Kaum hatten die ersten Raumsonden mehr oder weniger erfolgreich mit der Erkundung des Erdmondes begonnen, wandten sich die Wissenschaftler Anfang der 1960er Jahre neuen Zielen zu. Nun standen die Planeten Mars und Venus im Fokus des Interesses. Die beiden Nachbarplaneten der Erde waren einerseits relativ leicht zu erreichen und faszinierten andererseits seit Jahrhunderten die Wissenschaftler. Und, trotz bereits bekannter Unterschiede, gab es doch berechtigte Hoffnungen auf eine große Erdähnlichkeit.
Um ein Haar hätten diesmal die USA die Nase deutlich vorn gehabt im Wettlauf um die erste interplanetare Raumsonde. Doch der für Dezember 1959 vorgesehene Start der Pioneer P-2 Sonde zur Venus mußte wenige Tage vor dem geplanten Termin abgesagt werden, als bei letzten Überprüfungen ein Defekt an der Bordelektronik der Nutzlast aufgedeckt wurde. Damit hatte die Sowjetunion die Gelegenheit, ihrerseits die ersten Sonden zu starten. Zwei Sonden machten sich im Februar 1961 von Baikonur aus auf den Weg. Auch hier war die Venus das Ziel. Doch der erhoffte Triumph blieb aus. Während beim ersten Start die Rakete versagte, fiel bei Venera 1 nach wenigen Tagen die Elektronik aus, vermutlich wegen Überhitzung. Dabei hätte die Mission das Zeug dazu gehabt, einmal mehr die Überlegenheit der sowjetischen Raumfahrt zu demonstrieren. Nur wenige Monate nach der ersten geglückten Rückführung eines Objekts aus dem Erdorbit, sollte mit Venera 1 der Versuch unternommen werden, eine Kapsel auf der Venus zu landen! Da man aufgrund der dichten Atmosphäre der Venus wenig über die dort herrschenden Bedingungen wußte, hatte man den Container sicherheitshalber schwimmfähig ausgelegt. Wie man heute weiß, hätte er den in der Atmosphäre herrschenden Druck– und Temperaturbedingungen nicht widerstehen können. Dennoch wäre allein der Versuch einer „Landung“ auf der Venus (tatsächlich geplant war wohl eher ein harter Aufschlag) eine Sensation gewesen. Trotz des Fehlschlags war die Sowjetunion entschlossen, ihre Dominanz in der Raumfahrt auch auf die Erkundung der benachbarten Planeten auszudehnen. Und so wurden für das nächste Startfenster zur Venus gleich drei Raumsonden vorbereitet, zwei Lander und eine Vorbeiflugsonde. Alle drei Starts im August und September 1962 scheiterten an der unzuverlässigen Molnija 8K78 Trägerrakete.
