مارينر 1

كانت مارينر 1 أول مركبة فضائية ضمن برنامج مارينر بين الكواكب التابع لناسا ، وقد صُممت لإجراء أول تحليق أمريكي بالقرب من كوكب الزهرة . طُوّرت مارينر 1 في مختبر الدفع النفاث ، وكان من المخطط لها في الأصل أن تكون مسبارًا مصممًا خصيصًا لهذا الغرض، يُطلق صيف عام 1962، إلا أن تصميمها عُدّل عندما تبيّن عدم توفر مركبة سنتور في ذلك الوقت المبكر. بعد ذلك، جرى تعديل مارينر 1 وشقيقتها مارينر 2 من مركبة رينجر القمرية الأخف وزنًا. حملت مارينر 1 مجموعة من التجارب لتحديد درجة حرارة كوكب الزهرة، بالإضافة إلى قياس المجالات المغناطيسية والجسيمات المشحونة بالقرب من الكوكب وفي الفضاء بين الكواكب .

أُطلق القمر الصناعي مارينر 1 بواسطة صاروخ أطلس-أجينا من منصة الإطلاق رقم 12 في كيب كانافيرال في 22 يوليو 1962. بعد الإطلاق بفترة وجيزة، تسببت أخطاء في الاتصال بين الصاروخ وأنظمة التوجيه الأرضية في انحرافه عن مساره، ما استدعى تدميره من قبل فرق السلامة . وقد تبين أن هذه الأخطاء ناتجة عن خطأ في تحديد معادلات التوجيه المكتوبة بخط اليد، والتي تم تدوينها لاحقًا في برنامج الحاسوب.

مع اندلاع الحرب الباردة ، شرعت القوتان العظميان آنذاك ، الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي ، في برامج فضائية طموحة بهدف إظهار التفوق العسكري والتكنولوجي والسياسي. ^{[ 1 ]} أطلق السوفيت سبوتنيك 1 ، أول قمر صناعي يدور حول الأرض، في 4 أكتوبر 1957. وحذا الأمريكيون حذوهم بإطلاق إكسبلورر 1 في 1 فبراير 1958، وفي ذلك الوقت كان السوفيت قد أطلقوا أول حيوان يدور حول الأرض، لايكا، في سبوتنيك 2. وبعد الوصول إلى مدار الأرض، تحول التركيز إلى أن يكونوا أول من يصل إلى القمر. وشمل برنامج بايونير للأقمار الصناعية ثلاث محاولات قمرية غير ناجحة في عام 1958. وفي أوائل عام 1959، كان لونا 1 السوفيتي أول مسبار يحلق بالقرب من القمر، تبعه لونا 2 ، أول جسم اصطناعي يصطدم بالقمر. ^{[ 2 ]}

بعد التواصل مع القمر، حوّلت القوى العظمى تركيزها إلى الكواكب. وباعتبار الزهرة أقرب كوكب إلى الأرض، فقد مثّلت هدفًا جذابًا لرحلات الفضاء بين الكواكب. ^{[ 3 ] : 172} كل 19 شهرًا، يصل كوكب الزهرة والأرض إلى مواقع نسبية في مداريهما حول الشمس بحيث يتطلب الانتقال من كوكب إلى آخر الحد الأدنى من الوقود. تُشكّل هذه الفرص الوقت الأمثل لإطلاق مركبات فضائية استكشافية، باستخدام مسار يُسمى مدار هوهمان الانتقالي .

