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 ロンドン科学博物館にあるビーグル2号のレプリカ | |
| ミッションタイプ | 火星着陸船 |
|---|---|
| オペレーター | 国立宇宙センター |
| コスパーID | 2003-022C [1] |
| ミッション期間 | 6ヶ月（予定）[2] |
| 宇宙船の特性 | |
| 着陸質量 | 33.2 kg (73 ポンド) |
| ペイロード質量 | 9 kg (20 ポンド) の科学機器 |
| 寸法 | 折り畳み時：直径1m 展開時：直径1.9m 高さ：12cm [3] |
| 力 | 60ワット[3] |
| ミッション開始 | |
| 発売日 | 2003年6月2日 07:45 UTC |
| ロケット | ソユーズFG /フレガート |
| 発射場 | バイコヌール宇宙基地 |
| 請負業者 | EADS アストリウム |
| 展開元 | マーズ・エクスプレス |
| 展開日 | 2003年12月19日 |
| ミッション終了 | |
| 宣言された | 2004年2月6日 |
| 火星着陸船 | |
| 着陸日 | 2003年12月25日 02:45 UTC |
| 着陸地点 | イシディス平原、火星 北緯11度31分44秒 東経90度25分53秒 / 北緯11.52879度 東経90.43139度 / 11.52879; 90.43139 (ビーグル2号着陸地点) [4] |
ビーグル2 号は、 2003 年に欧州宇宙機関が実施したマーズ エクスプレスミッションで運ばれた、現在は運用されていない英国の火星探査機です。火星に過去に生命が存在した証拠を探す宇宙生物学ミッションの実施が目的とされていました。
探査機は2003年12月19日にマーズ・エクスプレスから無事に打ち上げられ、12月25日に火星表面に着陸する予定だった。しかし、ESAは火星への着陸予定時刻に着陸機からの通信を受信できず、探査機との連絡を何度も試みた後、2004年2月にミッション失敗を宣言した。[5]
ビーグル2号の運命は、2015年1月にNASAの火星探査機 HiRISEカメラによる一連の画像で火星の表面に位置するまで謎のままでした。[6] [7]画像では、ビーグル2号が安全に着陸したことが示されていましたが、4つの太陽電池パネルのうち2つが展開に失敗し、宇宙船の通信アンテナを遮っていました。
ビーグル2号は、博物学者チャールズ・ダーウィンを世界一周の航海に 乗せた船、HMS ビーグル号にちなんで名付けられました。
背景
ビーグル2号は、オープン大学のコリン・ピリンジャー教授率いる英国の学者グループがレスター大学と共同で考案した。このプロジェクトは英国の複数の学者と企業によって設計・開発された。[8]宇宙船の名前は、火星における過去または現在の生命の兆候を探すという目標を反映している。[9]ピリンジャーによると：
「ビーグル号は、1830年代にチャールズ・ダーウィンを世界一周の航海に乗せた船であり、地球上の生命に関する知識を飛躍的に向上させた。ビーグル2号が火星の生命に関して同じことをしてくれることを期待している。」[10] [要出典]
着陸地点として選ばれたのは、火星の古代高地と北部平原の境界に広がる巨大で平坦な堆積盆地、イシディス平原の北緯11°32′ 東経90°30′ / 北緯11.53° 東経90.50° / 11.53; 90.50を中心とする50×8キロメートル (31.1×5.0マイル)の楕円であった。 [9]着陸機は約180日間運用されると予想され、最長1火星年(地球の687日)までの延長ミッションも可能と考えられていた。ビーグル2号着陸機の目的は、着陸地点の地質、鉱物学、地球化学、大気と表層の物理的性質の酸化状態を特徴付ける、火星の気象と気候に関するデータを収集する、そして生物の痕跡を探すことであった。
主任研究者のコリン・ピリンジャーはビーグル2の設計と建造を行うコンソーシアムを設立した。主要メンバーと当初の責任は以下の通りである。[11]