Damit erhielt die NASA doch noch unverhofft die Gelegenheit, ihr Image etwas aufzupolieren. Denn auch in den USA hatte man die Venus weiter im Visier. Dabei waren die Planungen ambitioniert und sehr optimistisch. Wie sich zeigte, mußte man sie aber sogar eher als unrealistisch einstufen. Nicht nur, daß man mit Mariner-A ein vollkommen neues Raumsondenmodell entwickeln wollte. Der Start der beiden geplanten 450 kg Sonden sollte zudem mit der neuen Atlas Centaur Rakete erfolgen, die damals erst auf dem Reißbrett existierte und deren kryogener Oberstufenantrieb eine gewaltige Herausforderung darstellte. Verzögerungen waren also zu erwarten. Nach fortwährenden Verschiebungen des Termins für den Jungfernflug explodierte die erste Atlas Centaur im Mai 1962 kurz nach dem Start. Das traf viele wissenschaftliche Missionen hart. Glücklicherweise hatte die NASA 
bereits im September 1961 die Entscheidung getroffen, das Mariner-A Projekt einzustellen und stattdessen das Mariner-R Programm voranzutreiben, das man seit dem Frühjahr studiert hatte. Diese deutlich kleineren Sonden konnten auch mit der Atlas Agena-B Raketenkombination gestartet werden, dem leistungsfähigsten Träger, über den die NASA damals tatsächlich verfügte. Doch bis zum vorgesehenen Starttermin verblieb nun nicht einmal mehr ein Jahr! Selbst in der Frühzeit der Raumfahrt war ein solche Projekt kaum in der knappen Zeitspanne zu realisieren. Der Plan des Jet Propulsion Laboratory sah daher vor, maximalen Nutzen aus vorhandenen Systemen zu ziehen. So griff man für das Sondendesign auf den Ranger Entwurf zurück. Ranger sollte, ausgehend von einem einheitlichen Bus, unterschiedliche Missionen am Erdmond erfüllen können. Dazu war die Ausstattung entweder mit Meßgeräten, Kameras oder einem Lander untersucht worden. Doch waren die Systeme von Ranger bestenfalls für einen Betrieb von mehreren Wochen konzipiert, nicht jedoch für Monate, wie es ein Flug zur Venus erforderte. Glücklicherweise war die Entwicklung von Kommunikations– und Steuerungssystemen für das Mariner-A Programm bereits soweit fortgeschritten, daß diese Baugruppen in den Mariner-R Entwurf übernommen werden konnten. Zu den wenigen kompletten Neuentwicklungen zählten die Solarzellenausleger. Bei einer Nutzlastkapazität von 209 kg (460 lbs) blieben nur etwa 11 kg (25 lbs)[1] für die wissenschaftliche Ausrüstung. Diese stellte man schließlich zusammen aus einem Mikrowellen-Radiometer, 
einem Infrarot-Radiometer, einem Fluxgate-Magnetometer, einem Geiger-Müller-Zähler, einer Ionenkammer, einem Detektor für kosmischen Staub und einem Plasma-Detektor. Ein Teil der Ausrüstung war geeignet, bereits während des interplanetaren Fluges Messungen vorzunehmen. Andere Experimente konzentrierten sich ausschließlich auf die Erforschung der Venus. Trotz dieser bescheidenen Ausrüstung konnte der Start der beiden Mariner Sonden nur gelingen, wenn alle nicht zwingend benötigten Systeme von der Agena-B Endstufe der Rakete entfernt wurden. 50 kg ließen sich so einsparen. Dennoch konnte nur eine 157 km (85 nm) Parkbahn geflogen werden, statt der üblichen 185 km (100 nm). Unter Berücksichtigung aller sonstigen Beschränkungen ergab sich somit ein nutzbares Startfenster von 47 Tagen zwischen dem 24.07.1962 und dem 09.09.1962 [2]. In dieser Zeit mußten zwei Raketen mit ihrer komplexen Nutzlast auf dem einzigen für diese Missionen verfügbaren Startkomplex in Cape Canaveral vorbereitet werden. Für den Startkomplex selbst galt dabei eine Mindestzeitspanne zwischend en Starts von 21 Tagen. Auch dies also eine erhebliche Herausforderung.
Tatsächlich gelang es, bis zum Spätsommer 1962 die beiden Raumsonden und zwei Raketen startklar zu haben. Die beiden intern MR-1 und MR-2 genannten Mariner Sonden sowie ein aus Reserveteilen assembliertes Ingenieurmodell MR-3 trafen Ende Mai in Cape Canaveral ein. Die erste der beiden Atlas Raketen folgte am 09.06.1962 an Bord einer C-133 . Mit großer Spannung verfolgten die am Projekt beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure, aber auch zwei Kongreßabgeordnete, den Countdown zum Start der Atlas 145D mit Mariner R-1 (Mariner I). … Tatsächlich sah auch zunächst alles nach einem erfolgreichen Start aus. Doch dann wurde erkennbar, daß die Rakete zunehmend vom Kurs abwich. Sie drohte schließlich aus der für den Schiffsverkehr gesperrten Sicherheitszone auszubrechen. Damit blieb dem Sicherheitsoffizier nicht anderes, als sechs Sekunden vor der Stufentrennung das Kommando zur Selbstzerstörung zu senden. Die Agena-Stufe mit der Nutzlast überstand die Sprengung offenbar weitgehend unversehrt. Jedenfalls konnten noch 64 s lang Signale von ihr empfangen werden. Sie verstummten erst, als die Stufe auf dem Meer aufschlug. 
