火星宇宙生物学探検家 - キャッシャー

火星宇宙生物学探検家 - キャッシャー

ミッションタイプ	ローバー
オペレーター	米航空宇宙局（NASA）
ミッション期間	1地球年（提案）
宇宙船の特性
打ち上げ質量	300 kg (660 ポンド)

火星宇宙生物学探査機キャッシャー（MAX-C ）は、火星2018ミッションとしても知られ、NASAの火星 探査車ミッションのコンセプトであり、欧州のエクソマーズ探査車とともに2018年に打ち上げられることが提案された。^{[1] [2] [3]} MAX-C探査車のコンセプトは、予算削減のため2011年4月にキャンセルされた。^{[4] [5]}

このローバーは太陽光発電で、最大重量は300kgで、主にキュリオシティローバーのコンポーネントをベースにしていたが、特定のペイロードに合わせたシステムが必要だった。MAX-Cローバーは、その場での宇宙 生物学的探査を実施し、さまざまな火星環境の居住可能性を評価し、将来のミッションで地球に持ち帰る可能性のあるサンプルを収集、記録、保管する予定だった。^[6]

火星2020ミッションのパーサヴィアランス探査車は、火星2018やMAX-Cと同様の科学的目的を持っていました。

火星の生命を支え、維持するために必要なエネルギー、水、栄養素は現在存在しており、火星の地質学的記録は、古代の居住可能な環境の多くの興味深い手がかりを提供しています。^{[7]生命が初期の火星で出現し進化したのであれば、物理的または化学的}生物学的特徴が露出した岩石記録に保存されている可能性があり、実際にそうである可能性が高いです。これらの発見と推論は、過去の火星生命の証拠を探索するために設計されたローバーミッションの説得力のあるケースになります。^[7]

10 年以上にわたり、火星探査計画は「水を追う」戦略を追求してきました。この戦略は 1996 年から 2007 年の火星ミッションで大きな成功を収めましたが、火星環境の完全な宇宙生物学的可能性を評価するには、液体の水が存在した場所の特定以上のことが必要であることがますます認識されています。したがって、火星の過去または現在の生命の兆候を探すには、堆積物のマクロおよびミクロの構造をより包括的に特徴付ける必要があります。この種の情報は、地球上の高度な研究室で研究されるサンプルの生命の疑問に対処するために、関連するサンプルを選択して保存するために重要です。^[7]

地質学的サンプルを収集し、保管して地球に持ち帰るためにローバーを使用するという戦略は、少なくとも 1990 年代半ばには議論されていました。2007 年には、火星科学研究所の キュリオシティローバーに続くすべての表面ミッションでサンプルを保管することが推奨され、比較的早期に地球にサンプルを持ち帰る準備が整いました。2007 年半ば、NASA はキュリオシティローバーに非常にシンプルな保管庫を追加するよう指示しました。サンプル保管庫の潜在的な価値は認めたものの、専門家はこの特定の実装におけるサンプルの品質について深刻な懸念を表明しました。2008 年 11 月、フェニックス着陸船でサンプル処理の問題が発生したため、ローバーのサンプル取得装置を清掃するためのツールを設置するために保管庫が縮小されました。^[7]

ミッドレンジローバーのコンセプトは、もともと火星アーキテクチャタイガーチーム（MATT）の計画作業に含まれていました。2009年のMATT-3レポートの時点では、潜在的なミッションは「ミッドレンジローバー」や「火星プロスペクターローバー」など、いくつかの異なる作業名で呼ばれており、ミッションコンセプトは、精密着陸とサンプリング/キャッシュ機能を備えた単一の火星探査ローバーまたは火星科学実験室クラスのローバーを含むと一般的に想定されていました。ミッションコンセプトにより適した名前を提供するために、2009年8月に、一般的なミッドレンジローバー（MRR）から火星宇宙生物学エクスプローラーキャッシャー（MAX-C）に変更されました。^[7]

2011年4月、予算危機のため、2018年に1台の探査車のみを飛ばすという提案が発表された。この探査車は、対になるコンセプトのExoMars（ESA）とMAX-C（NASA）のどちらの車両よりも大きいものになる予定だった。 ^[8] 1つの提案は、新しい車両をヨーロッパで製造し、ヨーロッパとアメリカの機器を組み合わせて搭載するというものだった。NASAは、打ち上げロケットと「スカイクレーン」着陸システムを提供することを提案した。^[8] 2012年2月、NASAは予算削減のためExoMarsへの参加を終了した。^{[9] [10]}そして、惑星科学者や愛好家からの激しい抗議を受けて議会が火星探査への資金提供を再開すると、NASAは2012年12月にMars 2020探査車を発表し、その後、実際にサンプルキャッシュを準備することを発表しました。^[11]

