После отделения аппарата от второй ступени (через 45 минут после старта) он был ориентирован относительно Солнца, а через 16 часов после старта началась ориентация аппарата относительно звезды Канопус, которую удалось захватить только 30 ноября. Заданная ориентация аппарата относительно Солнца и звезды Канопус должна была поддерживаться в течение всего полета, за исключением периода коррекции траектории, когда аппарат терял Солнце и звезду Канопус, но затем снова ориентировался по ним. Коррекция траектории была проведена успешно, и 5 декабря аппарат вышел на траекторию близкую к расчетной.
Корпус аппарата, изготовленный из магниевого сплава, имел форму восьмигранной призмы, разделенной на восемь отсеков, в которых находилось научное оборудование. К корпусу аппарата прикреплялись четыре панели с солнечными элементами, к концам панелей были присоединены «солнечные паруса», для дополнительного разгона аппарата.
В 1965 году, в ночь с 14 на 15 июля. Mariner 4 подлетел к Марсу на расстояние 9600 км и передал на Землю 22 фотографии поверхности Марса, охватывающих участок поверхности планеты размером 300 на 300 км.
Межпланетная станция «Марс-1»
Старт ракеты-носителя Atlas-Ajena с аппаратом Mariner 4
Полярная шапка на Марсе
К удивлению ученых на снимках была запечатлена безжизненная поверхность, покрытая кратерами, очень напоминающая лунный пейзаж. Все кратеры имели плоское дно, вероятно, засыпанное пылью в периоды глобальных пылевых бурь, периодически охватывающих планету. Никаких каналов, континентов, а тем более морей.
Кроме снимков, Mariner 4 дал информацию о плотности атмосферы Марса. На основе характеристик прохождения радиоволн через его атмосферу ученые пришли к выводу, что давление на поверхности планеты соответствует земному давлению на высоте 35–40 км над уровнем моря. Кроме этого, у Марса отсутствовали магнитное поле и радиационные пояса, последние образуются за счет удержания магнитным нолем планеты заряженных частиц солнечного ветра.
В феврале и марте 1969 года американцы запустили к Марсу еще два «Маринера», шестой и седьмой. Основная задача полета: получение изображений Марса; определение температуры, плотности, давления и состава атмосферы Марса; измерение температуры поверхности Марса на дневной и ночной сторонах; уточнение некоторых астрономических величин путем анализа траекторных измерений.
Они подлетели к планете почти в два раза ближе, на расстояние 3500 км. Первый передал 75 фотографий экваториальных областей, а второй — 126 снимков района южного полюса.
«Маринерам» удалось измерить температуру атмосферы. Измерения, проведенные с помощью инфракрасного радиометра, показали, что на поверхности Марса температура изменяется от + 16 °C (в полдень) до -102 °C (ночью).
На основе этих данных ученые пришли к выводу, что снег на полярных шапках состоит из углекислого газа, который «вымерзая» из атмосферы, выпадает на поверхность в виде снега.
Попытки запустить два советских аппарата «Марс-69» при помощи ракеты-носителя «Протон» закончились неудачей.
В 1971 году ожидалось очередное великое противостояние Земли и Марса. Благодаря этому к Марсу можно было отправить гораздо больший вес, и, в случае удачи, вывести аппарат на марсианскую орбиту.
В СССР к полету подготовили две межпланетные станции, «Марс-2» и «Марс-3» весом 4650 кг. Обе станции были одинаковыми по конструкции, на обеих имелся спускаемый аппарат с видеокамерой, приборами измерения атмосферного давления, скорости ветра, температуры, исследования химического состава атмосферы и грунта.
Аппарат «Марс-3»
Аппарат Mariner 9
Американцы не располагали таким мощным носителем, как четырехступенчатая ракета «Молния», созданная на базе ракеты Р-7. Возможности «Атласа» позволяли отправить к Марсу только 1030 кг. Поэтому их аппараты Mariner 8 и 9 имели скромное оборудование и рассчитывались только для выхода на околомарсианскую орбиту.
В комплект приборов для исследования планеты входили телекамеры с малым и большим углами обзора, установленные на сканирующей платформе; инфракрасный интерферометр-спектрометр для измерения газового состава, частиц и температуры на поверхности и над ней; ультрафиолетовый спектрометр для определения газового состава в верхних слоях атмосферы и инфракрасный радиометр для измерения температур поверхности.