Mariner 10 was een Amerikaanse onbemande ruimtevlucht naar de planeten Venus en Mercurius uit 1973 en onderdeel van het Marinerprogramma.
Deze ruimtesonde was het eerste ruimtevaartuig dat twee planeten bezocht en de eerste van slechts drie ruimtemissies die ooit Mercurius onderzochten (de anderen waren Messenger en BepiColombo). Het was tevens de eerste die gebruik maakte van de zwaartekracht van een andere planeet om zijn baan te wijzigen; ook was deze vlucht de eerste die terugkeerde naar zijn oorspronkelijke doel na het voorbijvliegen. Bovendien was het de eerste sonde die de zonnewind gebruikte voor het oplossen van problemen met het oriëntatiesysteem. De Mariner 10 deed Venus aan op weg naar zijn einddoel en zou Mercurius uiteindelijk driemaal voorbijvliegen, voordat zijn brandstof op was.
De astronomen hadden tot deze vlucht slechts vrij beperkte kennis over Mercurius. Door de grote afstand tot de aarde konden zij met hun telescopen slechts details waarnemen van 300 km grootte. De foto's van Mariner 10 lieten details zien van 100 m.
Planning De planning van de missie begon in december 1969. Deze laatste vlucht uit het Marinerprogramma kostte de Amerikaanse belastingbetaler 100 miljoen dollar. Deze ruimtevlucht moest tegen zo laag mogelijke kosten zo veel mogelijk wetenschappelijk profijt opleveren.
miniatuur|Schema van Mariner 10 Een "standaard" Marinersonde voldeed niet, aangezien door het gekozen vluchtdoel de wetten der natuurkunde zich lieten gelden. De verkenner had in vergelijking met zijn voorgangers zowel een krachtigere motor als meer brandstof nodig. De hoeveelheid brandstof voor de standregeling ging van 2,45 naar 3,62 kg. Een krachtigere motor met een grotere brandstoftank (ook gebruikt voor Pioneer 10 en 11) verhoogde de maximale versnelling van 56 naar 122 m/s².
Ook de zonnepanelen behoefden enige aanpassingen. De vaste hoek van 60° wijzigde NASA in een variabele hoek tussen 0 en 76°. Verder konden ze in de lengteas van de sonde worden weggedraaid om oververhitting te voorkomen. Bijkomend voordeel hiervan was, dat de standregelraketjes aan de uiteinden van de panelen konden worden bevestigd, zodat ze zo efficiënt mogelijk met de beperkte hoeveelheid brandstof omgingen.
De tv-camera's waren eveneens een probleem. De foutmarge voor het tv-systeem was 1 op 50 bits, op deze manier kon de verkenner nog acceptabele opnames doorseinen. Maar de foutmarge voor andere wetenschappelijke instrumenten was veel kleiner: 1 op 10.000 bits. Indien men deze maatstaven ook aanlegde voor de camera's, bleek het onmogelijk om tijdens de passages met Mercurius voldoende opnames te maken. De sonde zou hier per foto te veel tijd voor nodig hebben. Als oplossing koos NASA voor twee verschillende, van elkaar onafhankelijke, communicatiekanalen voor het doorzenden van wetenschappelijke gegevens.
Tevens diende men de hoofdmotor te beschutten voor zowel directe zonnestraling als doorgeleide zonnewarmte naar het gedeelte met wetenschappelijke instrumenten. De oorspronkelijk oplossing, een afsluitbare klep op de uitlaat, was riskant. Indien de klep weigerde te sluiten raakte de motor oververhit en als deze afdekklep onverwachts niet opende terwijl de sonde zijn hoofdmotor aanzette dreigde een ramp. De oplossing lag in het gebruik van reflecterende verf op en polijsten van de uitlaat, gecombineerd met meervoudige isolatie van leidingen en brandstoftanks.
Ten slotte ging de standaard thermische teflon afscherming, gebruikt tijdens eerdere Mariner vluchten, op de schop. Het kon de sterke zonnestraling in de buurt van Mercurius niet weerstaan, maar het alternatief kapton voldeed evenmin. Bij hoge temperaturen (boven 354°C) gedurende langere tijd bleek uit duurproeven dat dit materiaal bros werd. De oplossing hiervoor bleek glasvezel met een tefloncoating.
