Après le lancement, Viking 1 entama une navigation spatiale de 10 mois pour rejoindre Mars. Viking 1 fut mis en orbite martienne le 19 juin 1976. Sa première orbite était de 1513 x 33,000 km, avec une période de révolution de 24h66. Elle fut atteinte le 21 juin. Cette orbite était destinée à assurer la certification du site d'atterrissage. Viking commença à transférer des images de Mars 5 jours après son insertion en orbite. Les images de sites candidats pour l'atterrissage permirent de choisir le plus approprié pour l'atterrissage, avec un léger délai par rapport aux prévisions initiales. Le module d'atterrissage fut séparé de l'orbiteur le 20 juillet à 8h51.
Une mission complémentaire commença le 14 décembre 1976 après une conjonction solaire. Cette mission prévoyait l'approche de Phobos en février 1977. Le périapside fut réduit à 300km en mars 1977, suivi par des modifications mineures de l'orbite. Le module orbital de Viking 1 avait épuisé la majeure partie de son carburant pour les propulseurs de contrôle d'altitude et fut placé en orbite de stockage afin de retarder au maximum sa chute sur Mars. Le programme de Viking 1 Orbiteur fut clôt le 17 août 1980 après 1485 révolutions autour de Mars.
Le 12 février 1977, l'orbite de Viking 1 fut modifiée pour permettre un survol de Phobos, la plus grande des lunes martiennes. Au plus près, le vaisseau orbital de Viking 1 survola Phobos à 90 km de sa surface. Le 11 mars 1977, le periapside de l'orbiteur fut diminué de 300 km par rapport à la surface martienne. Avec ce periapside bas, la résolution des instruments de mesures sur la surface permettait d'observer des objets de 20 mètres. Au début des années 80, l'orbiteur Viking 1 avait pris plus de 30000 photographies de la planète et était toujours opérationnel.
Date | Révolution | Événement |
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19 juin 1976 | 0 | Insertion dans l'orbite de Mars |
21 juin 1976 | 2 | Déplacement sur l'orbite de certification du site d'atterrissage |
9 juillet 1976 | 19 | Déplacement sur l'orbite vers l'ouest |
14 juillet 1976 | 24 | Synchronisation de l'orbite avec le site d'atterrissage |
20 juillet 1976 | 30 | Atterrissage de VL-1 à 1153:06 UTC |
3 août 1976 | 43 | Ajustement orbital mineur pour assurer la synchronisation avec VL-1 |
3 septembre 1976 | 75 | Atterrissage de VL-2 |
11 septembre 1976 | 82 | Diminution de la période orbitale pour se déplacer vers l'est |
20 septembre 1976 | 92 | Ajustement orbital pour assurer la synchronisation avec VL-2 |
24 septembre 1976 | 96 | Orbite synchronisée avec VL-2 |
22 janvier 1977 | 213 | Modification de la période orbitale pour approcher Phobos |
4 février 1977 | 227 | Synchronisation de l'orbite avec la période de Phobos |
12 février 1977 | 235 | Correction en vue d'une synchronisation précise avec Phobos |
11 mars 1977 | 263 | Réduction du périapside de 300 km |
24 mars 1977 | 278 | Ajustement de la période orbitale à 23,5 heures |
15 mai 1977 | 331 | Petites manœuvres d'évitement de Phobos |
1er juillet 1977 | 379 | Ajustement de la période orbitale sur 24 heures |
2 décembre 1977 | 898 | Ajustement de la période orbitale à 24,85 heures, début d'un survol lent de la planète |
19 mai 1978 | 1061 | Ajustement de la période orbitale sur 25 heures, accélération de la vitesse de survol |
20 juillet 1979 | 1120 | Périapside porté à 357 km, ajustement de la période orbitale sur 24,8 heures pour réduire la vitesse de survol |
Le programme Viking prévoyait une exploration intensive des deux lunes martiennes, Phobos et Deimos.
Viking 1 travailla plus spécifiquement sur Phobos. Le 12 février 1977, son orbite fut modifiée pour permettre un survol de Phobos, la plus grande des lunes martiennes. Au plus près, le module orbital de Viking 1 survola Phobos à seulement 90 km de distance de sa surface.
Les images spectaculaires en haute résolution, fournies par la sonde, furent les premières jamais obtenues sur un corps satellisé du système solaire. Les données fournies permirent d'obtenir des informations sur la morphologie de la surface, et sur les propriétés physiques et dynamiques de cette lune. Il fut découvert que Phobos était plus petit que ce qu'avait laissé croire la sonde Mariner 9 (5 200 m3 contre 5 700 m3 précédemment évalués).
L'orbiteur Viking obtint également des images de l'ombre portée sur Mars par son satellite. Ces images furent utilisées pour connaitre la position précise du module d'atterrissage Viking 1. Elles furent également employées pour améliorer la précision des coordonnées géographiques des cartes martiennes.
Le 25 juillet 1976, au cours de sa 35e orbite, l'orbiteur Viking 1 survole Mars autour de 41° de latitude nord. C'est lors de ce passage qu'est pris le fameux cliché du site Cydonia Mensae dit le visage de Mars. À l'époque, certains ont cru y déceler une structure artificielle. Depuis, de nouvelles photos du visage prises par la sonde Mars Global Surveyor, avec une résolution bien supérieure, ont montré qu'il s'agissait simplement d'une colline érodée.
C'est sur le cliché 35A72, d'une résolution de 47 mètres/pixel, qu'on peut observer cette butte de terre qui ressemble étrangement à un visage humain. L'image est jugée suffisamment intéressante pour que le Jet Propulsion Laboratory décide de la rendre publique au cours d'une conférence de presse le 31 juillet 1976. À l'époque, il ne fait guère de doute pour les responsables de l'imagerie du programme Viking qu'il s'agit d'un caprice de la nature: une colline qui, photographiée sous un angle particulier, et avec une lumière rasante (le cliché est pris à 18h00, heure locale) prend une apparence de visage humain par le jeux des ombres. Pour les responsables de la mission, le cliché est donc anecdotique et à ranger aux rang des innombrables illusions d'optiques que les appareils scientifiques produisent régulièrement.