سنحت أول فرصة من هذا القبيل في سباق الفضاء أواخر عام 1957، قبل أن تمتلك أي من القوتين العظميين التكنولوجيا اللازمة لاستغلالها. أما الفرصة الثانية، حوالي يونيو 1959، فكانت على حافة الجدوى التكنولوجية، وكان مختبر تكنولوجيا الفضاء (STL) ، المتعاقد مع القوات الجوية الأمريكية، يعتزم استغلالها. تضمنت خطة وُضعت في يناير 1959 مركبتين فضائيتين مُطوّرتين من مسباري بايونير الأولين، إحداهما تُطلق بواسطة صاروخ ثور-إيبل ، والأخرى بواسطة صاروخ أطلس-إيبل الذي لم يكن قد جُرّب بعد . ^{[ 4 ]} لم يتمكن مختبر تكنولوجيا الفضاء من إكمال المسبارين قبل يونيو، ^{[ 5 ]} وبالتالي فاتته نافذة الإطلاق . أُعيد استخدام مسبار ثور-إيبل ليصبح مستكشف الفضاء السحيق بايونير 5 ، الذي أُطلق في 11 مارس 1960، وصُمم للحفاظ على الاتصالات مع الأرض حتى مسافة 32 مليون كيلومتر (20,000,000 ميل) أثناء رحلته نحو مدار كوكب الزهرة. ^{[ 6 ]} (أُعيد استخدام مفهوم مسبار أطلس إيبل في مسباري بايونير أطلس القمريين اللذين لم ينجحا). ^{[ 7 ]} لم تُرسل أي مهمات أمريكية خلال فرصة أوائل عام 1961. أطلق الاتحاد السوفيتي فينيرا 1 في 12 فبراير 1961، وفي 19-20 مايو أصبح أول مسبار يحلق بالقرب من كوكب الزهرة؛ ومع ذلك، توقف عن الإرسال في 26 فبراير. ^{[ 8 ]}  

في صيف عام 1962، تعاقدت وكالة ناسا مع مختبر الدفع النفاث (JPL) في يوليو 1960 ^{[ 3 ] : 172} لتطوير مركبة فضائية تُدعى "مارينر أ"، تزن 570 كيلوغرامًا (1250 رطلًا)، ليتم إطلاقها باستخدام مركبة أطلس سنتور التي كانت قيد التطوير آنذاك . وبحلول أغسطس 1961، اتضح أن سنتور لن تكون جاهزة في الوقت المحدد. اقترح مختبر الدفع النفاث على ناسا إمكانية إنجاز المهمة بمركبة فضائية أخف وزنًا باستخدام أطلس أجينا الأقل قوة ولكنها جاهزة للعمل . واقتُرح استخدام مركبة هجينة تجمع بين مارينر أ ومركبة رينجر القمرية من الجيل الأول التابعة لمختبر الدفع النفاث، والتي كانت قيد التطوير بالفعل. وافقت ناسا على الاقتراح، وبدأ مختبر الدفع النفاث برنامجًا مكثفًا لمدة 11 شهرًا لتطوير "مارينر ر" (التي سُميت بهذا الاسم لأنها مشتقة من رينجر). وكانت مارينر 1 أول مركبة مارينر ر يتم إطلاقها. ^{[ 9 ]}  

تم بناء ثلاث مركبات فضائية من طراز مارينر آر: اثنتان للإطلاق وواحدة لإجراء الاختبارات، والتي كان من المقرر استخدامها أيضًا كمركبة احتياطية. ^{[ 3 ] : 174} إلى جانب قدراتها العلمية، كان على مارينر أيضًا إرسال البيانات إلى الأرض من مسافة تزيد عن 42 مليون كيلومتر (26,000,000 ميل) ، وأن تتحمل إشعاعًا شمسيًا ضعف شدته في مدار الأرض. ^{[ 3 ] : 176}  

بناء

كان وزن جميع مركبات مارينر آر الفضائية الثلاث، بما فيها مارينر 1، ضمن نطاق 1.4 كيلوغرام من وزن التصميم البالغ 203 كيلوغرامات، منها 184 كيلوغرامًا مخصصة للأنظمة غير التجريبية : أنظمة المناورة ، والوقود، ومعدات الاتصالات لاستقبال الأوامر ونقل البيانات. وبعد نشرها بالكامل في الفضاء، مع فرد لوحتيها الشمسيتين، بلغ ارتفاع مارينر آر 3.7 مترًا وعرضها 5.0 مترًا . وكان جسم المركبة الرئيسي سداسيًا، ويضم ستة صناديق منفصلة للمعدات الإلكترونية والكهروميكانيكية .          

