Loading article…
ガリレオは、木星とその衛星、そして小惑星ガスプラとイダを研究したアメリカのロボット宇宙探査機です。イタリアの天文学者ガリレオ・ガリレイにちなんで名付けられ、周回機と突入機から構成されています。1989年10月18日、スペースシャトル・アトランティス号のSTS-34ミッションで。ガリレオは、金星と地球の重力アシストフライバイを経て、1995年12月7日に木星に到着し、外惑星を周回した最初の宇宙船となりました。 [ 4 ]
ジェット推進研究所は、NASAのためにガリレオ探査機を製造し、ガリレオ計画を管理した。西ドイツのメッサーシュミット・ベルコウ・ブローム社が推進モジュールを供給した。NASAエイムズ研究センターは、ヒューズ・エアクラフト社が製造した大気探査機を管理した。打ち上げ時、オービターと探査機を合わせた質量は2,562 kg（5,648 lb）、高さは6.15 m（20.2 ft）だった。
宇宙船は通常、固定軸を中心に回転するか、太陽と恒星を基準とした一定の姿勢を維持することによって安定化される。ガリレオ探査機は両方の方式を採用した。探査機の一部は毎分3回転で回転し、ガリレオ探査機の安定性を保つとともに、磁場や粒子などの様々な方向からデータを収集する6つの観測機器を搭載していた。
ガリレオは、木星の衛星を汚染するのを防ぐため、2003年9月21日に木星の大気中で意図的に破壊されました。 [ 5 ]次に木星に送られた周回探査機はジュノーで、2016年7月5日に到着しました。
木星は太陽系最大の惑星で、他のすべての惑星の質量を合わせた質量の2倍以上あります。[ 6 ]木星に探査機を送るという検討は、早くも1959年に始まりました。[ 7 ] NASAの外太陽系ミッションに関する科学諮問グループ（SAG）は、木星周回探査機と大気探査機の要件を検討しました。大気探査機用の耐熱シールドを作る技術はまだ存在せず、木星の条件下でそれをテストする施設は1980年まで利用できないと指摘しました。 [ 8 ] NASAの経営陣は、ジェット推進研究所（JPL）を木星周回探査機（JOP）プロジェクトの主導センターに指定しました。[ 9 ] JOPは木星を訪れる5番目の宇宙船ですが、木星を周回するのは初めてで、木星の大気圏に突入するのも初めてです。[ 10 ]
この時期に下された重要な決定は、パイオニアではなく、ボイジャーで使用されたようなマリナー計画の宇宙船を木星周回機に使用したことだった。パイオニアは、周囲を360度見渡せるように宇宙船を毎分60回転させることで安定化され、姿勢制御システムは必要なかった。対照的に、マリナーには3つのジャイロスコープと6基の窒素ジェットスラスタ2組を備えた姿勢制御システムがあった。姿勢は、2つの主センサーと4つの副センサーで監視される太陽とカノープスを基準として決定された。慣性基準装置と加速度計もあった。これにより高解像度の画像を撮影できたが、その機能には重量増加という代償が伴った。マリナーの重量は722キログラム（1,592ポンド）で、パイオニアのわずか146キログラム（322ポンド）と比べて重かった。 [ 11 ]
マリナー計画とボイジャー計画を率いていたジョン・R・カサニが初代プロジェクトマネージャーとなった。[ 12 ]彼はプロジェクトにふさわしい、よりインスピレーションを与える名前を募集し、望遠鏡で木星を初めて観測したガリレオ・ガリレイにちなんで「ガリレオ」が最も多くの票を集めた。ガリレオが1610年に発見した、現在ガリレオ衛星として知られる木星の周回衛星は、太陽系のコペルニクスモデルの重要な証拠となった。また、この名前はテレビドラマ「スタートレック」に登場する宇宙船の名前と同じであることも指摘された。この新しい名前は1978年2月に正式に採用された。[ 13 ]