Die Enttäuschung über diesen Fehlschlag war gewaltig, auch wenn derartige Startversager damals nicht ungewöhnlich waren. Dennoch machte man sich an die Vorbereitungen zum Start der zweiten Sonde. Während die Ursachen des Fehlstarts untersucht wurden, bereitete man die nächste Atlas-D zum Start vor und hoffte, sich keinem grundlegenden Problem gegenüberzusehen. Glücklicherweise konnten die Ursachen für die Kursabweichung der Rakete rasch aufgedeckt werden. Wie sich zeigte, empfing die Rakete das Leitstrahlsignal nur sehr schwach und gestört. Für solche Fälle war vorgesehen, daß die Steuerung auf ein vorausberechnetes Flugprofil im Bordrechner übergeben wurde. Das geschah auch planmäßig. Doch dann gab der Rechner vollkommen unsinnige Steuerungsbefehle an die Triebwerke, die die Rakete aus ihrer Bahn ausbrechen ließen. Die Ursache hierfür lag im Fehlen eines einzigen Bindestrichs im Programmcode. Der Fehler war schon vor längerer Zeit passiert, bisher aber unbemerkt geblieben, da dieser Programmteil bei keinem der vorangegangenen Starts aufgerufen worden war. Beide Fehler waren ärgerlich, ließen aber auf einen erfolgreichen zweiten Versuch hoffen. Tatsächlich hob die Rakete mit Mariner R-2 (Mariner II) bereits am 27.08.1962 und damit noch gut innerhalb des Startfensters zur Venus ab. Noch am Vortag waren zwei fehlerhafte Batterien im Selbstzerstörungssystem der Agena entdeckt worden, so daß der Start um einen Tag verschoben werden mußte. Kurz nach dem Abheben stand der Erfolg auch dieser Mission auf Messers Schneide. Die Rakete begann um die Längsachse zu rollen, wobei sich die Geschwindigkeit beängstigend schnell kritischen Werten näherte. Die Rakete drohte bei einer Rotation pro Sekunde(!) auseinanderzubrechen und wieder schien es unumgänglich, das Selbstzerstörungskommando zu senden, als sich die Rollrate plötzlich wieder normalisierte. Wie sich bei der späteren Analyse zeigte, war das wohl nur glücklichen Umständen zu verdanken. Ein loses Kabel im Avioniksystem hatte das Rollen ausgelöst, war aber durch die Zentrifugalkraft wohl gerade noch rechtzeitig wieder an seinen Platz zurückgekehrt. Jedenfalls erreichte die Agena Oberstufe mit Mariner II mit ausreichender Präzision die 118 km Parkbahn. Etwa 980 s später gelang auch die Wiederzündung der Agena. 26:03 min nach dem Start trennte sich Mariner von der ausgebrannten Raketenstufe. Und als nach 44 Minuten auch die beiden Solarzellen entfaltet waren, war die erste kritische Phase der Mission abgeschlossen. Mariner II flog mit Kurs Venus in den interplanetaren Raum. Wie präzise die Bahn erreicht worden war, würde man erst nach mehreren Tagen wissen. Drei permanente 
Bahnverfolgungsstationen in Goldstone, Woomera und Johannesburg sowie zwei mobile Stationen in Cape Canaveral und bei Johannesburg waren im Deep Space Network für die Mission im Einsatz. Nach neun Tagen der Bahnverfolgung ergab sich, daß der Vorbeiflug an der Venus ohne Korrektur in etwa 376.000 km Distanz erfolgen würde. Unglücklicherweise zudem auf der im Schatten liegenden Seite des Planeten. Das Triebwerk war ausgelegt, auch eine mehr als doppelt so große Abweichung ausgleichen zu können. Am 04.09.1962 fand das kritische Korrekturmanöver statt. Ziel war es, die Venus in etwa 20.000 km Entfernung auf der sonnenzugewandten Seite zu passieren. Für das Korrekturmanöver mußte die Sonde eine komplexe Serie von drei vorausberechneten Manövern und zwei in Echtzeit übermittelten absolvieren. Trotz Schwierigkeiten bei der Übertragung der Kommandofolge absolvierter Mariner II die Manöver ebenso wie die eigentliche Triebwerkszündung präzise. Mehrwöchige Bahnvermessungen nach der Triebwerkszündung ergaben schließlich, daß man die Venus nun wohl in etwa 41.000 km Entfernung passieren würde[3]. 
