ジェネシス（宇宙船）

創世記

収集構成では、ジェネシス宇宙船は、イオンおよび電子モニターのほか、数種類の太陽風コレクターを露出させました。
ミッションタイプ	サンプルリターンミッション
オペレーター	NASA  · JPL
コスパーID	2001-034A
SATCAT番号	26884
Webサイト	出典:
ミッション期間	3年30日23時間44分[1]
宇宙船の特性
メーカー	ロッキード・マーティン・スペース・システムズ
打ち上げ質量	636 kg (1,402 ポンド) [2]
乾燥質量	494 kg (1,089 ポンド) [3]
寸法	2.3 × 2.0 m (7.5 × 6.6 フィート) [3]
力	254 W（太陽電池/ NiH2電池）[ 3]
ミッション開始
発売日	2001年8月8日 16:13:40 UTC [2] (23年前、4ヶ月、9日前) ( 2001-08-08UTC16:13:40 )
ロケット	デルタII 7326-9.5（D287）[2]
発射場	ケープカナベラル SLC-17A [2]
請負業者	ボーイング
ミッション終了
着陸日	2004年9月8日 15:58 UTC [2] (20年前、3ヶ月、9日前) ( 2004-09-08UTC15:58 )
着陸地点	ダグウェイ試験場、ユタ州 40°11′19″N 113°12′46″W / 40.18861°N 113.21278°W / 40.18861; -113.21278
ジェネシスミッション の公式記章 発見プログラム

ジェネシスはNASAの サンプルリターン探査機で、太陽風粒子のサンプルを採取し分析のために地球に持ち帰った。これはアポロ計画以来初めてNASAがサンプルリターンを行ったミッションであり、月軌道外から物質を持ち帰った最初のミッション。 ^{[4] [5]} ジェネシスは2001年8月8日に打ち上げられ、サンプルリターンカプセルは設計上の欠陥によりドローグパラシュートが展開できず、2004年9月8日にユタ州に不時着した。この不時着で多くのサンプルコレクターが汚染された。大半は損傷を受けたが、いくつかのコレクターは無事に回収された。 ^[6]

ジェネシス科学チームは、汚染物質の一部を除去または回避できること、そして太陽風粒子をさまざまなアプローチで分析できることを実証し、ミッションの主要な科学目標をすべて達成しました。^{[7] [8]}

このミッションの主な科学的目的は以下の通りであった。^[9]

• 惑星科学の問題を解決するのに十分な精度を持つデータは実質的に存在しないため、太陽風中のイオンの正確な太陽同位体存在比を取得すること。
• 文献に記載されているものより 3 ～ 10 倍の精度で大幅に改善された太陽の元素存在比を取得する。
• 月のサンプルと同様に保存される、21 世紀の科学のための太陽物質の貯蔵庫を提供する。

したがって、ミッションの科学的目的を達成するために、ジェネシス宇宙船は太陽風イオンを収集し、分析のために地球に持ち帰るように設計された。 ^[10] ジェネシスは数種類の太陽風コレクターを搭載していたが、それらはすべて受動的に太陽風を収集していた。つまり、コレクターは宇宙空間で太陽に面して設置され、太陽風内のイオンが200 km/s (120 mi/s) を超える速度でコレクターに衝突し、衝撃でコレクターの表面に埋め込まれる。この受動的な収集は、半導体産業が特定の種類のデバイスを製造するために使用するプロセスに似ており、そのプロセスのシミュレーションは無料アクセスプログラムSRIMによって提供されている。^[11]

ジェネシスのコレクターのほとんどは、宇宙船が遭遇した太陽風（「バルク太陽風」）のすべてを継続的にサンプリングしました。しかし、宇宙船には3つのコレクターアレイも搭載されており、搭載された電子およびイオンモニターによって判定された特定の「レジーム」（高速、低速、コロナ質量放出）の太陽風に遭遇したときに展開されました。 ^[12]これらの展開可能なコレクターアレイは、岩石形成元素が太陽風を形成するプロセス全体を通じて相対的な割合を維持するという仮説をテストするためのデータを提供するために設計されました。

ジェネシスには3つ目のタイプのコレクターがありました。それは濃縮器で、大量の太陽風を集めますが、水素を静電的に反発し、軽い太陽風の元素を小さなターゲットに集中させるのに十分な電圧があり、それらのイオンを約20倍に濃縮するという点で選別的でした。濃縮器の目的は、太陽風イオンの量を増やしたサンプルを持ち帰り、分析者が軽い元素の同位体を正確に測定できるようにすることでした。 [ ^{13] [14]}

• 
  ジェネシス宇宙船の計器
• 
  宇宙船はペイロード危険物サービス施設内にあり、両方の太陽電池アレイが展開されている
• 
  ジョンソン宇宙センターのクリーンラボにあるジェネシスコレクターアレイ。六角形は、シリコン、コランダム、サファイア上の金、ダイヤモンドのような炭素膜など、さまざまな超純粋な半導体グレードのウェハーで構成されています。[ 15 ] [ ^{16 ]}

