Viking 1 est le nom de la première des deux sondes du programme Viking envoyées en 1975. Il fut le deuxième vaisseau interplanétaire (5 ans après Mars 3) à se poser sur Mars et à réussir sa mission. Viking 1 détenait le record de la plus longue mission martienne avec 6 ans et 116 jours, depuis l'atterrissage, jusqu'à la fin de la mission (en temps terrestre), avant d'être battu par les robots Spirit et Opportunity.
Viking 1 fut lancé du Kennedy Space Center à Cap Canaveral le 20 août 1975 par une fusée Titan III équipée d'un étage Centaur. Il arriva près de Mars le 19 juin 1976. Dans un premier temps, l'allumage du moteur de Viking 1 pendant 38 minutes le plaça sur une orbite elliptique avec une apoapside de 50 000 km et un périapside de 15 000 km. Puis le 21 juin, l'orbite fut synchronisée avec le jour martien, avec une période de révolution de 24.66 heures, une apoapside de 33 000 km et un périapside de 1 513 km. Un atterrissage avait été envisagé pour le 4 juillet 1976, pour le bicentenaire du Jour de l'Indépendance, mais le 27 juin, la NASA annonça un report pour choisir un site moins accidenté que le site initialement sélectionné. Pendant le premier mois en orbite, Viking 1 fut utilisé exclusivement pour rechercher un site d'atterrissage sûr pour le module d'atterrissage de Viking 1. Dès que le module atterrit sur Mars, le 20 juillet 1976, l'orbiteur entama une campagne de prises de vue systématiques de la surface martienne. L'orbite très elliptique du vaisseau orbital était particulièrement pratique pour étudier la surface, en alternant des moments de grande proximité (pour la vision des détails) et de grand éloignement (pour une vision d'ensemble).
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 1 513 × 33 000 km, avec une période de révolution de 24,66 h. 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 8 h 51.
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 300 km 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 clos le 7 août 1980 après 1 485 révolutions autour de Mars.
Chronologie de la mission orbitale
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 périapside de l'orbiteur fut diminué de 300 km par rapport à la surface martienne. Avec ce périapside bas, la résolution des instruments de mesure sur la surface permettait d'observer des objets de 20 mètres. Au début des années 1980, l'orbiteur Viking 1 avait pris plus de 30 000 photographies de la planète et était toujours opérationnel.
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 km3 contre 5 700 km3 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 18 h, heure locale) prend une apparence de visage humain par le jeu des ombres. Pour les responsables de la mission, le cliché est donc anecdotique et à ranger au rang des innombrables illusions que les appareils scientifiques produisent régulièrement.
Initialement, l'atterrissage sur Mars était prévu pour le 4 juillet 1976, date du Bicentenaire du Jour de l'Indépendance (États-Unis), mais l'observation de la surface depuis l'orbite, par la sonde, démontra que le site initialement choisi était trop accidenté pour un atterrissage sûr. Finalement, la procédure de descente fut reportée au 20 juillet. Le Viking Lander 1 quitta l'orbite à 8h51 et se posa à 11h53:06. C'était le premier atterrissage sur Mars d'un vaisseau des États-Unis d'Amérique.
Au moment de la séparation, le module d'atterrissage survolait Mars à environ 4 km/s. Les rétro-fusées du bouclier de protection furent allumées pour entamer le désorbitage. Après quelques heures, à 300 km d'altitude, le module d'atterrissage fut réorienté en vue de la rentrée atmosphérique. Le bouclier assura un freinage par frottement sur les couches atmosphériques.
Pendant cette phase de descente, des expériences étaient menées, utilisant le spectromètre de masse, les capteurs de pression de température, et de densité atmosphérique.
À 6 km d'altitude, avec un taux de descente de 250 m/s, les parachutes de 16 mètres de diamètre furent déployés. Sept secondes plus tard, le bouclier était éjecté, et 8 secondes après, les trois jambes de l'atterrisseur déployées. En 45 secondes, le parachute avait réduit la vitesse de descente à 60 m/s. À 1,5 km d'altitude, les rétrofusées étaient allumées, et 40 secondes plus tard, à une vitesse de descente de 2,4 m/s, le module se posait de manière assez douce, notamment grâce aux nids d'abeilles en aluminium installés sur les jambes afin d'amortir le choc.
Viking 1 s'était posé dans l'ouest de Chryse Planitia sur le point de coordonnées planétographiques 22,697° N, 311,778° E, avec une altitude de référence de −2,69 km. Environ 22 kg de propulseurs restaient en réserve au moment de l'atterrissage.
La première transmission d'image depuis la surface débuta 25 secondes après l'atterrissage et prit 4 minutes. Le module d'atterrissage mit à profit ce délai pour activer ses systèmes : il sortit l'antenne à haut-gain et l'orienta en direction de la Terre pour communiquer directement. Il déploya également les capteurs de la station météorologique. Durant les 7 minutes suivantes, une seconde image fut prise montrant une scène panoramique à 300°.