水手(shou)4號(Mariner 4)是(shi)美國(guo)發(fa)射(she)的一(yi)系列以飛(fei)越(yue)方式(shi)進行(xing)的星際探險中的第(di)(di)(di)4個火(huo)星探測器(qi),并(bing)且(qie)是(shi)第(di)(di)(di)一(yi)個成(cheng)功飛(fei)越(yue)火(huo)星的太(tai)空船(chuan)。它在1964年11月28日發(fa)射(she)。它回(hui)傳了(le)第(di)(di)(di)一(yi)張火(huo)星表面的照片(pian),并(bing)且(qie)是(shi)第(di)(di)(di)一(yi)張從(cong)除(chu)了(le)地球(qiu)以外(wai)另外(wai)一(yi)個行(xing)星上拍的照片(pian)。同(tong)時,這張充滿了(le)隕石坑、死寂(ji)世界的照片(pian),震驚了(le)科學界。
水(shui)(shui)手4號(hao)(hao)是由美國(guo)(guo)宇(yu)(yu)航局設計制造的(de)第(di)2個火星(xing)(xing)探測器,它是在美國(guo)(guo)與蘇聯(lian)的(de)冷戰對(dui)抗時期誕生的(de)產物,于1964年11月28日發射。1964年美國(guo)(guo)發射了“水(shui)(shui)手4號(hao)(hao)”火星(xing)(xing)探測器,從距離火星(xing)(xing)1萬公(gong)里(li)處拍攝了21幅照片,成為(wei)人類第(di)一(yi)個成功到達火星(xing)(xing)的(de)無人宇(yu)(yu)宙(zhou)飛船(chuan)。“水(shui)(shui)手4號(hao)(hao)”總(zong)花費(fei)約為(wei)8230萬美元。整個系列的(de)水(shui)(shui)手號(hao)(hao)太空船(chuan)(從水(shui)(shui)手1號(hao)(hao)至水(shui)(shui)手10號(hao)(hao))的(de)總(zong)研究、開發、發射及支援花費(fei)接(jie)近(jin)5.54億美元。
水手4號的(de)(de)(de)設計(ji),為執行(xing)近(jin)距離火星(xing)科學觀(guan)測(ce)(ce),并(bing)將結果(guo)傳回地球。其它的(de)(de)(de)任務目標,包括在(zai)火星(xing)附近(jin)執行(xing)行(xing)星(xing)際的(de)(de)(de)地表及粒子(zi)測(ce)(ce)量,并(bing)提供行(xing)長途星(xing)際飛(fei)行(xing)的(de)(de)(de)工(gong)程技術的(de)(de)(de)經驗及知識。
水手4號太空船由(you)八角(jiao)形鎂合金結構組成(cheng),對角(jiao)線(xian)(xian)長度1270公(gong)厘(li),高(gao)度457公(gong)厘(li)。上面有四個(ge)長度為6.88米的(de)(de)太陽(yang)能面板,上方亦置(zhi)有一直徑(jing)1168公(gong)厘(li)的(de)(de)高(gao)增益碟形天線(xian)(xian)(parabolic antenna)。一個(ge)低(di)增益全向天線(xian)(xian)(omnidirectional antenna)置(zhi)于高(gao)增益天線(xian)(xian)旁(pang)的(de)(de)一2235公(gong)厘(li)高(gao)天線(xian)(xian)桿。太空船總高(gao)度為2.89米。太空船底部(bu)的(de)(de)中間有一個(ge)電視相(xiang)機(ji)(television camera)置(zhi)于掃描平(ping)臺(scan platform)上。八角(jiao)形框(kuang)架(jia)里(li)容納了電子器材、纜線(xian)(xian)、中途推(tui)進(jin)系統(midcourse propulsion system)、及(ji)姿勢控制氣體供應調節器。大(da)部(bu)份的(de)(de)科學(xue)儀器置(zhi)于框(kuang)架(jia)的(de)(de)外面。科學(xue)儀器,除(chu)了電視相(xiang)機(ji)之外,還有磁力計、塵埃偵測(ce)器、宇宙(zhou)射線(xian)(xian)望遠鏡(jing)、(trapped radiation detector)、太陽(yang)等(deng)離子偵測(ce)器(solar plasma probe)及(ji)離子室(蓋格計數器)。
電(dian)(dian)力由(you)(you)四個(ge)(ge)(ge)170×90厘(li)米的(de)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)面板里(li)的(de)28,224個(ge)(ge)(ge)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)提(ti)供(gong),在火(huo)星(xing)上總共(gong)可(ke)提(ti)供(gong)310瓦(wa)電(dian)(dian)力。一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)可(ke)充電(dian)(dian)的(de)1200瓦(wa)小(xiao)時的(de)銀─鋅電(dian)(dian)池(chi)也可(ke)做操縱及(ji)(ji)備份用。單元推進劑聯氨(an)用來推進,借由(you)(you)裝于八(ba)角(jiao)形(xing)結構的(de)一(yi)(yi)邊上的(de)1個(ge)(ge)(ge)4噴(pen)射(she)(she)翼片引導控制(zhi)222牛頓馬達。