El siguiente destino del programa Mariner, después de elegir Venus como estación término para sus primeras sondas, no fue otro que Marte. Este era un lugar simbólico, y sobre él se depositaron las mayores esperanzas de poder encontrar rastros de vida fuera de nuestro planeta. Gracias a todas las observaciones, y a las elucubraciones generadas por ellas, se llegó a afirmar, incluso antes del comienzo de la era espacial, que el planeta rojo era una especie de jardín regado por el agua que los marcianos transportaban desde los polos al resto del globo mediante los canales que se continuaban observando. Sin embargo, para muchos, las imágenes telescópicas no eran lo suficientemente claras como para aventurar conclusiones definitivas. De esta manera, cuando la NASA empezó a preparar las sondas del proyecto Mariner-Mars 1964 en 1962, decidió que estas naves serían las primeras de la agencia destinadas a otro planeta que cargarían sistemas de adquisición de imágenes.
Tras los fracasos soviéticos en 1960 y 1962, en cuanto a sondas marcianas se refiere, la NASA apostó fuerte por este destino. Como el anterior proyecto, el Mariner-Mars 1964 estaba formado por dos sondas. La medida se había mostrado acertada, y repitieron el esquema (en realidad, en nombre de este proyecto se fabricaron tres, y ésta última no era más que un repuesto en caso de que las otras dos fallaran por alguna causa u otra). En ellas se aplicaron los últimos avances en materia informática, e incorporaron elementos que no eran más que las lecciones aprendidas tras el vuelo de Mariner 2 hacia Venus.
Las sondas del Mariner-Mars 1964 estaban estructuradas de manera idéntica: el núcleo de la nave estaba constituido por un bus de forma octogonal elaborado en magnesio, de 1.27 metros de longitud y 46 centímetros de altura. Dentro almacenaba los componentes electrónicos, sistemas de control y propulsión, algunos de los experimentos y los elementos del control termal. En la parte superior se montaban los sistemas de transmisión, y en la inferior se colocó una plataforma de escaneo. El ordenador era una versión actualizada del montado en las anteriores Mariner, y disponía de elementos de funcionamiento similares. El subsistema de comandos (CC&S, Ordenador de Comandos y Secuenciador) podía ejecutar cualquiera de las 29 palabras de comandos directos, o tres palabras cuantitativamente en las épocas de enorme demanda. La información de los sistemas y experimentos se guardaban en un grabador de cinta magnética de 91 metros. Las comunicaciones eran gestionadas por dos transmisores en banda-S, y un receptor de radio permitía así una comunicación bidireccional con el centro de control, usando la antena de baja ganancia omnidireccional (en lo alto de un mástil de 2.23 metros de largo que nacía de la parte superior del bus) o la antena parabólica de alta ganancia, de 1.2 metros de diámetro, colocada al lado del mástil de la de baja ganancia. A diferencia de Mariner 2, equipaban cuatro paneles solares, en cuyo final se encontraban cuatro placas de presión que funcionaban como velas solares, que proporcionaban, una vez extendidos, una envergadura de 6.88 metros. En total, entre las cuatro placas se contabilizaban 28.224 células solares, que proporcionaban la energía suficiente para los sistemas de a bordo, y alimentaban una batería de plata-zinc. El sistema de propulsión era en esencia idéntico a sus primas hermanas. Una tobera de cuatro agujeros, colocada en uno de los laterales del bus, proporcionaba el empuje necesario para los cambios de trayectoria, mientras que 12 pequeños propulsores mediante chorros de gas de nitrógeno, colocados en los finales de los paneles solares, controlaban la actitud de la nave, estabilizada en sus tres ejes. Complementando a este sistema, los elementos para el control de actitud estaban formados por giróscopos, cuatro sensores solares, un sensor de referencia terrestre, otro idéntico para Marte, y por primera vez en una sonda de la NASA, incorporaba un escáner estelar que fijaría su atención en la estrella Canopus. Era esta la primera vez que un vehículo espacial usaba una referencia externa al sistema solar como ayuda de navegación, y Canopus, una de las más brillantes estrellas del firmamento, cumplía los requisitos como fuente a la que apuntar. El control termal de la sonda se garantizaba mediante las ventanillas ajustables electrónicamente, mantas aislantes multicapa, escudos de aluminio pulimentado y otros tratamientos a las superficies de la nave. Los experimentos, o