ジェット推進研究所は、八角柱バスを備えたガリレオ宇宙船を建造し、NASA のガリレオミッションを管理しました。 [ 14 ]西ドイツのメッサーシュミット・ベルコウ・ブローム社が推進モジュールを提供しました。NASA のエイムズ研究センターは、ヒューズ エアクラフト社が建造した円錐形の大気探査機を管理しました。[ 2 ]打ち上げ時、オービターと探査機を合わせた質量は2,562 kg (5,648 lb)で、高さは6.15 m (20.2 ft)でした。[ 2 ] 宇宙船は通常、固定軸を中心に回転するか、太陽と恒星を基準として固定の姿勢を維持することによって安定化されますが、ガリレオはその両方を行いました。宇宙船の 1 つのセクションは毎分 3 回転し、ガリレオを安定させ、場と粒子の機器を含むさまざまな方向からデータを収集する 6 つの機器を搭載していました。[ 15 ]地上では、ミッション運用チームが、軌道シーケンス設計プロセスで65万行のコード、テレメトリ解析で161万5000行のコード、ナビゲーションで55万行のコードを含むソフトウェアを使用した。[ 2 ]宇宙船のすべてのコンポーネントと予備部品は、最低2000時間のテストを受けた。宇宙船は、木星に到達してミッションを実行するのに十分な、少なくとも5年間稼働するように設計された。[ 16 ]
1985年12月19日、カリフォルニア州パサデナのJPLを出発し、フロリダ州ケネディ宇宙センターへの最初の陸路の旅に出発した。[ 16 ] [ 17 ]スペースシャトル・チャレンジャー号の事故のため、5月の打ち上げ予定日は守れず、ミッションは1989年10月12日に延期された。[ 18 ]ガリレオ宇宙船は、スペースシャトル・アトランティス号のSTS-34ミッションで打ち上げられることになっていた。[ 19 ]ガリレオの打ち上げ日が近づくにつれ、反核団体は、ガリレオの放射性同位体熱電発電機（RTG）と汎用熱源（GPHS）モジュールに含まれるプルトニウムが国民の安全に容認できないリスクをもたらすと懸念し、ガリレオの打ち上げを禁止する裁判所命令を求めた。[ 20 ] RTGは、太陽から遠く離れた場所を飛行しなければならず、太陽エネルギーの利用が非現実的であったため、深宇宙探査機にとって必要不可欠であった。[ 21 ] [ 22 ]
打ち上げはさらに２回延期された。まず、メインエンジンの制御装置の不具合により10月17日に延期され、次に悪天候により翌日に延期されたが[ 23 ]、打ち上げウィンドウが11月21日まで延長されたため、これは問題にならなかった[ 24 ]。アトランティスは10月18日16時53分40秒UTCにようやく離陸し、343キロメートル（213マイル）の軌道に入った[ 23 ]。ガリレオは10月19日0時15分UTCに正常に展開された[ 18 ]。IUS噴射後、ガリレオ宇宙船は単独飛行の構成に切り替え、10月19日01時06分53秒UTCにIUSから分離した[ 25 ]。打ち上げは完璧で、ガリレオはすぐに時速14,000キロメートル（9,000マイル）を超える速度で金星に向かっていた。[ 26 ]アトランティスは10月23日に無事地球に帰還した。[ 23 ]
CDHサブシステムはアクティブ冗長構成で、2つの並列データシステムバスが常に稼働していた。[ 27 ]各データシステムバス（別名ストリング）は、マルチプレクサ（MUX）、ハイレベルモジュール（HLM）、ローレベルモジュール（LLM）、電源コンバータ（PC）、バルクメモリ（BUM）、データ管理サブシステムバルクメモリ（DBUM）、タイミングチェーン（TC）、位相同期ループ（ PLL ）、ゴレイコーダ（GC）、ハードウェアコマンドデコーダ（HCD）、クリティカルコントローラ（CRC）といった同じ機能要素で構成されていた。[ 28 ]
CDHサブシステムは、以下の機能の維持を担当していました。