- オープン大学– コンソーシアムリーダーと科学実験
- レスター大学– プロジェクト管理、ミッション管理、飛行運用チーム、機器管理、科学実験
ビーグル2プロジェクトのリーダー、コリン・ピリンジャー氏（2009年撮影） - アストリウム– 主な産業パートナー
- マーティン・ベーカー– 進入、降下、着陸システム
- Logica – 巡航、進入、降下、着陸ソフトウェア
- SCISYS –地上セグメントおよび着陸機ソフトウェア
- ウェールズ大学アベリストウィス校– ロボットアーム
- マクラーレン・アプライド・テクノロジーズ- 太陽電池パネル用複合材料[12]
アストリウムがプログラム管理の責任を引き継ぎ、レスターは打ち上げ後の運用準備と運用管制センターを含むミッション管理の責任を引き継いだ。[13]
プロジェクトを宣伝し、資金援助を得るため、設計者はイギリスの芸術家の支持と参加を求め、それが認められた。ミッションのコールサインはバンド「ブラー」が作曲し、[14]ビーグル2号の着陸後のカメラと分光計の較正を目的とした「テストカード」（較正ターゲットプレート）はダミアン・ハーストが描いた。[15] [16]
宇宙船を制御する着陸機運用管制センター (LOCC) はレスターにある国立宇宙センターに設置されており、センターを訪れる一般の人にも見える場所にあった。管制センターには、ビーグル 2 を制御するための運用システム、工学および科学テレメトリを処理するための分析ツール、活動シーケンスを準備するための仮想現実ツール、通信システム、地上試験モデル (GTM) が含まれていた。GTM はビーグル2システムのビルドで構成されており、着陸機の電子機器一式を提供するために集められた。GTM は、工学および科学コマンドの検証、着陸シーケンスのリハーサル、搭載ソフトウェアの検証にほぼ継続的に使用された。[17]
資金調達
ビーグル 2 着陸機は、オープン大学、EADS-Astrium、DTI、素粒子物理学および天文学研究会議 (PPARC)、科学技術局、ESA が参加するパートナーシップ協定を通じて資金提供を受けました。資金提供は、国立宇宙科学センターとウェルカム財団からも行われました。ビーグル 2 の英国主任研究者は、オープン大学 (ガス分析パッケージ)、レスター大学 (環境センサーと X 線分光計)、およびムラード宇宙科学研究所 (画像システム) から派遣されました。
— ESA [18]
予算は秘密だが、2004年には3,000万～5,000万ポンドと見積もられており、当時の為替レートでは約4,300万～7,100万ユーロ、または5,400万～8,900万米ドルに相当する。[19] ニューサイエンティスト誌はビーグル2の予算が4,000万ポンドであると報じ、[20]別のメディアは5,000万ポンドと報じた。[5]一部の作業は寄付されたか、原価で行われたことが知られている。[5]
宇宙船とサブシステム
ロボットアームと分析装置
ビーグル2号には、着陸後に伸ばせるように設計されたペイロード調整可能ワークベンチ（PAW）と呼ばれるロボットアームが搭載されている。アームは完全に伸ばすと長さが109cm（43インチ）になり、最も近い岩まで約70cm（28インチ）届く。PAWには、2台の立体カメラ、6マイクロメートルの解像度を持つ顕微鏡、メスバウアー分光計、X線分光計、岩石サンプル採取用のドリル、スポットランプが搭載されている。
岩石サンプルは PAW によって着陸機本体の質量分析計とガスクロマトグラフに送られる予定だった。ガス分析パッケージ (GAP) は、炭素とメタンの同位体の相対的な割合を測定することになっていた。炭素はすべての生命の基盤であると考えられているため、これらの測定値によってサンプルに生物の残骸が含まれているかどうかが明らかになった可能性がある。大気中のメタンも現存する生命のもう 1 つの特徴だが、地質学的プロセスも発生源となる可能性がある。
冥王星