姿勢控制(zhi)由(you)(you)置(zhi)于太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)板底部及(ji)(ji)3個(ge)(ge)(ge)回轉儀(yi)的(de)12個(ge)(ge)(ge)冷氨(an)氣(qi)噴(pen)嘴提(ti)供(gong)。太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)輻(fu)射(she)(she)壓力翼片(Solar pressure vanes)每(mei)片各有0.65平方米面積,附(fu)在太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)板的(de)尖端。位置(zhi)資(zi)訊由(you)(you)四個(ge)(ge)(ge)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)感應(ying)器(qi)(qi)、一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)地球感應(ying)器(qi)(qi)、一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)火(huo)星(xing)感應(ying)器(qi)(qi)及(ji)(ji)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)船底座(zuo)α(老人星(xing))提(ti)供(gong)。
由一(yi)個雙(shuang)S頻7瓦triode cavity amp/10 W TWTA 發射器(qi)及(ji)(ji)一(yi)個單接受器(qi)組成,可(ke)(ke)(ke)由低、高增益(yi)天線以(yi)(yi)8?或33?位元/秒速(su)度傳送(song)及(ji)(ji)接收資(zi)(zi)料。資(zi)(zi)料也可(ke)(ke)(ke)儲(chu)存(cun)于一(yi)個容量(liang)為(wei)5.24 MBits的磁帶記錄器(qi)(tape recorder),稍后(hou)再傳送(song)。所(suo)有的動(dong)作由一(yi)個指(zhi)令子系(xi)統控制,可(ke)(ke)(ke)處理(li)任何29個direct command words或3個quantitative word commands,實(shi)施中(zhong)途操(cao)(cao)縱功能。中(zhong)央處理(li)電腦及(ji)(ji)定序器(qi)(sequencer)操(cao)(cao)作已儲(chu)存(cun)的時(shi)間序列指(zhi)令(time-sequence commands),以(yi)(yi)38.4kHz的同步頻率做為(wei)時(shi)間參考。溫度的控制借由使用可(ke)(ke)(ke)調整的天窗、多層(ceng)隔熱(re)毯(tan)、鋁護(hu)罩及(ji)(ji)表面處理(li)達(da)成。
在(zai)上(shang)世紀六七十年(nian)代(dai)與蘇(su)聯的(de)太空競賽中,美國在(zai)火(huo)星探(tan)測(ce)(ce)(ce)方面取得了不(bu)俗的(de)成績。在(zai)“水(shui)手(shou)3號”遭遇失敗后,1965年(nian)發射的(de)“水(shui)手(shou)4號”成功(gong)地飛(fei)掠了火(huo)星,完成了人類使用航天器對火(huo)星進行的(de)首次探(tan)測(ce)(ce)(ce)。所謂飛(fei)掠探(tan)測(ce)(ce)(ce),是(shi)指探(tan)測(ce)(ce)(ce)器飛(fei)行到距(ju)離火(huo)星較近的(de)地方進行一段時間的(de)探(tan)測(ce)(ce)(ce)后隨即離開。這樣的(de)探(tan)測(ce)(ce)(ce)對變軌技術的(de)要求相對較低(di),是(shi)火(huo)星探(tan)測(ce)(ce)(ce)的(de)“初級階段”。
“水手4號(hao)”傳回了(le)(le)22張火星(xing)表面的(de)照片,使人(ren)們觀察到了(le)(le)大(da)小不(bu)等的(de)環形(xing)山等地貌。同時,“水手4號(hao)”發現火星(xing)的(de)大(da)氣密度較(jiao)(jiao)低,存(cun)在電(dian)離層,沒(mei)有(you)較(jiao)(jiao)強的(de)內(nei)稟磁場(chang),因(yin)此也就不(bu)存(cun)在磁層中(zhong)的(de)輻射帶。這(zhe)些發現都與人(ren)們之前設想的(de)情況(kuang)相反。
發射(she)后,包覆水手4號的(de)保護罩被(bei)拋棄。世界標準時(shi)間1964年11月28日(ri) 14:27:23,Agena D/Mariner 4從Atlas D推進(jin)器分離(li)(li)。Agenea D的(de)第一次(ci)燃燒從14:28:14至14:30:38,將太空(kong)船推到了地球停泊軌道(dao)(Earth parking orbit),第二(er)次(ci)燃燒從15:02:53至15:04:28,將太空(kong)船投入火星轉移軌道(dao)(Mars transfer orbit)。水手4號于15:07:09從Agena D分離(li)(li)并開(kai)(kai)始巡航模式運(yun)轉。15:15:00,太陽(yang)(yang)能板展開(kai)(kai),掃描平(ping)臺拉開(kai)(kai),16分鐘之后獲(huo)捕太陽(yang)(yang)(Sun acquisition)。