宇宙船は、6 個のRCA 1802 COSMACマイクロプロセッサCPUによって制御されていました。4 個はスピン側、2 個はデスピン側に配置されていました。各 CPU は、約 1.6 MHz でクロックされ、宇宙船の運用に理想的な耐放射線および静電気耐性材料であるサファイア(シリコン・オン・サファイア)上に製造されていました。この 8 ビット マイクロプロセッサは、当時Apple IIデスクトップ コンピュータに組み込まれていた6502と同様の、最初の低消費電力CMOSプロセッサ チップでした。 [ 30 ]
ガリレオ姿勢・関節制御システム（AACSE）は、耐放射線仕様の2901を使用して構築された2台のItek Advanced Technology Airborne Computers （ATAC）によって制御されていました。AACSEは、コマンドおよびデータサブシステムを介して新しいプログラムを送信することにより、飛行中に再プログラムすることができました。[ 31 ]姿勢制御システムのソフトウェアは、スペースシャトル計画でも使用されたHAL/Sプログラミング言語で記述されていました。[ 32 ] [ 33 ]
各 BUM が提供するメモリ容量は 16K のRAMであり、DBUM はそれぞれ 8K の RAM を提供した。CDH サブシステムには 2 つの BUM と 2 つの DBUM があり、それらはすべて宇宙船の回転側に配置された。BUM と DBUM はシーケンスのストレージを提供し、テレメトリ データとインターバス通信用のさまざまなバッファを内蔵している。各 HLM と LLM は、単一の 1802 マイクロプロセッサと 32K の RAM (HLM の場合) または 16K の RAM (LLM の場合) を中心に構築された。2 つの HLM と 2 つの LLM が回転側に配置され、2 つの LLM が逆回転側に配置された。したがって、CDH サブシステムで使用可能なメモリ容量の合計は 176K の RAM であり、144K が回転側に割り当てられ、32K が逆回転側に割り当てられている。[ 34 ] 各 HLM は次の機能を担当していた。
各LLM（法学修士）は、以下の職務を担当した。
推進サブシステムは、 400 N (90 lbf)のメインエンジンと 12 基の10 N (2.2 lbf)スラスタ、推進剤、貯蔵タンク、加圧タンク、および関連する配管で構成されていた。10 N スラスタは、 2 本の 2 メートル (6.6 ft)のブームに 6 基ずつグループで取り付けられていた。システムの燃料は、925 kg (2,039 lb)のモノメチルヒドラジンと四酸化二窒素であった。2 つの別々のタンクには、さらに7 kg (15 lb)のヘリウム加圧剤が貯蔵されていた。推進サブシステムは、メッサーシュミット・ベルコウ・ブロームによって開発および製造され、ガリレオ計画の主要な国際パートナーである西ドイツによって提供された。[ 30 ]
当時、木星の太陽からの距離では太陽電池パネルは実用的ではなかった。宇宙船には最低でも65平方メートル（700平方フィート）のパネルが必要だった。化学電池も同様に、技術的な制約から非常に大きくなってしまう。解決策は、プルトニウム238の放射性崩壊を利用して宇宙船に電力を供給する2つの放射性同位体熱電発電機（RTG）だった。この崩壊によって放出される熱は、固体ゼーベック効果によって電気に変換された。これにより、木星系の低温環境や高放射線場の影響を受けない、信頼性が高く長持ちする電力源が得られた。[ 30 ] [ 35 ]
