A Viking–1 az Egyesült Államok első olyan űrszondája volt, amelyet a NASA a Mars felszínére küldött. A szonda felbocsátására szervezett Viking-program keretében Viking–2 néven egy ikerszonda is sikeresen Marsot ért. A páros küldetés célja a marsi élet nyomainak felkutatása volt.
A szonda Az USA első, leszállásra szánt marsszondája két fő egységből állt: leszállóegységből és keringő egységből. A szonda együttesen elérte a 3527 kg-os tömeget, amelyből a leszállóegység 572, a keringő egység 883 kg üres tömeget képviselt. A szondával az első hosszútávú, komplex marsi megfigyelési program végrehajtását irányozták elő a tervezők. A leszállóegység/keringő egység páros egymást kiegészítve mind lokális, mind globális információkat tudott szolgáltatni a vörös bolygóról.
A leszállóegység A szonda leszállóegységét a marsi légkörbe való belépés túlélésére, sima talajtérésre és végül tudományos program elvégzésére tervezték. A szonda teste egy szabálytalan hatszög alakú vázszerkezetre épült: a hatszög hosszabbik oldalon 1090 mm, a rövidebb oldalon 560 mm volt. A talajon három, lökéscsillapítóval felszerelt, 1,3 méter magas láb tartotta meg a szondát, amelyek kör alakú talpakban végződtek. A földi felszállás előtt gondosan sterilizálták a leszállóegységet, majd hermetikus burkolattal látták el, amely az ellen védte az egységet, hogy valamilyen földi mikroorganizmus hozzáférkőzhessen és azt elvigye a Marsra (és esetleg azt mutassa ki marsi élőlényként a kísérletek során). Ilyen földi mikrobafertőzés egyébként korábban a Surveyor-programban is történt, a Surveyor–3 a Holdra vitt streptococcus mitis baktériumokat.
A leszállást ejtőernyő és fékezőrakéták kombinált alkalmazásával hajtotta végre a Viking–1 (egy 16 méter átmérőjű fő fékezőernyő lassított 1,5 km magasságig, majd ott fékezőrakéták kapcsolódtak be automatikusan és egészen a talajtérésig működésben maradtak). A fékezőernyők egy szokatlanul hosszú, 30 méteres függesztéken kapcsolódtak a szondatesthez. A marsi légkör ugyan ritka, de még mindig komoly hőterhelést jelent a leszállás – a Viking szondák 1500 °C-ra hevültek a légköri súrlódástól így a szondát hőpajzzsal is felszerelték. (Összehasonlításul: a földi légköri visszatérésnél elméletileg 7500 °C is kialakulhat, a megszokott hőmérsékleti csúcsérték is 2000 °C fölött van.) Az egység energiaellátását két darab SNAP-19 plutónium generátor biztosította. Ez az eszköz – hivatalos nevén radioizotópos termoelektromos generátor (RTG – a plutónium-238 izotóp felhasználásával termel elektromos áramot. A viszonylag kisméretű (28 cm magas, 58 cm átmérőjű) generátorokat a szonda két átellenes oldalán rögzítették. Ez az energiaforrás 30 W teljesítményt szolgáltatott folyamatosan, 4,4 V feszültség mellett. Ennek az energiaforrásnak egy másik altípusát, a SNAP-27-et használták az Apollo-program során az ALSEP műszerkészlet energiaellátásához. Tervezői azért választották ezt az energiatermelési módot, mert így folyamatos működést lehetett biztosítani, nem függött a szonda a megvilágítási viszonyoktól és a portól – a napelem ugyanis éjszaka nem termel áramot, és ahogy koszolódik, úgy romlik a hatásfoka. A választás sikeres volt, a szonda áramellátása 6 évig folyamatos volt.
bélyegkép|balra|350px|Az első fotó a Mars felszínén
A leszállóegység leszállás közbeni önálló repülését több rakétarendszer biztosította. A fékezőrakéták négy külön csokorban helyezkedtek el a testen, összesen 12 fúvókával. A rendszer 32 kN tolóerőt produkált, ezzel 180 m/s-os sebességváltozásra tudta késztetni a nagy tömegű szondát. Emellett a program szerint a szerkezet különböző tengelyek körüli elfordítását is ezen fúvókák aszimmetrikus működtetésével lehetett megoldani. A hajtóanyag hidrazin volt. A leszállás utolsó fázisában bekapcsolódó leszállórendszer rakétáiból hármat szereltek 120 fokonként a szonda vázára. Ezek a hidrazin-hajtóművek sokkal erőteljesebbek voltak, és a tolóerejük is változtatható volt 275 N és 2667 N között. A hajtóanyagul használt hidrazint felszállás előtt tisztítási eljárásnak vetették alá, hogy a talajjal érintkezve ne szennyezze be azt.