在包括一次(ci)(ci)1964年(nian)12月(yue)(yue)(yue)(yue)5日(ri)的(de)(de)中途(tu)操縱(midcourse maneuver)在內的(de)(de)7.5個月(yue)(yue)(yue)(yue)航(hang)程(cheng)后(hou),太(tai)(tai)空船于(yu)(yu)1965年(nian)7月(yue)(yue)(yue)(yue)14日(ri)、7月(yue)(yue)(yue)(yue)15日(ri)飛越火(huo)星(xing)(xing)。7月(yue)(yue)(yue)(yue)14日(ri)15:41:49 UT啟動(dong)行星(xing)(xing)科學模式。相(xiang)機序列從7月(yue)(yue)(yue)(yue)15日(ri)00:18:36 UT(7月(yue)(yue)(yue)(yue)14日(ri)美(mei)國(guo)東海(hai)岸時(shi)間(jian)下(xia)午7:18:49)以交替紅綠濾鏡取得21張照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)(pian)及第22張照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)(pian)的(de)(de)前21行。相(xiang)片(pian)(pian)(pian)涵(han)蓋了火(huo)星(xing)(xing)地(di)(di)表上(shang)斷續的(de)(de)長列,從接(jie)近40°N, 170° E到 35°S, 200°E,and then across to the terminator at 50° S, 255° E,相(xiang)當(dang)(dang)于(yu)(yu)這(zhe)顆行星(xing)(xing)的(de)(de)1%表面。最(zui)接(jie)近火(huo)星(xing)(xing)表面的(de)(de)距離為9846公里,當(dang)(dang)時(shi)為1965年(nian)7月(yue)(yue)(yue)(yue)15日(ri)01:00:57 UT (7月(yue)(yue)(yue)(yue)14日(ri)美(mei)國(guo)東海(hai)岸時(shi)間(jian)下(xia)午8:00:57)飛越期間(jian)取得的(de)(de)照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)(pian)儲存于(yu)(yu)太(tai)(tai)空船上(shang)的(de)(de)磁帶(dai)記錄器中。02:19:11 UT,水手4號(hao)通過(guo)火(huo)星(xing)(xing)背面,無線(xian)電訊(xun)(xun)息因而消(xiao)失。訊(xun)(xun)號(hao)于(yu)(yu)03:13:04 UT太(tai)(tai)空船重(zhong)新(xin)出現(xian)后(hou),再(zai)次(ci)(ci)取得。再(zai)度啟動(dong)巡航(hang)模式。訊(xun)(xun)號(hao)再(zai)次(ci)(ci)取得后(hou)約8.5小時(shi),磁帶(dai)中的(de)(de)照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)(pian)開(kai)始(shi)傳(chuan)回地(di)(di)球(qiu),并且一直持(chi)續至8月(yue)(yue)(yue)(yue)3日(ri)。所有(you)的(de)(de)照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)(pian)都(dou)傳(chuan)送兩次(ci)(ci)以確保沒有(you)資料遺(yi)失或損毀。
任(ren)務(wu)(wu)中所(suo)有(you)傳回(hui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)資(zi)料(liao)(liao)共計5.2 MBits。所(suo)有(you)操作的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實驗都成(cheng)功(gong),除了(le)(le)離子(zi)室/蓋格計數器(qi)(qi)在(zai)(zai)(zai)(zai)1965年2月壞(huai)掉(diao)(diao)以及等(deng)離子(zi)偵(zhen)測器(qi)(qi)因電阻在(zai)(zai)(zai)(zai)1964年12月6日(ri)(ri)(ri)(ri)(ri)壞(huai)掉(diao)(diao)而(er)效能降低。傳回(hui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)照片(pian)顯示類似(si)月球(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)隕石坑地(di)(di)(di)貌(mao)(在(zai)(zai)(zai)(zai)后(hou)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)任(ren)務(wu)(wu)中發現(xian)這(zhe)在(zai)(zai)(zai)(zai)火(huo)(huo)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)(shang)并不是典型的(de)(de)(de)(de)(de)(de),而(er)只(zhi)是存在(zai)(zai)(zai)(zai)于水(shui)手(shou)4號拍攝到(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)古老地(di)(di)(di)區)。此(ci)次任(ren)務(wu)(wu)中估(gu)計表面大(da)氣壓為4.1至7.0毫巴(410~700帕斯卡),白天氣溫攝氏(shi)-100度(du)(du),沒(mei)有(you)偵(zhen)測到(dao)(dao)磁場。