al menos muchos de ellos, eran mejoras respecto a los montados en Mariner 2. Para empezar, para mediciones del campo magnético interplanetario, y para averiguar si Marte poseía el suyo propio, disponía de un Magnetómetro de Helio, que era un sensor vectorial de bajo campo, colocado en la mitad del mástil de la antena omnidireccional. Un Detector de Rayos Cósmicos, formado por una cámara de ionización y detectores Geiger-Müller, medía la intensidad y distribución de partículas de alta energía en el espacio interplanetario y en el entorno marciano, estando situado en el nacimiento del mástil de la antena de baja ganancia. En el cuerpo de la sonda se montaban los demás: TRD, Detector de Radiación Atrapada, usaba tres detectores Geiger-Müller unidos a sensores de estado sólido, se encargaba de estudiar la intensidad y dirección de las partículas cargadas de baja energía; SPP, Sonda de Plasma Solar, colocada de manera que observaba al Sol, medía el flujo de partículas de muy baja energía provenientes de Helios; CRT, Telescopio de Rayos Cósmicos, colocado en posición antisolar, para medir el espectro energético y dirección de las partículas Alfa y los protones; y CCD, Detector de Polvo Cósmico, integrado por una placa de aluminio enganchada a dos detectores, destinado a medir la densidad, velocidad, distribución y dirección de las partículas de polvo interplanetario durante el camino hacia Marte y en sus cercanías. Las novedades en cuanto a equipo científico empezaban aquí. Por un lado, fue la primera sonda en realizar un Experimento de Mecánica Celeste para refinar las efemérides planetarias (traslación, rotación, inclinación del eje de rotación, cálculo de la unidad astronómica), basadas en el seguimiento del vehículo a medida que viajaba por el sistema solar. Por el otro, en ella se montó el primer sistema mediante el cual usando la señal de radio se podía obtener información científica, llamado Experimento de Ocultación. En este caso, lo que se buscaba, mediante la distorsión de la señal por la atmósfera marciana, era obtener perfiles de temperatura y presión para saber cuánta atmósfera poseía el planeta rojo. Y por último, la gran joya de la misión: TVS, Subsistema de Televisión. Montada en el centro de la parte inferior del cuerpo de la nave, en la llamada Plataforma de Escaneo (junto a un par de sensores de ángulo cercano y campo ancho para ayudar a detectar el planeta), se montó la primera cámara digital de la historia de la exploración espacial, compuesta por un telescopio de 305 milímetros de longitud focal y un tipo de sensor especial, llamado Vidicon, que era un sistema optimizado para poder adquirir imágenes en condiciones de muy baja luminosidad, formado por un tubo de televisión finalizado en un chip digital que recogía la luz que entraba por la óptica. Además de la óptica y el Vidicon, delante del sensor se incorporó una rueda de filtros con tres posiciones: filtro claro, filtro rojo y filtro verde. De esta manera, se iniciaba un complejo proceso: el objetivo de la cámara obtenía una imagen del planeta, magnificando el índice de luminosidad mediante el Vidicon, para dirigirlo hacia un sensor que recogía la luz para convertirlo en información digital, y así almacenarlo en el grabador de cinta magnética. Luego, cuando la sonda transmitía estos códigos binarios, unos ordenadores especiales situados en el centro de control transformaban ese código binario en una imagen útil. Una vez quedaba cargada de combustible, cada sonda declaraba una masa de 261 kg.
Las Mariner-Mars 1964, en comparación con sus contrapartidas soviéticas, resultaban diminutas. Sin embargo, la diferencia estaba en las tripas: cada sonda estaba compuesta por nada menos que 134.000 piezas, demostrando el gran dominio en la miniaturización de los componentes electrónicos. Sin embargo, eso no significaba que el rendimiento fuera mejor, o que fuera menos propensa a los fallos.