Keuze van lanceerraket miniatuur|In de testkamer bij JPL NASA lette streng op de uitgaven. Om goedkoper naar Mercurius te vliegen koos men voor een vluchttraject via Venus. Hierdoor kon, in plaats van de krachtige maar tevens prijzige Titan III-C, de relatief goedkope Atlas-Centaur als draagraket worden ingezet.
Eerst langs Venus Het probleem is dat een sonde naar Mercurius veel snelheid moet verliezen, zodat deze dichter naar de zon valt en de baan van de planeet kruist. Dit kost echter erg veel brandstof. Een zwaartekrachtsslinger van Venus wijzigde de koers en snelheid van Mariner 10 dusdanig, dat dit mogelijk was zonder gebruik van raketmotoren. Het was wel zaak om hierbij uiterst nauwkeurig te werk te gaan. De maximale afwijking van de ideale koers tijdens de passage met Venus bedroeg slechts 400 km; was de afwijking groter dan miste de sonde Mercurius. De Mariner 10 kon zelf geen grote baanwijzigingen doorvoeren omdat de hoeveelheid brandstof aan boord hiervoor veel te gering was.
Technische gegevens Afmetingen De Mariner 10 was 3,70 m hoog en had een spanwijdte van 8 m. De sonde was een achthoekige doos met een diameter van 1,39 m en een hoogte van 46 cm. Deze verkenner woog 503 kg, waarvan 29 kg brandstof (hydrazine voor de hoofdmotor, stikstof voor de standregeling) en 79,4 kg aan instrumenten. De diameter van de grootste antenne was 1,39 m en deze sonde was in staat om maximaal 117,6 kilobits/sec over te seinen. Het maximale vermogen was 820 watt. Voor elektriciteit vertrouwde de sonde op twee zonnepanelen van ieder 2,29 m lengte en 97 cm breedte met een totale oppervlakte van 5,1 m².
Wetenschappelijke instrumenten De Mariner 10 voerde zeven wetenschappelijke instrumenten mee: Tv-camera's (2), die krachtig genoeg waren om op 400 m de krant te lezen, met een gezichtsveld van ½ × ½°. Deze waren geplaatst achter telescopen die zowel horizontaal als verticaal konden bewegen en beschikten onder andere over blauwe, gele en ultravioletfilters. Er bestond tevens de mogelijkheid om opnames met een grotere hoek (11 × 14°) maar van mindere kwaliteit te maken. Voornaamste taken waren het wolkendek van Venus in kaart brengen en Mercurius te cartograferen, diens doorsnede en omwentelingssnelheid vast te stellen en interessante gebieden onder de loep te nemen. Verder onderzocht men hiermee de komeet Kohoutek. Infrarood radiometer voor onderzoek naar de oppervlakte van Mercurius en het wolkendek van Venus. Dit gebeurde in de spectrale banden 7½-14 en 34-55 micrometer, wat overeenkomt met temperaturen van respectievelijk 200-700 K en 80-340 K. Extreem ultraviolet spectrometer. Deze zocht in de atmosfeer van Mercurius naar sporen van waterstof, helium, koolstof, zuurstof, argon en neon. Het functioneerde op golflengtes van 30,4 tot 165,9 nm. Ultraviolet occultatie spectrometer, die de bedekking van de zon door Mercurius mat. Magnetometers (2) voor onderzoek naar de magnetosfeer. Een paar drieassige, van de zon afgeschermde, sensoren op een 6,10 m lange mast. De sensoren waren op verschillende posities bevestigd. De sensor die het dichtst bij het ruimtescheepje zelf was gemonteerd merkte veranderingen in het magnetisch veld van Mariner 10 zelf op, waardoor de resultaten met de buitenste sensor konden worden vergeleken en betrouwbaarder waren. Telescoop voor opsporing van geladen deeltjes. Tijdens de vlucht naar Mercurius onderzocht deze de zonne-en intergalactische kosmische straling, om erachter te komen wat voor effect de heliosfeer op de kosmische straling had. Tijdens de passages met Mercurius zocht het apparaat naar geladen deeltjes in de nabijheid van de planeet. Het bestond uit twee gedeelten. Een lage-energietelescoop die protonen kon waarnemen tussen 0,4 en 9 MeV en alfadeeltjes tussen 1,6-25 MeV. De hoge-energietelescoop spoorde elektronen op tussen 200 KeV-30 MeV, protonen met energie groter dan 0,55 MeV en alfadeeltjes met een energie van meer dan 40 MeV. Plasma analysator. Om de wisselwerking van de zonnewind en Mercurius te meten was kennis van de snelheid en richting van de zonnewind onontbeerlijk. Daarnaast was ook het meten van de zonnewind binnen de baan van Venus belangrijk, aangezien toentertijd geen enkel ruimtevaartuig zo dicht bij de zon was gekomen. Hij bestond uit twee gedeelten. Twee naar de zon gerichte elektrostatische analysators die positieve ionen en elektronen detecteerde en een enkele naar achteren gericht die alleen elektronen mat.