隕石坑與(yu)薄大(da)氣層顯示出一個(ge)相當(dang)不活(huo)躍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)行(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)暴露在(zai)(zai)(zai)(zai)嚴峻(jun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)太空(kong)(kong)中,使在(zai)(zai)(zai)(zai)火(huo)(huo)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)(shang)找尋智慧(hui)生物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)希望基本上(shang)(shang)破滅。火(huo)(huo)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生命曾(ceng)經是幾世紀以來科幻小說的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主題,但在(zai)(zai)(zai)(zai)水(shui)手(shou)4號任(ren)務(wu)(wu)后(hou),一般認(ren)為如果火(huo)(huo)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)(shang)有(you)生命,它(ta)(ta)大(da)概(gai)會以更小、更簡單(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)式存在(zai)(zai)(zai)(zai)。水(shui)手(shou)4號導致了(le)(le)科幻小說的(de)(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)變(bian),從原本描(miao)述有(you)智慧(hui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)外星(xing)(xing)(xing)(xing)人(ren)居(ju)住在(zai)(zai)(zai)(zai)太陽(yang)系其(qi)它(ta)(ta)行(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)(shang),到(dao)(dao)后(hou)來改(gai)為描(miao)述他們居(ju)住在(zai)(zai)(zai)(zai)其(qi)它(ta)(ta)恒星(xing)(xing)(xing)(xing)系統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)行(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)(shang)。太空(kong)(kong)船(chuan)成(cheng)功(gong)地(di)(di)(di)執行(xing)了(le)(le)所(suo)有(you)規劃的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)動(dong),并且(qie)回(hui)傳了(le)(le)有(you)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)資(zi)料(liao)(liao)從發射至1965年10月1日(ri)(ri)(ri)(ri)(ri),當(dang)時(shi)(shi)距離地(di)(di)(di)球(qiu)309.2百萬公(gong)里(li)而(er)天線方(fang)向使訊(xun)號取得(de)暫時(shi)(shi)停止。資(zi)料(liao)(liao)獲取(Data acquisition)從1967年底回(hui)復。宇宙塵埃偵(zhen)測器(qi)(qi)在(zai)(zai)(zai)(zai)9月15日(ri)(ri)(ri)(ri)(ri)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)15分鐘內記錄了(le)(le)17次,這(zhe)一場明顯的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微隕石雨暫時(shi)(shi)地(di)(di)(di)改(gai)變(bian)了(le)(le)太空(kong)(kong)船(chuan)姿(zi)勢而(er)且(qie)很(hen)有(you)可能稍微損害了(le)(le)溫度(du)(du)防護罩。后(hou)來推測太空(kong)(kong)船(chuan)曾(ceng)近距離飛越(估(gu)計20Gm)了(le)(le)粉碎的(de)(de)(de)(de)(de)(de)慧(hui)星(xing)(xing)(xing)(xing)或(huo)它(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)殘骸。12月7日(ri)(ri)(ri)(ri)(ri),姿(zi)勢控制系統里(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣體已經用(yong)完了(le)(le),接下來12月10日(ri)(ri)(ri)(ri)(ri)及11日(ri)(ri)(ri)(ri)(ri)發生了(le)(le)83次有(you)記錄的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微隕石撞擊(ji),造(zao)成(cheng)高度(du)(du)擾動(dong)及訊(xun)號強度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)降低。1967年12月21日(ri)(ri)(ri)(ri)(ri),與(yu)水(shui)手(shou)4號失去(qu)連絡。