A kommunikáció két 20 W-os erősítővel megtámogatott 20 W-os adón keresztül zajlott, parabolaantennával közvetlenül a Földdel lehetett összeköttetést teremteni, – a Föld és a Mars helyzetétől függően – 253-1012 bit/másodperc átviteli sebességgel. Rendelkezésre állt még egy kisebb teljesítményű antennarendszer is, tartalékul. Ezen kívül egy 30 W-os UHF rádióadó a keringő egységet átjátszóadóként használva tudott adatokat sugározni, ennek adatátviteli sebessége 16 200 bit/másodperc volt. Az adatok tárolására egy 40 Mbit tárolókapacitású magnetofon szolgált, valamint a fedélzeten helyet kapott egy 6000 parancsszót memóriájába fogadni képes fedélzeti számítógép.
A "hasznos tömeg" a szonda műszerparkja volt, összesen 91 kg tömeggel. A Viking–1 műszerei: panoráma kamera (2 db) gázkromatográffal egybeépített tömegspektrometria szeizmométer meteorológiai állomás talajmintavevő kar
A Viking–1 leszállóegységét 1982 januárjában átkeresztelték Thomas Mutch Emlékállomásra, a nem sokkal korábban hegymászóbalesetben elhunyt bolygókutató tiszteletére.
A keringő egység A Viking–1 keringő egysége kettős feladatot látott el. Egyrészt maga is tudományos megfigyelési programot végzett, másrészt rádiós átjátszó állomásként funkcionált a leszállóegységnek. Felépítése a Mariner–9-en – egy 1971-ben a Marshoz küldött sikeres szondán – alapult. Az alap platform, az űrszonda teste egy 2,5 méter fesztávolságú nyolcszög volt, négy hosszabb (1397 mm-es) és négy rövidebb (508 mm-es) oldallal. Az alap platformon összesen 16 különböző moduláris műszerrekeszt helyeztek el – hármat-hármat a hosszú, egyet-egyet a rövidebb oldalakon. A keringő egység (leszállóegység alul levő csatlakozási pontjától a hordozórakéta felül elhelyezett rögzítési pontjáig – 3,29 m magas volt. A kibocsátott napelemtáblákkal 9,7 m fesztávolságú volt. Tömege feltöltve 2328 kg volt, amelyből a hajtóanyag 1445 kg-ot tett ki.
bélyegkép|jobbra|300px|A Naprendszer legnagyobb hegye a Marson, az Olympus Mons a Viking Orbiter képén
A keringő egység energiaellátását napelemekkel oldották meg. A négy napelemszárnyon 34 800 fényérzékeny cella termelt energiát (15 négyzetméteren), összesen 620 W-ot. Emellett rendelkezésre állt energiatárolásra 2 db 30 Ah-ás nikkel-kadmium akkumulátor is. A stabilizációt 6 giroszkóppal, a Napra és a csillagokra tájolt navigációs rendszerrel oldották meg. A szonda hossztengelyét a Napra stabilizálták, a szenzorok a Nap helyzetéhez képest nem engedték meg a tengely bólintó, vagy legyező irányú elmozdulását, a tengely körüli nem kívánt elfordulást pedig a Canopusra irányzott csillagérzékelő szenzor akadályozta meg. A kétoldalú kapcsolatot több rádióadó tette lehetővé: egy 20 W teljesítményű, 2,3 GHz-en sugárzó, és egy 8,4 GHz-en forgalmazó adó, az előbbihez 2 db TWTA erősítő csatlakozott. Az adatok fogadását egy 2,1 GHz-en működő vevő biztosította az 1,5 méter átmérőjű parabolaantennán és egy másik (kisebb teljesítményű) fix rúdantennán keresztül. A tudományos adatok tárolására egy kazettás magnetofont használtak, amelynek 1280 Mbit tárolókapacitása volt.
A tudományos műszerek egy csoportjának (a légköri vízpára mérőeszközének, az infravörös térképező kamerának és a látható fény tartományában működő kamerának) külön, hőmérsékletszabályozott, forgatható rekeszt alakítottak ki a fő platformon. A műszerpark összesen 72 kg-ot tett ki az össztömegen belül.
A küldetés
A Viking–1 programját eredetileg nem szabták hosszúra a tervezők, a leszállóegység 60 napos, a keringő egység 90 napos küldetést kapott. Ezzel szemben a berendezések hosszú élettartama miatt a küldetést évekkel lehetett kiterjeszteni, a keringő egységét 4 évvel, a leszállóegységét több mint 6 évvel.