Zwar hatte man sich eine bessere Präzision erhofft, doch waren die Werte mehr als ausreichend für die angestrebten Messungen. Überraschend aktivierte der Bordcomputer von Mariner II am 08.09.1962 die Gyroskope und schaltete die wissenschaftlichen Experimente ab. Offenbar war kurzfristig die räumliche Orientierung der Sonde verloren gegangen. Ob eine Irritation des Erd-Sensors (der offenbar fast „erblindet“ war) oder der Zusammenprall mit einem Mikrometeoriten die Ursache für den Zwischenfall war, konnte nie geklärt werden. Zu schnell hatte die Sonde die Kontrolle wieder erlangt. Ähnlich verlief der nächste derartige Zwischenfall am 29.09.1962. Am 31.10.1962 wiesen Telemetriedaten von Mariner II auf den abrupten Ausfall eines der beiden Solarzellenausleger hin. Daraufhin wurden die aktiven wissenschaftlichen Experimente abgeschaltet. Nach einer Woche, ab dem 08.11.1962, lieferte ebenso plötzlich der beschädigte Solarzellenausleger wieder Energie, 
so daß die Instrumente erneut aktiviert wurden. Doch am 15.11.1962 fiel der beschädigte Solarzellenausleger endgültig mit einem Kurzschluß aus. Der verbliebene Ausleger lieferte aufgrund der Nähe zur Sonne zu diesem Zeitpunkt etwas mehr als 160 W bei einem Energiebedarf von 145 W. Damit durfte die NASA immer noch auf einen erfolgreichen Abschluß der Mission hoffen und sogar die Instrumente konnten weiter aktiv bleiben. Bis zum Rendezvous traten dann auch keine weiteren gravierenden Probleme mehr auf. Allerdings konnten seit dem 09.12.1962 vier verschiedene Telemetriedaten nicht mehr empfangen werden. Bedeutsam war darunter lediglich die Angabe des Stellwinkels der Hauptantenne. Beängstigend war zuletzt der Temperaturanstieg an verschiedenen Meßpunkten. Sechs Sensoren waren am 12.12.1962 am Ende ihres Meßbereichs angekommen. Vor allem stand die Explosion der Pufferbatterie zu befürchten, denn auch sie wurde über der zulässigen Maximaltemperatur von 49 °C (120 °F) betrieben. Doch die Systeme erweisen sich als unerwartet robust. Am 14.12.1962, nach 109-tägigem Flug, konnte die volle wissenschaftliche Nutzlast für den anstehenden Vorbeiflug aktiviert werden. Die maximale Annäherung an die Venus erfolgte am 14.12.1962 um 19:59 UTC. Als Minimaldistanz wurden 34.891 km ermittelt. Drei Scans der Planetenoberfläche konnten während der Passage unternommen werden. Einer über die Schattenseite, einer über die Sonnenseite und einer etwa entlang des Terminators. Bereits um 20:32 UTC wurde über das DSN das Kommando zur Deaktivierung der sogenannten Mode III Instrumente gesendet. Das erste erfolgreiche Rendezvous einer Raumsonde mit einem fremden Planeten war vorüber.