ビーグル2号には、ロボットアームによって展開される予定だった小型のサンプル回収ツール「惑星地表下ツール（PLUTO）」（愛称はモグラ）が搭載されている。PLUTOには圧縮バネ機構があり、表面を毎秒20mmの速度で移動し、地中に潜り込んで先端の空洞に地下サンプルを採取できるようになっている。PLUTOは3メートル（9.8フィート）の電力ケーブルで着陸機に取り付けられており、ウインチとして使ってサンプルを着陸機に持ち帰ることができる。1.5メートル（4.9フィート）の深さまで潜る能力があった。[3]
仕様
着陸機は、直径1メートル（39.4インチ）、深さ0.25メートル（9.8インチ）の浅いボウルのような形をしている。着陸機のカバーは蝶番で開閉し、開くと機体の内部が見える。内部には、UHFアンテナ、長さ0.75メートル（2.5フィート）のロボットアーム、科学機器が収納されている。本体には、バッテリー、通信機器、電子機器、中央処理装置、ヒーター、追加のペイロードアイテム、放射線および酸化センサーも収納されている。蓋自体は開くと、4つの円盤状の太陽電池アレイが露出するはずだった。熱シールド、パラシュート、エアバッグを含む着陸機パッケージの質量は、打ち上げ時には69kg（152ポンド）だったが、着陸時にはわずか33.2kg（73ポンド）だった。
地上セグメント[要説明]は、SCOS2000 として知られる欧州宇宙機関のソフトウェア カーネルから派生したものです。ミッションの低コスト化に合わせて、制御ソフトウェアはラップトップ コンピューターで設計された初めてのタイプのものでした。[要出典]
ミッションプロフィール
マーズ・エクスプレスは、2003年6月2日[14] 17:45 UTCにバイコヌール宇宙基地から打ち上げられた。ビーグル2号は当初、欧州宇宙機関のマーズ・エクスプレス探査機の最上層デッキに搭載されていた。 [14] 2003年12月19日、ビーグル2号は火星に向かう弾道軌道上で探査機から切り離された。ビーグル2号は切り離された後6日間惰性飛行し、時速約20,000 km (12,000 mph)で火星の大気圏に突入した。着陸予定時刻は12月25日2:54 UTであった。着陸機は、 EADS製のアブレーション材であるNORCOATでコーティングされた熱シールドによって突入時の熱から保護されていた。火星の大気の圧縮と高温ガスからの放射によって、ピーク時の加熱率は約100 W /cm 2に達したと推定されている 。
火星の大気圏で減速した後、パラシュートが展開し、地表から約 200 メートル (660 フィート) の高さで、着陸機が地表に衝突したときに保護するために大型エアバッグが着陸機の周囲に膨らみました。着陸は 2003 年 12 月 25 日の 02:45 UTC 頃に行われました。
2015年に撮影された画像を分析した結果、着陸後、バッグが収縮し、着陸機の上部が開いたと推測されている。これらの画像から、展開されたのは4枚の太陽電池パネルのうち最大でも2枚だけであることが示唆されている。着陸後に信号がマーズ・エクスプレスに送信され、翌朝（現地時間）にもビーグル2号が着陸と火星での最初の夜を乗り越えたことを確認するための信号が送信されるはずだった。その後、ステレオカメラとポップアップミラーを使用して着陸エリアのパノラマ画像が撮影され、その後着陸機のアームが解放されるはずだった。着陸機のアームは、研究用に機器に保管するサンプルを掘り出すことになっており、「モグラ」が展開され、着陸機から約3メートル（9.8フィート）の距離まで地表を這い、岩の下に穴を掘って分析用の土壌サンプルを収集する予定だった。
英国政府はビーグル2号に2,200万ポンド（4,000万米ドル）以上を費やし、残りの総額4,400万ポンド（8,000万米ドル）は民間部門から提供された。[22]
ミッション失敗