ジェネシスは、カリフォルニア工科大学にあるNASAジェット推進研究所（JPL）のディスカバリー級ミッションであった。この宇宙船はロッキード・マーティン・スペース・システムズによって設計・建造され、総ミッション費用は2億6,400万ドルであった。

NASAは、2001年8月8日16時13分40秒（UTC）、デルタII 7326ロケットでケープカナベラルから_この宇宙船を打ち上げた。このミッションの軌道開発はマーティン・ローが主導した。打ち上げ後、ジェネシスは地球-太陽間距離L1まで巡航し、リサージュ軌道投入操作を行って、 2001年11月16日に_L1を周回する楕円軌道に入った。ジェネシスは12月3日にコレクターアレイを露出させ、太陽風粒子の収集を開始した。収集プロセスは850日後の2004年4月1日、宇宙船がL1の周りを5回ハローループして終了した_。 [ 17 ]^{ジェネシス}は2004年4月22日に地球への帰還を開始した。帰還段階では、地球のL2方面に軌道を迂回_して宇宙船を日中に回収できるようにした。直接地球に接近すると夜間に回収せざるを得なかったためである。_L2の周りを1回ハローループした後、ジェネシスサンプルリターンカプセルは宇宙船バスから分離し、2004年9月8日に予定されていた回収のために地球に帰還した。^[18]

収集段階の完了後、コレクターアレイはサンプル回収カプセルに収納され、宇宙船は地球に帰還しました。カプセルが地球に接近し、再突入の最初の段階では、すべて順調に見えました。

カプセルの回収には綿密な計画が立てられていた。通常のパラシュート着陸では繊細なサンプルが損傷する恐れがあったため、ミッション設計ではサンプルリターンカプセルを空中で回収することになっていた。地上約33km（21マイル）の高さで、ドローグパラシュートを展開して降下速度を落とす。その後、高度6.7km（4.2マイル）で大型パラフォイルを展開して降下速度をさらに落とし、カプセルを安定飛行させる。その後、バックアップとして2機目のヘリコプターを使い、5メートルのフックの先にパラシュートを取り付けてカプセルをキャッチする。回収後、カプセルは軟着陸するはずだった。

サンプルリターンカプセルは、 2004年9月8日16時55分UTCにオレゴン州北部で約11.04km/s（24,706mph）の速度で大気圏に突入した。^[18]減速センサーの設計上の欠陥により、パラシュートは展開されず、宇宙船の降下は自身の空気抵抗によってのみ減速された。^[19]計画されていた空中回収は実行できず、カプセルはユタ州トゥーイル郡のダグウェイ性能試験場の砂漠の床に約86m/s（310km/h、190mph）の速度で墜落した。

カプセルは衝突で割れ、内部のサンプルカプセルも一部破損した。損傷は速度を考えると予想されていたほど深刻ではなかった。かなり柔らかい地面に落下したことで、ある程度緩和された。

パラシュート展開システム内の未発射の花火とバッテリーからの有毒ガスにより、回収チームの墜落現場への接近が遅れた。すべての安全が確認された後、損傷したサンプル回収カプセルは固定され、検査のためにクリーンルームに移動された。同時に、訓練を受けた人員が現場をくまなく調べてコレクターの破片を探し、将来の汚染物質の特定に役立てるため、地元の砂漠の土壌をサンプル採取した。ユタ州の試験訓練場でのジェネシスチームメンバーによる回収作業には、さまざまなコレクターの検査、カタログ作成、梱包など、4週間かかった。^[20]

2004年9月8日にサンプルリターンカプセルを放出した後、宇宙船バスは地球-太陽ラグランジュ点（L ₁）に向かって移動しました。軌道修正操作は2004年11月6日に実行され、宇宙船バスは延長ミッションに使用されない場合は最終的にL _{1を離れることができました。最終コマンドは2004年12月2日にバスに送信され、} ^[21]ジェネシスは休止状態になりました。この「安全」モードの間、バスは状態に関する情報を送信し続け、太陽電池パネルを太陽に向けます。宇宙船バスは2005年2月1日頃にL ₁を離れ、地球をリードする太陽中心軌道を維持しました。^[22]

初期調査では、衝突で一部のウエハーが砕け散ったが、その他はほぼ無傷だったことがわかった。砂漠の土はカプセルに入り込んだが、液体の水は入らなかった。太陽風の粒子はウエハーに埋め込まれていると予想されたが、汚染物質の土は表面に付着している可能性が高いと考えられていたため、サンプルから土を分離することが可能だった。^[23] 予想外だったのは、サンプル分析の過程で最も扱いが困難だったのは、墜落で持ち込まれた地上の砂漠の土ではなく、潤滑剤や機体製造材料などの機体自体の化合物だった。^[24]

