšieho vesmírneho suseda. Vykonali sa dve korekcie dráhy a sonda 5. Februára 1974 preletela vo výške 5785 km nad Venušou. Vôbec po prvý raz sa získali televízne zábery planéty. Namiesto hustého a nič hovoriaceho závoja, ktorý sa dá pozorovať v bežných vlnových dĺžkach, odhalila sonda použitím ultrafialového filtra v mračnách akési pásy. O cirkulácii atmosféry nevedeli vedci takmer nič a na ich veľké prekvapenie nové výskumy odhalili, že horná atmosféra sa okolo planéty otočí raz za štyri pozemské dni (radarové pozorovania už predtým potvrdili, že planéta sama je podstatne lenivejšia, pretože sa okolo vlastnej osi otočí raz za 243 pozemských dní). Vetry ženúce sa rýchlosťou mnohých stoviek kilometrov za hodinu neboli ničím neobvyklým, pozoruhodné však bolo, že ich rýchlosť sa v hustejších spodných vrstvách atmosféry postupne znižovala takmer na nulu. Pri pozorovaní Marinera 10 bola objavená špirálovitá štruktúra mračien.Gravitačné pole Venuše zmenilo dráhu sondy tak, že mohla preletieť vo vzdialenosti iba 10 000 km od povrchu Merkúra. Vedúcim letu to nestačilo. Preto sa 16. Marca 1974 uskutočnila korekcia dráhy a sonda 29. Marca preletela nad tmavou stranou Merkúra vo výške iba 703 km. Vedci neskrývali nadšenie predovšetkým z 2300 snímok povrchu planéty.

Na prvý pohľad vyzerali, akoby ich urobila sonda Lunar Orbiter krúžiaca okolo Mesiaca. Povrch planéty totiž pokrývali krátery, rôzne rozsadliny a lávou vyplnené útvary, medzi ktorými dominovala gigantická panva Planina horúčavy (Caloris Plantia) s priemerom 1300 km (tento útvar poznáme iba z časti, pretože pri preletoch Marinera bola jeho väčšia časť skrytá na nočnej strane planéty. Jej pomenovanie je výstižné, pretože na poludnie v kotline dosahuje teplota 427 stupňov Celzia a s početnými valmi a zlomami sa podobá panve Východné more (Mare Orientale). Odchýlky dráhy letu sondy svedčili o hustote planéty podobnej Zemi, podporovali, samozrejme, úvahy odborníkov o kovovom jadre, ktoré sa podieľa približne 4/5 na celkovej hmotnosti Merkúra. Kým na Marse ani na Venuši do tých čias neobjavili prieskumné sondy nijaké magnetické pole, meracie prístroje Marinera 10 najmä pri treťom návrate ohlásili prítomnosť magnetického poľa šesťkrát slabšieho ako magnetické pole Zeme. Jeho pôvod ešte vždy čaká na presné vysvetlenie.Po prelete sa sonda dostala na heliocentrickú dráhu s periódou rovnajúcou sa dvom obehom Merkúra okolo Slnka. Po dvojitej korekcii dráhy, uskutočnenej 10. Mája 1974, sa Mariner vrátil opäť k Merkúru a 21. Augusta preletel nad jeho povrchom po druhý raz, tentoraz nad osvetlenou časťou a vo výške 48 000 km. Celkove 500 snímok, ktoré sonda odoslala na Zem, zobrazilo predovšetkým časť južnej pologule. Po ďalšej korekcii dráhy (motor sa zapol na 3 sekundy) sa sonda vrátila k Merkúru po tretí raz a preletela tentoraz vo výške iba 319 km nad tmavou časťou planéty. Táto malá vzdialenosť bola zámerná, aby sa sonda ponorila čo najhlbšie do predpokladaného magnetického poľa a získala čo najpresnejšie výsledky merania. Získalo sa viac ako 1000 ďalších snímok, ktoré odborníci označili za najlepšie, aké Mariner 10 na Zem odoslal. Dali sa na nich rozoznať detaily veľké 45 m. Sonda odviedla obrovský kus práce, napríklad zo získaných snímok sa podarilo zostaviť pomerne presnú mapu asi 75 % celkového povrchu Merkúra. Teoreticky bolo možné uskutočniť ďalší návrat Marinera 10 k Merkúru a ďalšie stretnutie s touto podivuhodnou planétou, no vyčerpali sa zásoby plynu používaného v systéme orientácie a stabilizácie, preto boli 17 marca 1975 diaľkovým povelom vypnuté kamery a potom sa automaticky vypli i ostatné systémy. Výsledky tejto svojho času najzložitejšej medzinárodnej výpravy boli naozaj jedinečné. Zatiaľ chýba konkrétny plán na vyslanie podobnej výpravy k Merkúru.