Az odaút A Viking űrszonda egy Titan/Centaur rakétán indult Cape Canaveral-ről 1975. augusztus 20-án. A repülés 10 hónapig tartott, addig a szonda készenléti állapotban működött.
A műveletek 40 nappal a marsi keringési pályára állás előtt kezdődtek, a Viking–1 berendezéseinek felébresztésével, műszerkalibrációkkal, pályakorrekcióval, és megfigyelésekkel. Ekkor egy komoly probléma merült fel: a hajtóanyagtartályok nyomás alá helyezéséhez használt hélium-rendszer kilyukadt. A hélium nem elszökött, hanem a hajtóanyag és oxidálóanyag tartályokba ürült, kritikusra emelve a tartály belső nyomását, robbanással fenyegetve az űreszközt. A megoldás két – soron kívüli – pályakorrekció volt, amely ugyan feleslegesen fogyasztott a hajtóanyagból, de a kritikus érték alá csökkentette a nyomást – igaz, hogy eltolta a marsi pálya beérkezési pontját.
Öt nappal a Mars körüli pályára állás előtt aktiválódott a szonda kamerája és ekkor láthatott először az emberiség jó felbontású, színes felvételeket a külső bolygószomszédunkról. 1976. június 19-én kezdett Mars körüli pályára állni. Kezdetben 1514x50 300 km-es elnyújtott ellipszis volt, amelyet 42,6 óra alatt járt be. Később, június 21-én a pontosabb leszállás érdekében tovább alakították a Mars körüli pályát, a végső pálya 1514x32 800 km, a keringési idő 24 óra 39 perc 36 mp volt.
A leszállás
A fő küldetési célra, a leszállásra az Egyesült Államok államalapításának bicentenáriumi ünnepségei keretében, 1976. július 4-én, a nemzeti ünnepen került volna sor, de a Mars körüli pályáról készített fényképek alapján az eredetileg kiválasztott leszállóhely nem volt megfelelő, ezért a mérnököknek újat kellett választaniuk a korábban tartaléknak jelöltekből. (Ez volt a világ első olyan bolygókutatási programja, amelyben a leszállóegység számára a szonda saját felmérései alapján – in situ – választottak biztonságos leszállóhelyet.) A szonda képeinek felbontása elég rossz volt, 100 méter volt a legkisebb kivehető képpont – "amerikai mértékegységben": mint egy baseballstadion –, ezért a hatalmas areciboi rádiótávcsővel próbáltak részletesebb képet kapni a kiszemelt felszíni részről. A radarmérések ellentmondtak a fényképeknek (ahol a képek sima felszínt mutattak, ott a radar hepehupás felszínt). Végül a mérések alapján az eredeti helytől kissé nyugatra megtalálták a megfelelő helyet.
A leszállásra végül csak a tervezetthez képest két héttel később, 1976. július 20-án került sor. Ennek keretében a leszállóegység levált a keringő egységről 8:51-kor (UTC), és három óra múltán – 11:56:06-kor (UTC) – sikeresen leszállt a Chryse Planitia síkságán.
A leszállás előtt először a 4 km/s keringési sebességet kellett lecsökkenteni fékezőrakétákkal. Ezt követően a szonda szabadesésben zuhant a felszín felé, ballisztikus pályán, csak a légkör súrlódása lassította. 6 km-es magasságban a leszállóegység már csak 250 m/s sebességgel repült, ekkor aktiválódott a főernyő. Ez 45 másodperc alatt 60 m/s-ra csökkentette a zuhanás sebességét. Az ejtőernyőnyitás után 7 másodperccel levált a hőpajzs, majd további 8 másodperc múlva kinyílt a három láb is. 1,5 km magasságban beindultak a leszálláshoz használt fékezőrakéták és 40 másodperc alatt 2,4 m/s-ra lassították a süllyedést (a 18 rakétafúvókát úgy tervezték, hogy leérkezve a talajra ne okozzanak 1 °C-nál nagyobb hőmérsékletváltozást a talaj legfelső, maximum 1 mm-es rétegében). A szonda végül ezzel a sebességgel simán, problémamentesen ért a talajra.
A NASA a szonda ereszkedését is tudományos adatgyűjtésre használta. A védőburkolaton két főműszer is helyet kapott, melyek a légköri ereszkedés közben vizsgálták a külső környezetet: egy „felső légköri tömegspektrométer” és egy „késleltetett potenciál analizátor”. Emellett nyomás- és hőmérséklet-érzékelők is rögzítették ereszkedés közben az atmoszféra adatait.
Marsfelszíni vizsgálatok