• اثنان من الحالات شكلا نظام الطاقة: مفاتيح التبديل التي تنظم وتنقل الطاقة من 9800 خلية شمسية إلى بطارية تخزين الفضة والزنك القابلة لإعادة الشحن التي تزن 33.3 رطل (15.1 كجم) بقدرة 1000 وات ^{[ 10 ] .}  
• وشملت اثنتان أخريان جهاز استقبال الراديو ، وجهاز إرسال بقوة ثلاثة واط ، وأنظمة تحكم لتجارب مارينر.
• أما العلبة الخامسة فكانت تحتوي على إلكترونيات لتحويل البيانات التناظرية التي تتلقاها التجارب إلى بيانات رقمية لإرسالها.
• احتوت الحقيبة السادسة على الجيروسكوبات الثلاثة التي حددت اتجاه مارينر في الفضاء. كما احتوت على الحاسوب المركزي وجهاز التسلسل، وهما بمثابة "عقل" المركبة الفضائية الذي نسق جميع أنشطتها وفقًا لرمز موجود في ذاكرتها وجدول زمني مُحدد بواسطة ساعة إلكترونية مضبوطة على أجهزة على الأرض. ^{[ 3 ] : 175}

في الجزء الخلفي من المركبة الفضائية، تم تركيب محرك صاروخي أحادي الوقود ( هيدرازين لا مائي ) بقوة 225 نيوتن ^{[ 10 ]} لتصحيح المسار. وحافظ نظام تثبيت يعمل بغاز النيتروجين، ويتكون من عشر فوهات نفاثة يتم التحكم بها بواسطة الجيروسكوبات الموجودة على متن المركبة، ومستشعرات الشمس، ومستشعرات الأرض، على توجيه مارينر بشكل صحيح لاستقبال البيانات وإرسالها إلى الأرض. ^{[ 3 ] : 175}

تم تركيب الهوائي المكافئ الرئيسي عالي الكسب أسفل مركبة مارينر الفضائية، وكان موجهًا نحو الأرض. وكان هناك هوائي متعدد الاتجاهات أعلى المركبة يبث إشارات عند انحرافها عن وضعها الصحيح، وذلك للحفاظ على الاتصال بالأرض؛ ونظرًا لكونه هوائيًا غير مركز، فإن إشارته ستكون أضعف بكثير من إشارة الهوائي الرئيسي. كما زُودت مارينر بهوائيات صغيرة على كل جناح لاستقبال الأوامر من المحطات الأرضية. ^{[ 3 ] : 175-176}

كان التحكم في درجة الحرارة سلبيًا، باستخدام مكونات معزولة وعاكسة للغاية، ونشطًا، باستخدام فتحات تهوية لحماية الغلاف الذي يحمل الحاسوب الداخلي. عند بناء أولى مركبات مارينر، لم تكن هناك غرفة بيئية لمحاكاة البيئة الشمسية القريبة من كوكب الزهرة، لذا لم يكن بالإمكان اختبار فعالية تقنيات التبريد هذه إلا خلال المهمة الفعلية. ^{[ 3 ] : 176}

حزمة علمية

خلفية

عند انطلاق مشروع مارينر، لم تكن خصائص كوكب الزهرة معروفة على وجه اليقين. فقد حال غلافه الجوي المعتم دون دراسة سطحه باستخدام التلسكوب . ولم يكن معروفًا ما إذا كان هناك ماء تحت السحب، على الرغم من رصد كمية ضئيلة من بخار الماء فوقها. وكان معدل دوران الكوكب غير مؤكد، مع أن علماء مختبر الدفع النفاث (JPL) استنتجوا من خلال رصد الرادار أن الزهرة يدور ببطء شديد مقارنة بالأرض، مما عزز الفرضية القديمة ^{[ 11 ]} (التي دُحضت لاحقًا) ^{[ 12 ]} القائلة بأن الكوكب مقيد مدّيًا بالنسبة للشمس كما هو الحال بالنسبة للقمر بالنسبة للأرض. ^{[ 13 ]} لم يُرصد أي أكسجين في غلاف الزهرة الجوي، مما يشير إلى عدم وجود حياة كما هي موجودة على الأرض. وقد تبيّن أن غلاف الزهرة الجوي يحتوي على ثاني أكسيد الكربون بما لا يقل عن 500 ضعف ما يحتويه غلاف الأرض الجوي. تشير هذه المستويات المرتفعة نسبياً إلى أن الكوكب قد يكون عرضة لظاهرة الاحتباس الحراري الجامح ، حيث تصل درجات حرارة سطحه إلى 600 كلفن (327 درجة مئوية؛ 620 درجة فهرنهايت) ، ولكن لم يتم تحديد ذلك بشكل قاطع بعد. ^{[ 9 ] : 7-8}   