長さ 5 メートル (16フィート)のブームに取り付けられた各GPHS-RTGには、 7.8 キログラム (17ポンド)の238 Puが搭載されていました。各 RTG には 18 個の独立した熱源モジュールが含まれており、各モジュールは、破損に強いセラミック材料であるプルトニウム (IV) 酸化物の 4 つのペレットで覆われていました。[ 35 ]プルトニウムは、約 83.5 パーセントのプルトニウム 238 に濃縮されていました。[ 36 ]モジュールは、打ち上げロケットの爆発または火災、大気圏再突入とその後の陸地または水面への衝突、および衝突後の状況など、さまざまな潜在的な事故に耐えられるように設計されていました。グラファイトの外被は、地球の大気圏への再突入の可能性における構造的、熱的、および侵食環境から保護しました。追加のグラファイト部品は衝撃保護を提供し、RTG のイリジウム被覆は衝突後の封じ込めを提供しました。 [ 35 ] RTGは打ち上げ時に約570ワットを生成した。出力は当初、月0.6ワットの割合で減少し、ガリレオが木星に到着した時には493ワットだった。[ 3 ]
宇宙船には大型の高利得アンテナが搭載されていたが、ミッション中に展開できなかったため、代わりに低利得アンテナが使用され、データ転送速度が遅くなった。[ 37 ]
磁場や粒子を測定するための科学機器は、メインアンテナ、電源、推進モジュール、ガリレオのコンピュータと制御電子機器の大部分とともに、宇宙船の回転部に搭載された。合計重量118 kg (260 lb) の16個の機器には、宇宙船からの干渉を最小限に抑えるために11 m (36 ft)のブームに取り付けられた磁力計センサー、低エネルギー荷電粒子を検出するプラズマ機器、粒子によって生成される波を研究するプラズマ波検出器、高エネルギー粒子検出器、宇宙塵と木星塵の検出器が含まれていた。また、宇宙船が通過する潜在的に危険な荷電粒子環境を評価するための工学実験である重イオンカウンターと、スキャンプラットフォーム上のUV分光計に関連する極端紫外線検出器も搭載されていた。[ 2 ]
分離セクションの機器には、カメラシステム、大気と月面化学分析用の多スペクトル画像を作成する近赤外線マッピング分光計、ガスを研究するための紫外線分光計、放射エネルギーと反射エネルギーを測定する光偏光計・放射計が含まれていました。カメラシステムは、ガリレオが木星とその内側の衛星により接近して飛行したこと、そしてガリレオのカメラに搭載されたより近代的なCCDセンサーがボイジャーのビジコンよりも感度が高く、より広い色検出帯域を持っていたことから、ボイジャーの最高解像度よりも20～1,000倍優れた解像度で木星の衛星の画像を取得するように設計されました。[ 2 ]
SSIは800×800ピクセルの電荷結合素子（CCD）カメラでした。カメラの光学部分は、ボイジャーの狭角カメラの改造された飛行用予備品であるカセグレン望遠鏡でした。[ 38 ] CCDは、光がシステムに入る部分を除いて、CCDを囲む10 mm（0.4インチ）厚のタンタル層で放射線を遮蔽していました。8ポジションのフィルターホイールを使用して、特定の波長で画像を取得しました。その後、画像は地球上で電子的に合成され、カラー画像が生成されました。SSIのスペクトル応答は、約400～1100 nmの範囲でした。SSIの重量は29.7 kg（65ポンド）で、平均15ワットの電力を消費しました。[ 39 ] [ 40 ]
NIMS装置は、SSIの波長範囲と重なる0.7～5.2マイクロメートルの波長の赤外線に感度がありました。NIMSは、 229 mm（9インチ）の開口部を持つ反射望遠鏡を使用しました。分光器は、望遠鏡で集められた光を分散するために回折格子を使用しました。分散された光のスペクトルは、インジウム、アンチモン、シリコンの検出器に集光されました。NIMSの重量は18 kg（40ポンド）で、平均12ワットの電力を使用しました。[ 41 ] [ 42 ]