分析チームは、主要な科学的目標のほとんどを達成できるはずだと述べた。2004年9月21日に抽出が開始され、2005年1月にアルミニウムウェハーの最初のサンプル片が分析のためにセントルイスのワシントン大学の科学者に送られた。^[25]

ジェネシス太陽風サンプルはNASAジョンソン宇宙センターで長期保管されており、サンプル分析技術が進化するにつれて、数十年後には科学界に純粋な太陽風サンプルが提供されることになるでしょう。^[7]

2007年、ワシントン大学の科学者はネオンとアルゴンの同位体に関する詳細な調査結果を発表しました。^[26]希ガス の元素および同位体組成に関する残りの結果は2009年に報告されました。[ ^27]この結果は「若い」（約1億年）太陽風を含む月のサンプルのデータと一致しており、少なくとも過去1億年間は太陽風の組成が変化していないことを示しています。^[27]

2005年4月20日、ヒューストンのジョンソン宇宙センターの科学者たちは、集光装置から4つの太陽風集光器を取り外し、それらが非常に良好な状態であることを確認した。集光器のターゲットは、ミッション中に太陽酸素イオンを収集し、ジェネシスの最優先測定目標である太陽酸素同位体組成を測定するために分析される予定であった。^[28]

研究チームは2008年3月10日、ジェネシス濃縮器から採取したシリコンカーバイドウエハーの分析により、太陽は地球、月、火星、バルク隕石に比べて酸素16（^16O）の割合が高いことが示されたと発表した。 ^{[29] [30]}これは、内惑星と小惑星帯を形成した塵粒子の合体前に、未知のプロセスによって太陽の原始惑星物質の円盤 から約6％の酸素16が枯渇したことを示唆している。 ^[31]

窒素は、太陽系物質における同位体変化の範囲と起源が不明であったため、重要なターゲット元素であった。ターゲット物質は、注入された太陽風窒素の¹⁵ N/ ¹⁴ N比が2.18 × 10 ⁻³（つまり、地球大気に比べて¹⁵ Nが約40％少ない）。原始太陽系星雲の¹⁵ N/ ¹⁴ N比は2.27 × 10 ^{−3 で}あり、これは太陽系の天体で知られている最も低い¹⁵ N/ ¹⁴ N比である。この結果は、新生太陽系の極端な窒素同位体不均一性を示しており、太陽系の貯蔵庫で観測される¹⁵ Nが枯渇した成分を説明しています。 ^[32]

NASA 事故調査委員会 (MIB) は、花火、航空電子工学、その他の専門分野の専門家を含む 16 名で構成。MIB は 2004 年 9 月 10 日にダグウェイ試験場に到着し、作業を開始した。MIB は、ジョンソン宇宙センターが管理するはずの科学機器はすべて解放可能であり、委員会の作業には不要であると判断した。JPL とロッキード マーティンの両社は、MIB のために飛行データやその他の記録の準備を開始した。

2004年9月20日、MIBは、科学資料を採取したカプセルをコロラド州デンバー近郊のロッキード・マーティン宇宙システム施設に移送し、MIBが使用すると発表した。^[33]

パラシュートの展開失敗の第一の考えられる原因は、10月14日のプレスリリースで発表された。ロッキード・マーティンは加速度センサーの内部機構を間違った向きで設計しており（Gスイッチが逆向きだった）、設計レビューではその間違いに気付かなかった。加速度計は誤った設計に従って取り付けられていた。本来の設計は、3 g（29  m/s ²）でセンサー内部の電気接点を作り、最大想定値の30 g（290  m/s ² ）までそれを維持した後、3 gで再び接点を切って パラシュート開放シーケンスを開始するというものだった。しかし、実際には接点は作られなかった。^[34]

同じ一般的なパラシュートのコンセプトは、 2006 年に着陸に成功したスターダスト 彗星サンプルリターン宇宙船にも使用されました。

NASA調査委員会の委員長マイケル・リシュケヴィッチは、NASAの厳格な審査手順では間違いは発見されなかったと指摘し、「これを混同するのは非常に簡単だ」と述べた。^[35]

この事故は、エドワード・A・マーフィー・ジュニアが今では有名なマーフィーの法則を考案するきっかけとなった、加速度計が逆向きに設置されていたという最初の事故に似ている。^[36] 2006年1月6日、リシュケヴィッチは、ロッキード・マーティン社が機体の事前テスト手順を省略したことを明らかにし、テストで問題を簡単に検出できたはずだと指摘した。^[37]

ウィキメディア・コモンズには、ジェネシス (宇宙船)に関連するメディアがあります。

• ジェット推進研究所の Genesis ホームページ
• NASA太陽系探査によるジェネシスミッションの概要
• 「Impact ビデオ」。2004 年 10 月 16 日にオリジナル( QuickTimeムービー)からアーカイブされました。YouTube.com の代替。