ستتمكن المركبة الفضائية مارينر من التحقق من الفرضية الأخيرة عن طريق قياس درجة حرارة كوكب الزهرة عن قرب؛ ^{[ 14 ]} وفي الوقت نفسه، ستتمكن المركبة من تحديد ما إذا كان هناك تباين كبير بين درجات الحرارة ليلاً ونهاراً. ^{[ 9 ] : 331} ويمكن لمقياس مغناطيسي مثبت على متن المركبة ومجموعة من كاشفات الجسيمات المشحونة تحديد ما إذا كان كوكب الزهرة يمتلك مجالاً مغناطيسياً ملحوظاً أو ما يُشابه أحزمة فان ألين على الأرض . ^{[ 14 ]}

بما أن مركبة مارينر الفضائية ستقضي معظم رحلتها إلى كوكب الزهرة في الفضاء بين الكواكب، فقد أتاحت المهمة أيضًا فرصةً لقياس الرياح الشمسية للجسيمات المشحونة على المدى الطويل، ورسم خرائط التغيرات في الغلاف المغناطيسي للشمس . كما أمكن استكشاف تركيز الغبار الكوني خارج نطاق الأرض. ^{[ 3 ] : 176}

التجارب

تضمنت التجارب التي أجريت لقياس كوكب الزهرة والفضاء بين الكواكب ما يلي:

• ميكروفون بلوري لقياس كثافة الغبار الكوني، مثبت على الإطار المركزي.
• كاشف بروتونات لحساب البروتونات منخفضة الطاقة في الرياح الشمسية، مثبت أيضًا على الإطار المركزي.
• أنبوبان من نوع جايجر-مولر (GM) وغرفة تأين ، لقياس الجسيمات المشحونة عالية الطاقة في الفضاء بين الكواكب وفي ما يُعادل حزام فان ألين على كوكب الزهرة (والذي تبيّن لاحقًا عدم وجوده). وقد رُكّبت هذه الأجهزة على المحور الطولي لمركبة مارينر لتجنب المجالات المغناطيسية لأجهزة التحكم، وكذلك الإشعاع الثانوي الناتج عن اصطدام الأشعة الكونية بالهيكل المعدني للمركبة الفضائية.
• أنبوب GM ذو غرض خاص من شركة Anton، لقياس الإشعاع ذي الطاقة المنخفضة، وخاصة بالقرب من كوكب الزهرة، مثبت أيضًا بعيدًا عن الإطار المركزي.
• مقياس مغناطيسي ثلاثي المحاور ^{[ 10 ]} لقياس المجالات المغناطيسية للشمس والزهرة، مثبت أيضًا بعيدًا عن الإطار المركزي.
• مقياس إشعاع ميكروويف ، وهو عبارة عن هوائي مكافئ قطره 510 مم (20 بوصة ) وعمقه 76 مم ( 3 بوصات ) ، مصمم لمسح كوكب الزهرة صعودًا وهبوطًا بطولين موجيين ميكروويفيين (19 مم و13.5 مم)، حيث يتباطأ ويعكس اتجاهه عند رصد بقعة ساخنة. يُستخدم الطول الموجي 19 مم لقياس درجة حرارة سطح الكوكب، بينما يُستخدم الطول الموجي 13.5 مم لقياس درجة حرارة قمم سحب الزهرة. تم تركيب الجهاز فوق الإطار المركزي مباشرةً.      
• مستشعران بصريان يعملان بالأشعة تحت الحمراء لقياس درجة حرارة كوكب الزهرة بالتوازي، أحدهما عند 8 إلى 9 ميكرون ، والآخر عند 10-10.8 ميكرون، مثبتان أيضًا فوق الإطار المركزي. ^{[ 3 ] [ 9 ] : 9 [ 14 ]}