ビーグル2号はマーズ・エクスプレスから無事に打ち上げられたが、着陸成功の確認は得られなかった。2003年12月25日、ビーグル2号はNASAの2001年火星探査機オデッセイと交信するはずだった。その後数日間、ジョドレルバンクのラヴェル望遠鏡はビーグル2号からの信号を受信できなかった。チームは、帰還信号が見つかる「希望はまだある」と述べた。
2004年1月から2月にかけて、マーズ・エクスプレスを使ってビーグル2号と交信する試みがなされた。最初の試みは2004年1月7日に行われた。定期的に交信が行われていたが、ビーグル2号がマーズ・エクスプレス探査機が上空を通過することを事前にプログラムされていた1月12日と、探査機が最後の通信バックアップモードである自動送信に頼ることになっていた2月2日に交信が行われることに期待が寄せられていた。ビーグル2号との交信は結局確立されず、2004年2月6日にビーグル2号管理委員会によってビーグル2号は失われたと宣言された。2月11日、ESAはビーグル2号の故障に関する調査が行われると発表した。[18]調査委員会は探査機の故障の具体的な原因を見つけることができず、2004年8月24日に発表した報告書にもっともらしい原因を列挙した。[14]
2005年12月20日、ピリンジャーは、ビーグル2号がイシディス平原の着陸地点のクレーターに着陸したことを示唆する、特別に処理された火星グローバルサーベイヤーの画像を公開した。 [23]ぼやけた画像には、主な衝突地点が暗い部分として示され、そのすぐ近くには、空気が抜けたエアバッグに囲まれ、太陽電池パネルが展開されたビーグル2号が写っていると主張された。 [24]火星探査機HiRISEのカメラは、2007年2月にその地域を撮影し、クレーターが空であることを明らかにした。[25]
ピリンジャーは、火星の大気中の塵が熱を捕らえる量が予想以上に多いために膨張して密度が低下し、パラシュートが探査機の降下速度を十分に遅くすることができなかったのではないかと推測した[26]。このため着陸が困難になり、探査機が損傷または破壊されるだろう。当時、他にも失敗の仮説がいくつか立てられた。[27]火星の大気が予想よりも薄かった場合、パラシュートの有効性が低下し、着陸機が破壊されるほどの速度で表面に衝突することになるだろう[27]。パラシュートに影響を及ぼす大気の乱流も調査された[27] 。
火星へのミッションの失敗はよくあることです。2010年現在、火星への打ち上げの試みは38回行われ、成功したのはわずか19回でした。[要出典]失敗は非公式に「火星の呪い」と呼ばれることもあります。[28]
ESA/英国調査報告書
2004年5月、ビーグル2号に関する調査委員会の報告書がESAと英国の科学大臣セインズベリー卿に提出された。[29]当初、機密保持を理由に報告書の全文は公表されなかったが、19項目の勧告のリストが公表された。
ESAの科学ディレクターであるデイビッド・サウスウッドは、起こりうる失敗のシナリオを4つ提示した。 [30]
- ビーグル 2 号は、設計者が想定した範囲外の大気条件に突入し、燃え尽きた可能性がある。「宇宙に跳ね返った」というシナリオが提案されたが、これは厳密な技術的精査に耐えられない。大気中の塵の量はしばしば大きく変動し、その密度と温度特性が変化する。熱シールドの設計に選択された余裕とそれが耐えられる熱負荷を考えると、急激な突入飛行経路角度を考えると、燃え尽きるシナリオはありそうになく、機体は再び大気圏を離れた可能性がある。[a]
- ビーグル 2号のパラシュートまたはクッション エアバッグは展開されなかったか、展開されたタイミングが悪かった。これは、火星への移動中、ビーグル 2 号着陸船を搭載したマーズ エクスプレス宇宙船の光学部品に何らかの物質のガス放出とそれに続く結露が観察されたことから裏付けられる。この観察結果は、ビーグル 2号のエアバッグのガス発生器の漏れと一致する。
- ビーグル2号のバックシェルがパラシュートと絡まり、パラシュートが適切に開かなくなった。パラシュートを展開した探査機と熱シールドのバックシェルとの間の空気抵抗の差が安全な分離距離を保証するのに十分であるかどうかは明らかではない[b]。
