水手4號（Mariner 4）是美國發射的一系列以飛越方式進行的星際探險中的第4個火星探測器，并且是第一個成功飛越火星的航天飛機。它在1964年11月28日發射。它回傳了第一張火星表面的照片，并且是第一張從除了地球以外另外一個行星上拍的照片。同時，這張充滿了隕石坑、死寂世界的照片，震驚了科學界。
設計目的
1964年，美國發射了“水手4號”火星探測器，從距離火星1萬公里處拍攝了21幅照片，成為人類第一個成功到達火星的無人宇宙飛船。
水手4號是由美國航空航天局設計制造的第2個火星探測器，它是在美國與蘇聯的冷戰對抗時期誕生的產物，于1964年11月28日發射。水手4號的設計，為執行近距離火星科學觀測, 并將結果傳回地球。其它的任務目標, 包括在火星附近執行行星際的地表及粒子測量，并提供行長途星際飛行的工程技術的經驗及知識。
組成
水手4號航天飛機由八角形鎂合金結構組成，對角線長度1270公厘，高度457公厘。上面有四個長度為6.88米的太陽能面板，上方亦置有一直徑1168公厘的高增益碟形天線（parabolic antenna）。一個低增益全向天線（omnidirectional antenna）置于高增益天線旁的一2235公厘高天線桿。太空船總高度為2.89米。太空船底部的中間有一個電視相機（television camera）置于掃描平臺（scan platform）上。八角形框架里容納了電子器材、纜線、中途推進系統（midcourse propulsion system）、及姿勢控制氣體供應調節器。大部份的科學儀器置于框架的外面。科學儀器，除了電視相機之外，還有磁力計、塵埃偵測器、宇宙射線望遠鏡、（trapped radiation detector）、太陽等離子偵測器（solar plasma probe）及離子室(蓋格計數器)。
電力由四個170×90厘米的太陽能面板里的28,224個太陽能電池提供，在火星上總共可提供310瓦電力。一個可充電的1200瓦小時的銀─鋅電池也可做操縱及備份用。單元推進劑聯氨用來推進，借由裝于八角形結構的一邊上的1個4噴射翼片引導控制222牛頓馬達。姿勢控制由置于太陽能板底部及3個回轉儀的12個冷氨氣噴嘴提供。太陽輻射壓力翼片（Solar 壓強 vanes）每片各有0.65平方米面積，附在太陽能板的尖端。位置資訊由四個太陽感應器、一個地球感應器、一個火星感應器及一個老人星(老人星)提供。
通訊裝備由一個雙S頻7瓦triode cavity amp/10 W TWTA 發射器及一個單接受器組成，可由低、高增益天線以8? 或33? 位元/秒速度傳送及接收資料。資料也可儲存于一個容量為5.24 MBits的磁帶記錄器（tape recorder），稍后再傳送。所有的動作由一個指令子系統控制，可處理任何29個direct command words或3個quantitative word commands，實施中途操縱功能。中央處理電腦及定序器（sequencer）操作已儲存的時間序列指令（時間sequence commands），以38.4kHz的同步頻率做為時間參考。溫度的控制借由使用可調整的天窗、多層隔熱毯、鋁護罩及表面處理達成。
發射
發射后，包覆水手4號的保護罩被拋棄。UTC1964年11月28日 14:27:23，Agena D/Mariner 4從Atlas D推進器分離。Agenea D的第一次燃燒從14:28:14至14:30:38，將航天飛機推到了地球停泊軌道（Earth parking orbit），第二次燃燒從15:02:53至15:04:28，將太空船投入火星轉移軌道（Mars transfer orbit）。水手4號于15:07:09從Agena D分離并開始巡航模式運轉。15:15:00，太陽能板展開，掃描平臺拉開，16分鐘之后獲捕太陽（Sun acquisition）。
在包括一次1964年12月5日的中途操縱（midcourse maneuver）在內的7.5個月航程后，航天飛機于1965年7月14日、7月15日飛越火星。7月14日15:41:49 UT啟動行星科學模式。相機序列從7月15日00:18:36 UT（7月14日美國東海岸時間下午7:18:49）以交替紅綠濾鏡取得21張照片及第22張照片的前21行。相片涵蓋了火星地表上斷續的長列，從接近40° N, 170° E到 35°S, 200°E，and then across to the terminator at 50° S, 255° E，相當于這顆行星的1%表面。最接近火星表面的距離為9846公里，當時為1965年7月15日01:00:57 UT (7月14日美國東海岸時間下午8:00:57)飛越期間取得的照片儲存于航天飛機上的磁帶記錄器中。02:19:11 UT，水手4號通過火星背面，無線電訊息因而消失。訊號于03:13:04 UT太空船重新出現后，再次取得。再度啟動巡航模式。訊號再次取得后約8.5小時，磁帶中的照片開始傳回地球，并且一直持續至8月3日。所有的照片都傳送兩次以確保沒有資料遺失或損毀。
太空船成功地執行了所有規劃的活動，并且回傳了有用的資料從發射至1965年10月1日，當時距離地球309.2百萬公里而天線方向使訊號取得暫時停止。資料獲取（Data acquisition）從1967年底回復。宇宙塵埃偵測器在9月15日的15分鐘內記錄了17次，這一場明顯的微隕石雨暫時地改變了航天飛機姿勢而且很有可能稍微損害了溫度防護罩。后來推測太空船曾近距離飛越（估計20Gm）了粉碎的慧星或它的殘骸。
12月7日，姿勢控制系統里的氣體已經用完了，接下來12月10日及11日發生了83次有記錄的微隕石撞擊，造成高度擾動及訊號強度的降低。1967年12月21日，與水手4號失去連絡。
成就
任務中所有傳回的資料共計5.2 MBits。所有操作的實驗都成功，除了離子室/蓋格計數器在1965年2月壞掉以及等離子偵測器因電阻在1964年12月6日壞掉而效能降低。傳回的照片顯示類似月球的隕石坑地貌（在后來的任務中發現這在火星上并不是典型的，而只是存在于水手4號拍攝到的古老地區）。此次任務中估計表面大氣壓為4.1至7.0毫巴（410～700帕斯卡），白天氣溫攝氏度100度，沒有偵測到磁場。
隕石坑與薄大氣層顯示出一個相當不活躍的行星暴露在嚴峻的太空中，使在火星上找尋智慧生物的希望基本上破滅。火星上的生命曾經是幾世紀以來科幻小說的主題，但在水手4號任務后，一般認為如果火星上有生命，它大概會以更小、更簡單的形式存在。
水手4號導致了科幻小說的改變，從原本描述有智慧的外星人居住在太陽系其它行星上，到后來改為描述他們居住在其它恒星系統的行星上。
花費
“水手4號”總花費約為8230萬美元。整個系列的水手號航天飛機（從水手1號至水手10號探測器）的總研究、開發、發射及支援花費接近5.54億美元。
參考資料 >
“水手4號”和它拍攝的人類第一批火星表面照片.新浪看點.2024-01-31
錚錚有聲 | “水手4號”和它拍攝的人類第一批火星表面照片.網易.2024-01-31
進步來自于不斷探索|日簽.新浪網.2024-01-31