لم تتضمن أي من مركبات مارينر آر الفضائية كاميرا لالتقاط الصور المرئية. ونظرًا لمحدودية مساحة الحمولة، اعتبر علماء المشروع الكاميرا رفاهية غير ضرورية، غير قادرة على تقديم نتائج علمية مفيدة. وقد ناضل كارل ساغان ، أحد علماء مارينر آر، دون جدوى من أجل إدراجها، مشيرًا إلى أنه ليس من المحتمل فقط وجود فجوات في طبقة السحب على كوكب الزهرة، بل "يمكن للكاميرات أيضًا الإجابة على أسئلة لم نكن قادرين على طرحها أصلًا". ^{[ 15 ]}

خطة الطيران والعمليات الأرضية

تم تحديد نافذة إطلاق مارينر، المقيدة بالعلاقة المدارية بين الأرض والزهرة وقيود صاروخ أطلس أجينا، لتكون ضمن فترة 51 يومًا من 22 يوليو إلى 10 سبتمبر. ^{[ 3 ] : 174} وكانت خطة رحلة مارينر تقضي بإطلاق المركبتين الفضائيتين العاملتين باتجاه الزهرة خلال 30 يومًا ضمن هذه النافذة، سالكتين مسارين مختلفين قليلًا بحيث تصلان إلى الكوكب المستهدف في غضون تسعة أيام من بعضهما، بين 8 و16 ديسمبر. ^{[ 16 ]} وكان مجمع الإطلاق رقم 12 في كيب كانافيرال هو الوحيد المتاح لإطلاق صواريخ أطلس أجينا، واستغرق تجهيز صاروخ أطلس أجينا للإطلاق 24 يومًا. هذا يعني أن هامش الخطأ المتاح لجدول الإطلاق المزدوج لم يتجاوز 27 يومًا. ^{[ 3 ] : 174}

يُطلق كل مسبار مارينر إلى مدار انتظار ، وعندها يُعاد تشغيل محرك أجينا القابل لإعادة التشغيل، ليُرسل مارينر في طريقه إلى كوكب الزهرة (مع تصحيح أي أخطاء في المسار عن طريق تشغيل محركات مارينر الداخلية في منتصف المسار). ^{[ 9 ] : 66-67.} يُوفر نطاق صواريخ الأطلسي تتبعًا راداريًا فوريًا لمركبة مارينر الفضائية أثناء وجودها في مدار الانتظار وعند مغادرتها، وذلك من خلال محطات في أسنسيون وبريتوريا ، بينما يُوفر مرصد بالومار تتبعًا بصريًا. أما دعم الفضاء السحيق فيُوفره ثلاث محطات تتبع واتصالات في غولدستون، كاليفورنيا ، ووميرا، أستراليا ، وجوهانسبرغ، جنوب إفريقيا ، تفصل بين كل منها على سطح الأرض حوالي 120 درجة لتغطية مستمرة. ^{[ 9 ] : 231-233}

كان من المقرر إطلاق مارينر 1 في الساعات الأولى من صباح يوم 21 يوليو 1962. إلا أن عدة تأخيرات ناجمة عن خلل في نظام التحكم بسلامة المدار أدت إلى تأخير بدء العد التنازلي حتى الساعة 11:33 مساءً بتوقيت شرق الولايات المتحدة في الليلة السابقة. وفي الساعة 2:20 صباحًا، أي قبل 79 دقيقة فقط من الإطلاق، تسبب احتراق أحد الصمامات في دوائر السلامة في المدار في إلغاء الإطلاق. أُعيد ضبط العد التنازلي في تلك الليلة، واستمر مع عدة توقفات، بعضها مُخطط له والبعض الآخر غير مُخطط له، من الساعة 11:08 مساءً وحتى الساعات الأولى من صباح اليوم التالي.