- ビーグル2号は地上でエアバッグやパラシュートに巻き込まれ、開くことができなかった。パラシュートのストラップは質量を節約するために元の設計より短くなっていたため、パラシュートに巻き込まれた可能性は高いと思われる。エアバッグが展開していたと仮定すると、ビーグル2号は地上で跳ね返り、降下中のパラシュートにぶつかっていただろう。[c]
さらに、入手可能なデータと一致して、さらに次のようなシナリオも妥当であるように思われます。
- ビーグル2号は、地表で完全に停止する前にエアバッグを投棄した可能性がある。質量とコストの理由から、エアバッグ投棄装置は、着陸機が停止したことを感知する加速度センサーではなく、タイマーで作動するように設計されていた。NASAのスピリット探査機の着陸機は、グセフクレーターで何度も跳ね返って停止し、予想よりもずっと時間がかかったため、ビーグル2号のタイマーは短すぎる時間に設定されていた可能性がある[d]。
- パラシュート展開シーケンスは、3 つの加速度計によって起動されるよう設計されていました。システムは「3 つのうち最高のもの」ロジック用に設計されたのではなく、最初の加速度計は安全な展開速度に達したかどうかを計算するように設計されていました。これにより、加速度計の読み取りに誤りがあっても、パラシュート展開シーケンスが起動されます。
2005年2月、下院科学技術 特別委員会のコメントを受けて報告書が公開され、レスター大学は独自に、考えられる故障モードや「教訓」を含む詳細なミッション報告書を出版した。[31]
上記の仮説はすべて、2015年に火星探査機マーズ・リコネッサンス・オービターが着陸機の残骸を撮影した後に反証されました。写真には、探査機が安全に着陸して運用を開始し、地上での故障によりすべてのパネルが完全に展開されるのを妨げる前に、いくつかの太陽電池パネルを展開したことが示されています。これにより、最後の太陽電池パネルの下に隠れた搭載アンテナがどの周回機からも視認できず、着陸機とのあらゆる通信が不可能になり、ミッションの失敗につながりました。この状況の詳細は以下です。
場所の発見
2014年11月と12月に火星探査機「マーズ・リコネッサンス・オービター」が撮影したビーグル2号の発見画像。[6]
ビーグル2号の火星上での位置は、2003年後半から2015年初頭まで不明だった。2015年1月16日、ビーグル2号の消失から11年以上、コリン・ピリンジャーの死から8か月後、[32]ニュースソースは NASAの火星探査機マーズ・リコネッサンス・オービターが着陸機の位置を確認したことを確認した。[6] [7] [33]着陸機はイシディス平原の11°31′44″N 90°25′53″E / 11.52879°N 90.43139°E / 11.52879; 90.43139の表面に存在し、[4] [34] [35]着陸予定地点の中心から約5km (3.1マイル) 離れた場所にある。[8]
2016年4月26日、新しいコンピュータービジョンの手法により、複数の新しい画像が重ね合わされ、着陸船のビューが作成されました。[36]超解像度復元（SRR）と呼ばれる技術は、複数のビューを撮影して集中的に処理することで解像度を向上させることができます。[37]当時、最速のコンピューターを使用して、5つの1,000 x 2,000ピクセルの画像から1つの改善された画像を計算するのに最大4日かかりました。[37]
着陸船の状態
画像解析では、探査機が地表に浮かんでおり、着陸予定エリアで部分的に展開されている様子が映っている。近くにはパラシュートとバックカバーと思われる物体がある。画像には複数の解釈が可能であるが、いずれも探査機の太陽電池パネルの展開が不完全であるということを意味する。画像からは、着陸機の太陽電池パネルが取り付けられている「花びら」の1つが完全に開かず、無線アンテナの展開が妨げられ、通信が遮断されたことが示唆されている。 [6] [7] [33] [38]探査機のアンテナは最後のパネルの下にあるため、このような構成では送受信が不可能であり、たとえシステムがまだ動作していたとしても着陸機は回復不能だっただろう。考えられる故障シナリオとしては、着陸中の機械的損傷、展開機構の汚れ、エアバッグによるパネルの妨害などがある。