Llegado el mes de noviembre de 1964, las Mariner 3 y 4 se encontraban listas para su lanzamiento. Cada una usaría un Atlas-Agena para abandonar la Tierra hacia el planeta rojo, y cuando el 5 de noviembre Mariner 3 se lanzó, la gran maldición, también conocida como el Drama Marciano, llegó puntual a su cita. La cofia protectora del cohete, elaborada en fibra de vidrio, no se había separado, por
lo que la nave no podía desplegar sus paneles solares. Después de grandes esfuerzos, Mariner 3 se dio por perdida. Fue necesario construir una nueva cofia, esta vez de metal, para el lanzamiento de Mariner 4, que se produjo exitosamente el día 28.
Tras desplegar los paneles solares, las primeras tareas eran fijar los sensores para su orientación. El primero fue el sensor solar, luego le tocó turno al escáner estelar. La búsqueda de Canopus se mostró difícil, cuanto menos. Al estar programada para fijar cualquier objeto celeste de menos de ocho veces la luminosidad de Canopus podía fijar varios astros que coincidían con las condiciones de esta estrella. Así, durante un día entero fue pasando de objeto en objeto (había hasta siete que cumplían con esta característica), cambiando alternativamente por la Tierra, Alderamin, Regulus, Naos y Gamma Velorum, hasta que al fin llegó a Canopus. Así empezó la travesía de crucero, de algo más de siete meses.
Durante las primeras semanas de vuelo, comenzaron a ocurrir pequeños errores transitorios en el control de balanceo, provocando que se perdiera la fijación en Canopus. Esto ocurrió a lo largo de las tres primeras semanas, teniendo que ordenar a la sonda hasta seis veces que adquiriera de nuevo la estrella. Tras estudiar el problema, se decidió eliminar el límite de luminosidad de los esquemas de programación, y a partir del 17 de diciembre, ya no volvió a perder a Canopus, a pesar de que continuó experimentando balanceos transitorios durante todo el crucero. Días antes había realizado la maniobra principal de corrección de rumbo, por lo que Mariner 4 estaba en el rumbo correcto para alcanzar al planeta rojo.
Una sonda soviética, Zond 2, había sido lanzada casi a la vez que la Mariner. Ésta no era más que un demostrador tecnológico para probar un nuevo sistema de propulsión que abandonaba los combustibles químicos usuales. A pesar del buen rendimiento del sistema, la pérdida de funcionamiento de los paneles solares propició que la sonda se desactivara, sin poder hacer ninguna exploración cerca del planeta rojo.
Una resistencia colocada en la SSP provocó una degradación en el rendimiento del sistema, sin embargo, no supuso una pérdida de la recogida de datos debido a una recalibración teniendo en cuenta este pequeño problema. En febrero, el tubo Geiger-Müller asociado a la cámara de ionización también falló, y esta vez sí provocó una pérdida apreciable de sensibilidad del aparato. Problemas menores. A pesar de estos contratiempos, Mariner 4 continuó su camino hacia Marte, donde hizo historia el 14 de julio de 1965.
Tras cambiar el modo de funcionamiento, de crucero a ciencia planetaria, la cámara se puso en marcha, y pasando a 9.846 km. de la superficie marciana, adquirió 21 imágenes completas y 21 líneas de una vigesimosegunda secuencia cada 48 segundos. Tras la secuencia de la toma de instantáneas (recibiendo en tierra dos señales opuestas, indicando una el fin correcto del proceso de grabado y la otra la detención prematura de la secuencia de grabado), se preparó para la ocultación por el planeta, que se extendió durante 54 minutos. Tras esto, cambió de nuevo a modo de crucero, manteniéndose en órbita solar. Ocho horas y media después, comenzó la transmisión de los datos recogidos. El proceso de envío de todo el juego de datos duró hasta el 3 de agosto, debido a que se repitió la secuencia por si en la primera transmisión, alguno de los datos se había corrompido, como se sospechaba tras la recepción de la señal de anomalía en el grabador. Además, el efecto de la masa del planeta alteró considerablemente la órbita de la sonda, pasando a durar 587 días (antes 529), y modificando la inclinación, de estar en la eclíptica a 21.5º.