Lancering miniatuur|Lancering van Mariner 10 op 3 november 1973 De Mariner 10 werd gelanceerd op 3 november 1973 met een Atlas-Centaur draagraket vanaf platform 36B op Cape Canaveral.
Het lanceervenster had een zeer beperkte duur van slechts 1½ uur. Deze datum bood de gelegenheid om met zo min mogelijk energie Mercurius te bereiken.
Problemen na lancering, instrumententest Na 25 minuten in een parkeerbaan om de Aarde ging de verkenner op weg naar Venus. Ze nam enkele foto's van de maan en aarde en ook de rest van de boordinstrumenten werd getest. Dat ging niet van een leien dakje: de verkenner had behoorlijk wat technische problemen.
Zo bleef een beschermkap over een detector hangen, functioneerde de cameraverwarming niet en resette de boordcomputer zich op onverwachte momenten. Het probleem met de detector kon niet worden opgelost. De camera's bleven op weg naar Venus aanstaan om nog enige warmte in de camera's op te wekken; het risico van snellere slijtage en dus slechtere foto's was aanzienlijk kleiner dan de kans op schade door de kou. Bovendien moest NASA het vaartuig regelmatig opnieuw afstellen door het grillige gedrag van de boordcomputer.
Na een dag of tien kwam er een probleem bij: na een koerswijziging richtte een zoeker van het oriëntatiesysteem zich op een heldere schilfer verf die van de sonde afbladderde. Dit loste zich wel op, maar het probleem van afbladderende verf hield aan tijdens de rest van de vlucht.
Terwijl Mariner 10 wegvloog, analyseerde de ultravioletspectrometer de Aarde om te controleren of ook deze naar behoren werkte.
Astronomen waren verheugd met 900 scherpe opnamen van de noordpool van de Maan (van gebieden met 3 km doorsnede), want de verwachte beeldscherpte bij Mercurius lag driemaal zo hoog. Eindelijk kregen ze kans om fatsoenlijke beelden van die planeet te maken, in plaats van vage telescoopbeelden vanaf de Aarde.
Vlucht naar Venus Tijdens de vlucht naar Venus voerde Mariner 10 op 13 november 1973 en 21 januari 1974 twee koerswijzigingen door. In januari 1974 onderzocht de sonde de komeet Kohoutek. Op 13 november ontbrandde de hoofdmotor gedurende 20 seconden (snelheidsverschil 7,8 m/sec) en verbruikte hierbij 1,8 kg brandstof.
In eerste instantie leek deze goed te zijn verlopen (1½ % afwijking), maar op 28 november bleek na baanberekeningen een aanvullende koerscorrectie noodzakelijk. De robot zou Venus 1380 km te ver passeren en bovendien twee minuten vroeger dan gepland onze buurplaneet voorbijvliegen. Zonder een nieuwe baancorrectie zou Mariner 10 de planeet Mercurius op anderhalf miljoen kilometer voorbijvliegen.
Op 21 januari 1974 ontbrandde de hoofdmotor daarom opnieuw gedurende 3,8 seconden (snelheidsverschil 1,3 m/s). Na een evaluatie van tien dagen bleek dat Mariner 10 Venus nu op slechts 27 km van het oorspronkelijk geplande punt zou passeren. Vier dagen tevoren gebeurde er iets onverwachts. Op een commando van de grond om de instrumentverwarming uit te zetten schakelde de cameraverwarming, die nooit had gewerkt, zich plots in. Een opluchting voor de vluchtleiding, die vreesde dat de camera's door bevriezing niet goed meer functioneerden.
Op 4 februari naderde de robotverkenner zijn eerste doel, Venus, met een snelheid van 29.600 km/h op een afstand van 640.000 km.
Passage met Venus miniatuur|De planeet Venus door Mariner 10 Mariner 10 vloog Venus voorbij op 5 februari 1974. De kortste afstand tot Venus was 5768 km.