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_(cropped).png/500px-Heat_Flow_and_Physical_Properties_Package_(HP3)_(cropped).png) 火星表面のHP 3の想像図 | |
| オペレーター | 米航空宇宙局（NASA） |
|---|---|
| メーカー | ドイツ航空宇宙センター(DLR) |
| 楽器の種類 | 赤外線放射計、 熱伝導率センサー |
| 関数 | 火星の地球物理学 |
| ミッション期間 | 火星での2年間（予定） |
| 営業開始 | 着陸日: 2018年11月26日 |
| Webサイト | mars.nasa.gov/insight/mission/instruments/hp3/ |
| プロパティ | |
| 質量 | 3 kg (6.6 ポンド) |
| 消費電力 | 2ワット |
| ホスト宇宙船 | |
| 宇宙船 | インサイト火星着陸機 |
| オペレーター | 米航空宇宙局（NASA） |
| 発売日 | 2018年5月5日 11:05 UTC |
| ロケット | アトラスV401 [ 1] |
| 発射場 | ヴァンデンバーグ SLC-3E [1] |
| コスパーID | 2018-042A |
熱流および物理的特性パッケージ（HP3 ）は、インサイト着陸船に搭載された科学ペイロードであり、火星の熱流やその他の熱特性を研究するための機器を備えています。機器の1つである「モグラ」というニックネームの掘削プローブは、火星の表面から5メートル（16フィート）まで侵入するように設計されていました。2019年3月、モグラは数センチメートル掘りましたが、その後、さまざまな要因により前進できなくなりました。翌年、問題解決のためにさらなる試みがなされましたが、実質的な進展はほとんどありませんでした。[2] 2021年1月14日、この装置を使用して火星の表面を掘削する取り組みが終了したことが発表されました。[3]
HP 3はドイツ航空宇宙センター（DLR）から提供された。モル内部のハンマー機構はポーランドの企業アストロニカとポーランド科学アカデミー宇宙研究センターがDLRとの契約と協力のもと設計した。[4] [5]
主任研究者はドイツ航空宇宙センターのティルマン・スポーン氏です。[6] [7]
概要
ミッションの目的は、地球型惑星の起源と多様性を理解することだった。[6] HP 3熱流量パッケージからの情報により、火星と地球が同じ物質から形成されたかどうかが明らかになり、火星の内部が現在どの程度活動しているかが判明すると期待された。[6] [7] [8] [9]その他の科学的目標には、火星の地殻の厚さ、マントルの組成、温度勾配や熱流束などの内部の熱特性の解明が含まれていた。[10]
このミッションでは地震計と合わせて、火星の核の大きさや、核が液体か固体かを推定する。[11]ほくろによって発生した振動はSEISによって監視され、地元の地下について知ることができた。[12]
HP3には、モールに加えて、着陸プラットフォームに取り付けられた赤外線放射計（HP3-RAD）も含まれており、これもDLRによって提供されました。 [13] [14] [15]
HP 3熱流プローブは以下のサブシステムで構成されています: [16]
- サポート構造(SS) 次のものを含むハウジング:
- 支持構造と着陸機間の通信用のエンジニアリングテザー（ET）
- サイエンス テザー(TEM-P)は、レゴリスの熱特性を測定するための14 個のプラチナRTDを備えたフレックス PCBです。
- テザー長さモニター（TLM）は、科学テザーの展開長さを測定するための光学長さ計です。
- 表面温度を測定する赤外線放射計（HP3-RAD）。
- バックエンドエレクトロニクス（BEE）電子制御ユニット
- 地表下の穴掘り用
モグラ貫入計
- TEM-Aアクティブ熱伝導率センサー
- モグラの向きと方向を決定するためのSTATIL傾斜計。
発達
HP3は1997年にグロモフ・V・Vらによって考案され、[4] [17] 2003年に失敗したビーグル2号火星着陸ミッションでPLUTOの機器として初めて打ち上げられました。 [4] HP3はさらに進化し、2001年に水星へのミッションに提案され、[18] 2009年にはエクソマーズ着陸機に搭載されたフンボルトペイロードの一部として欧州宇宙機関に提案され、[19] [18] 2010年には月へのミッションに提案され、[20] 2011年には当時GEMS（地球物理監視ステーション）として知られていたインサイト火星着陸機のペイロードとしてNASAのディスカバリー計画に提案されました。 [8]インサイトは2018年5月5日に打ち上げられ、2018年11月26日に着陸しました。