Während noch die Daten von Mariner II aus fast 58 Mio. km Entfernung von der DSN Antenne in Goldstone aufgefangen wurden, traten in Washington D.C. der NASA Administrator James E. Webb und der JPL Direktor William H. Pickering vor die Presse. Sie verkündeten den Journalisten den großartigen Erfolg der Raumsonde. Obwohl Mariner II keine spektakulären Bilder der Venus liefern konnte, geriet ihre Mission zu einem großartigen PR-Erfolg für die NASA. In den Wochenschauen rund um den Globus liefen Dokumentationen zum Mariner II Flug. Aber auch die Wissenschaftler waren begeistert. Zwar blieben viele Fragen ungeklärt. Von den vielen, teils total widersprüchlichen, Theorien zum Klima der Venus bestätigte sich klar jene, die eine Treibhausatmosphäre mit extremen Temperaturen vorhergesagt hatte.
Die Mission von Mariner II war mit dem Venus-Rendezvous noch nicht vorbei. Trotz aller technischer Probleme übertrug die Sonde auch in den Wochen danach noch Daten. Am 27.12.1962 war das Perihelion der Bahn erreicht. Nun wuchs die Entfernung zur Sonne wieder allmählich. Da der Erd-Sensor praktisch nicht mehr nutzbar war, mußten die Kommandos zur Ausrichtung der Antenne regelmäßig über das DSN übermittelt werden. Dann, am 03.01.1963, brach unerwartet der Kontakt zu Mariner II ab. Der Empfang von 30 min an Telemetrieinformationen über die DSIF-5 (Deep Space Instrumentation Facility) Antenne in Johannesburg war noch normal abgeschlossen worden. Doch Woomera (DSIF-4 ) konnte danach keinen Kontakt mehr aufbauen. Ebensowenig Goldstone (DSIF-2 und DSIF-3 ). Damit war die erste erfolgreiche interplanetare Mission zu einem Ende gekommen.
- Die Radiometermessungen von Mariner II führten dazu, daß die Vorstellungen von der Oberflächentemperatur erheblich nach oben korrigiert werden mußten. Zu den eher extremen Modellen hatten bis dahin jene gezählt, die von 315 °C (600 °F) im Ergebnis eines „Treibhauseffekts“ ausgingen. Jetzt präzisierte sich das zu mehr als 425 °C (800 °F) im Mittel (heute gültiger Wert 464 °C).
- Erstmals konnte einigermaßen verläßlich die Rotationsperiode der Venus zu 230 Tagen ±45 Tagen bestimmt werden (heute gültiger Wert 243 Tage, 27 Minuten).
- Ein Magnetfeld konnte nicht gemessen werden (nach heutigem Kenntnisstand ist es mit einem Zehntausendstel des irdischen tatsächlich kaum nachweisbar).
- Die Zusammensetzung der Atmosphäre wurde zu einem absolut überwiegenden Teil mit CO2 bestimmt mit erheblichen Anteilen von N2 . Das hat sich grundsätzlich so bestätigt.
- Der Atmosphärendruck wurde mit etwa 20 bar allerdings viel zu gering bestimmt. Tatsächlich sind es im Mittel 92 bar.
- Interessant war auch das Ergebnis zur Verteilung des kosmischen Staubs. Ganze zwei Partikel trafen den Detektor während des Fluges.
- Neue interessante Meßwerte konnten zum Sonnenwindphänomen gewonnen werden.
[1] später auf 18 kg (40 lbs) gesteigert bei einem Gesamtgewicht der Sonde von nur noch knapp 203 kg (447 lbs)
[2] nach diversen Anpassungen von Rakete, Nutzlast und Transferbahn auf 56 Tage (18.07.-12.09.1962) ausgedehnt
[3] konnte später auf 34.854 km präzisiert werden