في تمام الساعة 9:21:23 صباحًا من يوم 22 يوليو 1962، انطلق صاروخ أطلس-أجينا التابع للمركبة مارينر 1 من منصة الإطلاق LC-12. سارت عملية الإطلاق وفقًا للخطة الموضوعة حتى لحظة انفصال الصاروخ المعزز. خلال مرحلة الدفع المستمر، بدأ نظام التوجيه بإصدار تعليمات توجيه غير صحيحة، مما تسبب في انحراف صاروخ أطلس يمينًا ويسارًا. بدأ مساره يتجه نحو الأسفل وإلى يسار المسار المفترض، مما خلق خطر اصطدامه بممرات الشحن المزدحمة في المحيط الأطلسي. في تمام الساعة 9:26:16 صباحًا، أي قبل ست ثوانٍ فقط من الموعد المقرر لانفصال المرحلة الثانية من صاروخ أجينا عن صاروخ أطلس، وهي اللحظة التي لم يعد فيها تدمير الصاروخ ممكنًا، أمر مسؤول السلامة في موقع الإطلاق الصاروخ بالتدمير الذاتي، وهو ما حدث بالفعل. كان نظام إنهاء رحلة أطلس مصممًا أيضًا لتدمير أجينا في حال تفعيله، ولكن أجينا لم يكن لديه نظام إنهاء رحلة خاص به، وبالتالي لم يكن من الممكن تدميره بعد توقف أطلس عن العمل. استمرت إشارات القياس عن بُعد الواردة من المسبار لمدة دقيقة ونصف أخرى. اعتقد جاك جيمس، مدير برنامج مارينر، أن تدمير الصاروخ كان غير ضروري، وأنه ما كان ليسقط إلا في وسط المحيط. ^{[ 9 ] : 87}

شكّل فقدان أول مركبة فضائية أمريكية بين الكواكب خسارةً لوكالة ناسا بلغت 18.5 مليون دولار (ما يعادل تقريبًا 196,900,000 دولار بأسعار عام 2026). ^{[ 20 ]} وقد أبرز هذا الحادث أهمية إجراء فحص شامل للبرمجيات قبل الإطلاق، بالإضافة إلى ضرورة تصميم البرامج بحيث لا تتسبب الأخطاء البسيطة في أعطال كارثية. وقد أثبتت الإجراءات التي تم تطبيقها نتيجةً لذلك فعاليتها لوكالة ناسا، وأنقذت في نهاية المطاف عمليات الهبوط على سطح القمر ضمن مشروع أبولو ؛ فعلى الرغم من وجود أخطاء برمجية في برنامج وحدة الهبوط القمرية أثناء الهبوط، إلا أنها لم تتسبب في فشل المهمة. ^{[ 21 ]}

بعد اكتشاف الخطأ المنطقي سريعًا، ^{[ 22 ]} لم يكن هناك داعٍ لأي تأخير غير مبرر. كانت المركبة الفضائية مارينر 2 المطابقة جاهزة بالفعل، وكان من الممكن إطلاقها مرة أخرى من نفس المنصة قبل نهاية أغسطس. ^{[ 23 ]} في 27 أغسطس 1962، أُطلقت المركبة الفضائية الشقيقة لمارينر 1 بنجاح، لتصبح أول مركبة فضائية تُعيد بيانات من جوار كوكب الزهرة في 14 ديسمبر 1962. ^{[ 3 ] : 171، 177}

• قائمة البعثات إلى كوكب الزهرة
• قائمة أخطاء البرامج

• مقال ناسا عن المركبة الفضائية مارينر 1، مؤرشف بتاريخ 1 أبريل 2022، على موقع Wayback Machine.
• نبذة عن مهمة مارينر 1 من قسم استكشاف النظام الشمسي التابع لناسا
• ملخص المخاطر: تفاصيل حول فشل مارينر 1