モル浸透計
このモグラは「自己打つ釘」と表現され、ヒーターと温度センサーが埋め込まれたテザーを引きずりながら火星の地表の下に潜るように設計されていた。その目的は火星内部の熱特性を測定し、火星の地質学の歴史に関する独自の情報を明らかにすることだった。[4]
穴掘りモグラは、長さ約35cm（14インチ）、直径3.5cm（1.4インチ）の滑らかな外面を持つ尖った円筒形をしている。内部には降下中の熱伝導率を測定するためのヒーターが内蔵されており、地下の温度プロファイルを測定するために10cm（3.9インチ）間隔で精密な熱センサーを備えたテザーが引きずられている。[6] [7]
モール貫通ユニットは、着陸船の近くの長さ約3メートル、幅2メートルの範囲に設置されるように設計されています。[21]システムの総質量は約3kg（6.6ポンド）で、最大でモグラが活動している間は2 ワット[7]
移動のために、モグラはモーターとギアボックス（マクソン社製）と、ハンマーとして機能するロッドに接続されたスプリングに定期的に負荷をかけるカム付きローラーを使用する。カムから解放された後、ハンマーは下向きに加速して外側のケースに衝突し、レゴリスを貫通する。一方、サプレッサーマスは上向きに移動し、その運動エネルギーは重力ポテンシャルと、モグラの反対側にあるブレーキスプリングとワイヤーヘリックスによる圧縮によって相殺される。[4]
原理的には、プローブは50cm（20インチ）ごとに熱パルスを発し、そのセンサーは熱パルスが時間とともにどのように変化するかを測定します。地殻の材料が金属などの熱伝導体である場合、パルスは急速に減衰します。[7] モグラは最初に2日間冷却され、その後24時間かけて約10°C（50°F）まで加熱されます。テザー内の温度センサーは、これが起こる速度を測定し、科学者に土壌の熱伝導率を伝えます。[22]これらの測定値を組み合わせると、内部から流れる熱の速度が得られます。
HP3モグラは当初、深さ5メートル（16フィート）に達するのに約40日かかると予想されていましたが[23] 、 1年以上の努力の末、最終的には数センチメートルしか到達できませんでした。モグラが穴を掘ると、SEISで検出できる振動が発生し、火星の地下に関する情報が得られると期待されていました。[12]
浸透活動
2019年3月、HP3号は表面の砂に穴を掘り始めたが、数センチ進んだところで、当初大きな岩石と疑われていたものによって停止した。[24]地球上のレプリカモデルを使ったさらなる分析とテストにより、この問題は摩擦不足が原因である可能性が示唆された。2019年6月、 HP3号の支持構造が持ち上げられたとき、このことを裏付けるさらなる証拠が明らかになった。火星のレゴリスは圧縮されているようで、探査機の周りに隙間が残っていた。
着陸機のロボットアームを使って探査機付近の土壌を圧迫し、土壌摩擦を高める技術が実装された。[25] [26] [27] [28]最終的に、 HP3探査機がアームの範囲の限界にあったため、この方法では十分な下向きの力を発生させることができなかった。 [28]
代わりに、研究チームはロボットスコップを使ってプローブを穴の端に固定した。この方法は当初は成功したように見え、プローブは2週間掘り続け、地表と面一になった。[29] [30]このとき、露出したプローブの上部はスコップが押すには小さすぎたため、スコップの位置を変えてプローブ近くの土を押し下げた。残念ながら、土壌の異常な性質と低気圧のため、これによりプローブは再び後退した。[31]プローブが跳ね返ると、ゆるい土がその下の領域を埋め、プローブは再び半分ほど持ち上がった。[32] 2020年1月、研究チームは再び固定方法を使用したが、スコップの位置を変えた後、再びプローブは排出された。[33]
2020年2月、チームはロボットスクープを使用してホクロの裏蓋を直接押し込むリスクを再評価し、この手順が許容できると判断しました。手順は、毎回スクープの位置を変える必要があるため、ゆっくりと進みました。1.5cmの進歩。2020年6月、ほくろの頂上がレゴリスの表面に到達した。[34]ほくろは垂直から30度の角度で地表に侵入したが、より深いところに到達した場合はこの角度が小さくなる可能性がある。[35]