En total, habían sido 634 KB de datos, la mayoría correspondían a las imágenes. La cobertura fotográfica se extendía desde los 40º N, 190º W hasta los 35º S 160º W. Sin embargo, no todas eran útiles: las cuatro primeras fueron deslumbradas por la fuerte iluminación por parte del planeta, y las tres últimas ya se encontraban en la zona de sombra de Marte. Por lo tanto, quedaron 17 válidas, que fueron de una calidad bastante pobre, causadas por la entrada de un exceso de luz en el objetivo. Eso sí, fueron lo suficientemente claras como para causar la confusión y la depresión a la comunidad científica. Prácticamente, lo único que mostraban eran cráteres, de diversos tamaños, de entre 4 y 120 km. de diámetro. La resolución conseguida apenas llegaba a los tres kilómetros. La revelación de que en Marte existía tamaña concentración de cráteres (un primer cálculo indicó que habría al menos una densidad de craterización semejante a la de la Luna) no hacía más que mostrarnos que aquel lugar era terreno muerto, y para agravar las cosas, otros dos experimentos mostraron más ingredientes decepcionantes. Por un lado, el magnetómetro no detectó campo magnético alrededor del planeta, y el experimento de radio ocultación aplicado a la atmósfera nos reveló que la presión atmosférica era ridícula en comparación con la de la Tierra: entre 4.1 y 7 milibares, por los 1000 milibares medios de la atmósfera terrestre. Además, la temperatura superficial, de unos -100º C, nos mostraba un panorama hostil para la vida. Allí donde se esperaba encontrar alguna clase de “bicho”, los datos entregados por la sonda nos informaban que era imposible que existiera siquiera ni un microorganismo. Fue tal la decepción de muchos científicos, que gran parte de ellos propusieron cerrar la exploración marciana, ya que consideraban que el planeta carecía de características interesantes en las cuales arriesgar presupuestos y sondas espaciales.
Tras el encuentro marciano, Mariner 4 había estado transmitiendo datos sobre el entorno interplanetario hasta el 1 de octubre, cuando la lejanía de la sonda y la orientación de la antena imposibilitaron la transmisión de telemetría. A mediados de 1967, la señal de Mariner 4 se volvió a adquirir, y se tuvo la posibilidad de hacer ciencia interplanetaria en conjunción con su sonda hermana, Mariner 5, es decir, la nave de repuesto del proyecto Mariner-Mars 1964, altamente modificada para funcionar en el entorno de la órbita venusina, pero con los mismos instrumentos, salvo la cámara. Al estar situadas en la misma región del sistema solar, pudieron estudiar a la vez el viento solar y el campo magnético interplanetario, confirmando una los datos de la otra. Al tiempo, se hicieron una serie de pruebas tecnológicas. El 15 de septiembre ocurrió un hecho curioso, cuando Mariner 4 recibió 17 impactos en el detector de polvo en menos de 15 minutos. Se supuso que la nave pasó por una lluvia de micrometeoritos, provocando una pérdida temporal de orientación.
Ya en diciembre, el suministro de nitrógeno para los propulsores de control de actitud se acabó, pero la sonda todavía enviaba una señal fuerte al centro de control. Esto cambió cuando otra aparente lluvia de micrometeoritos alcanzó a Mariner 4, contabilizando hasta 83 impactos en el detector. Todo esto provocó que la sonda perdiera la orientación entre el 10 y el 11 de ese mes, degradando la señal, hasta perderla para siempre. El día 20 se declaró así el fin de misión.
Además, Mariner 4 fue la primera en muchas cosas: en sobrevolar exitosamente Marte, en adquirir imágenes de su superficie, sin embargo, si la recordamos es porque ella nos proporcionó las primeras vistas de la superficie de un planeta distinto de la Tierra.
Por cierto, poniendo sobre un mapa actual la trayectoria y la secuencia de imágenes de Mariner 4, resulta que la nave pasó por las dos regiones volcánicas de Marte, Elysium y el domo Tharsis, e incluso pasó por encima del gigantesco Valles Marineris. Pero esos descubrimientos fueron reservados para una de las gigantes de la exploración espacial.
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