着陸から11年後、ESAは次のように述べた。[ 5]「ビーグル2号は火星表面に到達した。これは火星着陸に向けたエンジニアリングチームのアプローチを正当化するものである。」[5]ロンドンでの記者会見で、UKSAは次のように述べた。「ビーグル2号はもはや失われていない。」[39]失われた火星ミッションのレビューでは、ビーグル2号とその再発見が通常言及される。[40]
ビーグル2号が発見された後、明らかに無傷で太陽電池パネルが展開されていたため、着陸後の出来事が再評価された。 [5]ミッションの初期段階は化学電池の電力で動いていたため、太陽電池パネルからフルパワーを得ることができなかったとしても、着陸機のソリッドステートマスメモリ（SSMM）がいくらかのデータを記録した可能性がある。 [5]最終的にはデータを回収できるかもしれない。[5] [41]ある研究によると、ビーグル2号は着陸後に事前にプログラムされた表面操作モードに入り、データを収集したが、それを送信しなかったか、閉じたパネルによって送信がブロックされた可能性があることが明らかになった。[41] [42]
後続ミッション提案
ビーグル2号のミッション設計のいくつかの特徴を他のミッションコンセプトにも応用することが提案されている。[43]
- ビーグル2007 [43]
- ビーグル2eエボリューション[43]（ビーグル3）
- ビーグルネット（複数のビーグルとミニローバー）[43]
- ビーグル号月面着陸[44]
- アルテミス（複数の小型火星着陸機）[43]
- MARGE [43] (楽器の再利用)
ビーグル2号の冥王星のほくろは、インサイトの熱流および物理的特性パッケージ（HP3）の開発で注目されました。HP3は、同じく自動掘削アームを使用する機器です。[45]
火星地図
(表示•議論)
火星の地球全体の地形を示すインタラクティブな画像マップ。火星探査車と着陸機の位置が重ねて表示されています。ベースマップの色は火星表面の相対的な標高を示しています。
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（参照：火星地図、火星記念碑リスト）
ビーグル2
参照
- ExoMars – 宇宙生物学プログラム
- スキアパレリEDM – 火星着陸デモンストレーションシステム
- ロザリンド・フランクリン（探査車） - ExoMars プログラムの一部である計画中の火星探査車
- 火星の生命 – 火星の微生物の居住可能性に関する科学的評価
- 火星へのミッションのリスト
- バイキング着陸船 – 1976年に火星に送られたNASAの着陸船と周回船のペア
- バイキング着陸船の生物学的実験 – 火星生命探査実験
- 火星の人工物のリスト
- 火星探査
脚注
- ^ 調査報告書の第6.1節も参照。そこには「委員会は、大気圏突入条件の逸脱はミッションの失敗モードではないと結論付けている」と明記されている。
- ^ 調査報告書のセクション5.4.4を参照
- ^ 調査報告書のセクション5.4.6も参照
- ^ 調査報告書のセクション5.4.8を参照
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s
≈ 51)
の大規模大気場を特徴付けるために使用されます。
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ビーグル 2に関連するメディアがあります。
（アーカイブコピー）
- 公式サイト
- ESA のビーグル 2 (2003 年アーカイブ)
- NASA のビーグル 2 号 (2004 年アーカイブ)
- BBCニュースによるビーグル2
- ESAによる火星探査機「マーズ・エクスプレス」の運用