2020年7月、モグラがスコップの下で跳ね回っていることが明らかになり、掘削を続けるには摩擦が不十分であることが示唆された。提案された解決策は、ロボットスコップからの圧力を分散させ、摩擦を増やすために穴を砂で埋めることだった。この処置は2020年8月上旬に行われた。[36]
2020年8月下旬、テストで良い結果が示された。スコップは、ハンマーで叩きながら、ほくろを覆っている砂に下向きの力を加えた。このテストの結果、数ミリの進歩があり、[37]最終的に機器は埋まった。2020年10月、ほくろの頂上は火星の表面より下になり、ロボットスコップでさらに2杯分のレゴリスを削り取り、それを突き固めることが決定された。[38]ハンマーによる打ち込み作業は2021年1月に続行される予定だった。
探査機をさらに深く掘るための最後の試みは2021年1月9日に行われたが、失敗に終わったため、さらに深く掘る試みをやめる決定が下された。2021年1月14日、NASAは「モグラ」を埋める最後の試みが失敗したため、チームは諦め、ミッションの熱探査機部分は終了したと発表した。実験の主任科学者であるティルマン・スポーンは、「火星と私たちの英雄的なモグラは相容れないままだ」と述べた。[39] 科学チームは、着陸地点の土壌特性が、機器の設計目的とあまりにも異なっていると判断した。チームは数年にわたってモグラが穴を掘れるようにさまざまな対策を講じたが、最終的に目標の深さには達しなかった。土壌と探査機の間の摩擦は、モグラがさらに深く掘り下げるには十分ではなかった。
ほくろは完全に埋もれており、ほくろの頂点は火星の表面から 2 ～ 3 センチメートル下にあります (ほくろ自体の長さは約 40 センチメートルなので、深さは約 43 センチメートルです)。有用な熱測定を行うには、最低 3 メートルの深さが必要と指定されました。[引用が必要]
失敗に終わったものの、モグラの活動は、インサイトの土壌、火星での発掘・掘削、着陸機のロボットアームの操作について、ミッションチームに多くのことを教えてくれた。モグラの救出活動では、ミッション前には計画されていなかった方法でアームが使用された。地震計（SEIS）、無線実験（RISE）、気象計（TWINS）は2022年12月末まで稼働し続けた。[40]
HP3による火星表面探査の取り組み
-
最初の問題発生後のほくろの技術的分析により、ほくろの底部は火星の地面に約12～14インチ (30～36 cm) の深さまで埋まっており、その上部の一部はまだ HP 3支持構造内に残っているという結論が出ました。 -
支持構造をモグラから持ち上げた後のInsightのHP 3コンポーネント。この画像は、モグラ貫入計の周囲の圧縮されたレゴリスの領域を示しています。 -
このタイムラプス ビデオでは、ピン留め技術の初期の成功が描かれており、プローブがレゴリスに潜り込む様子が映し出されています。 -
HP 3 は、掘った穴から半分ほど後退した後の姿が見られます。 -
インサイト着陸船がスクープを使って HP 3モールの後ろのキャップを押しています。 -
火星の表面にあるHP 3モル。着陸船のスクープが後部のキャップを押しています。 -
ロボットスコップで砂をかぶせられたモグラ -
火星探査機インサイト - 「モグラ」 - 最後の努力
(2021 年 1 月 9 日)
HP3-RAD 赤外線放射計
HP3には、DLRが提供し、はやぶさ2ミッションのMARA放射計をベースにした表面温度を測定する赤外線放射計が含まれています。 [13] [14] [15] HP3-RADは、サーモパイル検出器を使用して3つのスペクトルバンドを測定します。8～14μm、16～19μmおよび7.8–9.6 μm。[41] HP3-RADの質量は120 g（4.2 oz）です。[41]
着陸中、検出器は取り外し可能なカバーで保護されていました。[41]カバーは機器の校正ターゲットとしても機能し、HP3-RADの現地校正をサポートします。[41]
赤外線放射計は、1969年にマリナー6号とマリナー7号フライバイ宇宙船の4つの主要機器の1つとして火星に送られ、観測は火星に関する知識の科学的革命を引き起こすのに貢献しました。[42] [43]マリナー6号と7号の赤外線放射計の結果は、火星の大気が主に二酸化炭素（CO2）で構成されていることを示し、火星の表面に微量の水があることを明らかにしました。[42]
参照
- 2003年火星探査ローバーに搭載された赤外線機器、Mini-TES
参考文献
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外部リンク
- InSight 搭載の HP3 実験用のハンマー機構。(PDF)