UVSのカセグレン望遠鏡は250 mm (9.8 in)の開口部を持っていた。UVSとEUVの両機器は、スペクトル分析のために光を分散させるのにルーリンググレーティングを使用した。光はその後、出口スリットを通過して光電子増倍管に入り、そこで電子パルスが生成され、それがカウントされて結果が地球に送信された。UVSはガリレオのスキャンプラットフォームに搭載されていた。EUVは回転セクションに搭載されていた。ガリレオが回転すると、EUVは回転軸に垂直な狭いリボン状の空間を観測した。2つの機器を合わせた重量は約9.7 kg (21 lb)で、5.9ワットの電力を使用した。[ 43 ] [ 44 ]
PPRには7つの放射測定バンドがありました。そのうちの1つはフィルターを使用せず、太陽放射と熱放射の両方を含むすべての入射放射を観測しました。別のバンドは太陽放射のみを通過させました。太陽放射と熱放射を含むチャンネルと太陽放射のみのチャンネルの差から、放出された総熱放射が得られました。PPRはまた、17～110マイクロメートルのスペクトル範囲にわたる5つの広帯域チャンネルで測定を行いました。放射計は木星の大気と衛星の温度に関するデータを提供しました。この機器の設計は、パイオニア・ビーナス探査機に搭載された機器の設計に基づいていました。100 mm (4インチ) の開口部を持つ反射望遠鏡が光を集め、一連のフィルターに導き、そこからPPRの検出器によって測定が行われました。PPRの重量は5.0 kg (11.0 lb)で、約5ワットの電力を消費しました。[ 45 ] [ 46 ]
粉塵検出器サブシステム（DDS）は、入射粒子の質量、電荷、および速度を測定するために使用されました。DDSが検出できる粉塵粒子の質量は10から−16～ 10−7グラム。これらの微粒子の速度は、毎秒1～70キロメートル（0.6～43.5マイル/秒）の範囲で測定できた。この装置は、115日（10メガ秒）あたり1粒子から毎秒100粒子までの衝突率を測定できた。このようなデータは、磁気圏内の塵の発生源とダイナミクスの決定に役立てられた。DDSの重量は4.2kg （9.3ポンド）で、平均5.4ワットの電力を使用した。 [ 47 ] [ 48 ]
高エネルギー粒子検出器（EPD）は、エネルギーが約20 keV（3.2 fJ）を超えるイオンと電子の数とエネルギーを測定するように設計されました。EPD は、そのような粒子の移動方向も測定でき、イオンの場合はその組成（例えば、イオンが酸素か硫黄か）も決定できます。EPD はシリコン固体検出器と飛行時間検出器システムを使用して、位置と時間の関数として木星の高エネルギー粒子集団の変化を測定しました。これらの測定は、粒子がどのようにエネルギーを得て、木星の磁気圏をどのように輸送されたかを決定するのに役立ちました。EPD の重量は10.5 kg（23 lb）で、平均で 10.1 ワットの電力を使用しました。[ 49 ] [ 50 ]
HICは、事実上、ボイジャー宇宙線システムの飛行予備部品の一部を再パッケージ化して更新したバージョンでした。HICは、単結晶シリコンウェハのスタックを使用して重イオンを検出しました。HICは、核子あたり6 MeV（1 pJ）から200 MeV（32 pJ）までのエネルギーの重イオンを測定することができました。この範囲には、炭素からニッケルまでのすべての原子物質が含まれていました。HICとEUVは通信リンクを共有していたため、観測時間を共有する必要がありました。HICの重量は8.0 kg（17.6 lb）で、平均2.8ワットの電力を使用しました。[ 51 ] [ 52 ]
磁力計（MAG）は、3つのセンサーからなる2組のセンサーを使用しました。3つのセンサーにより、磁場セクションの3つの直交成分を測定できました。1組は磁力計ブームの先端に配置され、その位置では宇宙船の回転軸から約11m （36フィート）離れていました。2組目はより強い磁場を検出するように設計されており、回転軸から6.7m （22フィート）離れていました。ブームは、宇宙船からの磁気の影響を最小限に抑えるために、MAGをガリレオのすぐ近くから遠ざけるために使用されました。しかし、機器を遠ざけることによってこれらの影響をすべて排除することはできませんでした。宇宙船の回転は、自然磁場と工学的に誘発された磁場を分離するために使用されました。測定における潜在的な誤差のもう1つの原因は、長い磁力計ブームの曲がりとねじれでした。これらの動きを考慮するために、校正コイルが宇宙船に固定され、校正中に基準磁場を生成しました。地球表面の磁場の強さは約50,000 nTです。木星では、外側（11 m）のセンサーセットは±32～±512 nTの範囲の磁場強度を測定でき、内側（6.7 m）のセンサーセットは±512～±16,384 nTの範囲で動作しました。MAG実験は7.0 kg（15.4 lb）の重さで、3.9ワットの電力を使用しました。[ 53 ] [ 54 ]
PLSは、エネルギーと質量の分析のために荷電粒子を収集するために7つの視野を使用しました。これらの視野は 、スピン軸から扇状に広がる0度から180度のほとんどの角度をカバーしました。宇宙船の回転により、各視野は完全な円を描きました。PLSは、0.9から52,000 eV （0.14から8,300 aJ ）のエネルギー範囲の粒子を測定しました。PLSの重量は13.2 kg（29 lb）で、平均10.7ワットの電力を使用しました。[ 55 ] [ 56 ]
プラズマの電場を調べるために電気双極子アンテナが使用され、磁場を調べるために2つのサーチコイル磁気アンテナが使用されました。電気双極子アンテナは磁力計ブームの先端に取り付けられました。サーチコイル磁気アンテナは高利得アンテナフィードに取り付けられました。電場と磁場のスペクトルをほぼ同時に測定することで、静電波を電磁波から区別することができました。PWSの重量は7.1 kg (16 lb)で、平均9.8ワットを使用しました。[ 57 ] [ 58 ]
この大気探査機は、ヒューズ・エアクラフト社の宇宙通信グループがカリフォルニア州エルセグンドの工場で製造した。[ 60 ] [ 61 ]重量は339キログラム（747ポンド） 、高さは86センチメートル（34インチ）だった。[ 2 ]
科学機器は、木星の大気圏に高速で突入する際、毎秒 48 キロメートル (110,000マイル)で極度の熱と圧力から耐熱シールドによって保護されていた。[ 62 ]温度は約16,000 °C (29,000 °F)に達した。[ 59 ]アブレーション耐熱シールドはカーボンフェノールでできていた。[ 63 ] NASA は、大気圏に再突入するICBM弾頭が受ける対流加熱と放射加熱に似た熱負荷をシミュレートするために、ジャイアント プラネット施設という特別な実験室を建設した。 [ 64 ] [ 65 ]
探査機の電子機器は、ペンシルベニア州ホーシャムにあるハネウェル社の電源センターで製造された13個のリチウム硫黄二酸化電池で駆動された。各セルはD電池と同じサイズで、既存の製造ツールを使用することができた。[ 66 ] [ 67 ]これらの電池は、最低電圧28.05ボルトで約7.2アンペア時の公称出力を供給した。[ 68 ]
ガリレオ探査機は、木星の重力圏から脱出するための燃料が不足していたため、その寿命の終わりに、木星の衛星エウロパに存在する可能性のある生命への汚染を防ぐ目的で、2003年9月21日に意図的に木星に衝突させられた。[ 72 ]
ガリレオ探査機のCOSPAR IDは1989-084Eで、周回機のIDは1989-084Bでした。[ 73 ]宇宙船の名前には、ガリレオ探査機または木星突入探査機（略称JEP）などがあります。[ 74 ]ガリレオミッションに関連するCOSPAR IDは次のとおりです。[ 75 ]
取得。DSI （シュトゥットガルト大学経由）。