主な目的は、物理的および化学的バイオシグネチャーの保存可能性の高い場所で、古環境条件を評価し、バイオシグネチャーの保存可能性を特徴付け、過去の生命や前生物化学の証拠を探すために地質学的単位の複数のシーケンスにアクセスすることでした。提案されている将来のサンプルリターンミッションの科学的目的を達成するために必要なサンプルは、地球への潜在的な帰還に適した方法で収集、文書化、梱包されます。^[3]

主な科学的目的は、居住可能性が高く、物理的および化学的生物学的特徴の保存可能性も高いと解釈される場所に着陸することであった。

• ノアキス初期宇宙生物学 — 生命が誕生した可能性のある前生命的環境的背景。
• ノアキアン-ヘスペリアン地層学 — 侵食、水による風化、河川活動、磁場の衰退前後の表面状態が居住可能であったかどうか。
• 宇宙生物学— 生命に関する仮説を、別の特定の地質学的地形の文脈でテストします。火星の生命誕生前の化学反応や生命の証拠を保存している可能性のあるサンプルを収集し、生物学的特徴の保存の可能性を特徴付けます。
• 地下からのメタン放出。
• 放射年代測定
• 深層コアドリル-深さ約2mからのコアサンプル
• 極地層堆積物 — 最近の地球規模の気候変動の潜在的な記録を調査します。
• 中緯度の浅い氷 — 中緯度の氷の居住可能性を調査し、過塩素酸塩が火星の現在の居住可能性にどのように影響するかを調べます。中緯度の氷は、現地資源利用 (ISRU) のための資源を提供できるでしょうか?

二次的な科学目標は、火星表面からの長期的な大気圧データの必要性に対処することであった。MAX-Cローバーとエクソマーズローバーが同じ場所に着陸した場合の協力科学の可能性を評価する研究があった。^{[12] [13]}

提案されているMAX-Cミッションは、この季節の好ましい気圧と「スカイクレーン」配送システムの性能を考慮すると、2019年1月の北半球の冬に火星に到着する予定でした。^[7] 火星軌道の偏心、太陽光発電ローバーのアクセス緯度により、北半球の緯度は南半球の緯度よりも電力/熱設計が厳しくなく、北緯25度から南緯15度までの場所で効果的な運用が可能です。

科学的に興味深い地形は、着陸するには危険すぎる地形であることが多いため、着陸楕円は、興味深い地形の真上ではなく、すぐ近くに配置するよう努めることが多い。その結果、アクセスは、ミッションの寿命に比べて妥当な時間内に楕円の外に出るのに十分な楕円サイズとローバーの横断能力の両方の産物になることが多い。進入、降下、着陸システムは、目標精度が 7 km (4.3 マイル) という高精度なものであったはずである。^[7]太陽電池式ローバーは、10 km (6.2 マイル) 以上の航続距離と、少なくとも地球の 1 年間の寿命が必要であったはずである。

MAX-Cローバーは、コストとリスクを最小限に抑えるために、MSLの キュリオシティローバー設計、飛行設計、テスト設計、テストおよびハンドリングハードウェアの重要な継承に依存していました。この太陽電池式ローバーには、20 km（12マイル）以上の航続距離と、少なくとも500火星日（ソル）の寿命が必要でした。 ^{[13]火星の地質学的に興味深い地形の多くは、クレーター、溝、丘陵の斜面に層状の層が露出しているため、提案されているMAX-Cミッションでは、}スピリットとオポチュニティのMERの両方が行ったように、最大​​30度の斜面を移動できることが非常に役立ちます。

質量は約300kgで、MERよりも大きく、エクソマーズ探査車と同程度だが、キュリオシティ探査車よりは軽い。

ローバーは、科学的にサンプルを選択してキャッシュするのに十分な機器を搭載していた。これは、次のような機器と機能に相当すると想定された。^[13]

• 遠隔地（マストに取り付けられた機器を使用）から露頭の特徴を明らかにし、関心のある特徴を特定できる必要があります（パノラマカメラ、近赤外線分光計）
• 露頭の微細スケール画像を収集できなければならない。接触機器（顕微鏡画像装置）
• 表面研磨ツール（研磨ビット）を使用して、風化していない岩石の表面を露出させることができなければならない
• 摩耗した岩石表面のミクロスケールの鉱物学を測定できなければならない。接触型機器（ラマン分光法）
• 摩耗した岩石表面のバルク元素化学を測定できなければならない。接触式機器（アルファ粒子X線分光計）
• 摩耗した岩石表面の有機化合物を測定できなければならない；接触式計測器（ラマン分光法）
• 岩石の組成と微細構造およびテクスチャを相関させる能力が必要（顕微鏡画像装置）

火星からサンプルを持ち帰ることは、火星探査計画の最優先の科学的目的を達成する上で不可欠です。^[3]しかし、火星サンプル持ち帰りミッションには高いコストとリスクが伴い、地球への持ち帰りに備えて科学的サンプルの選択、取得、文書化が必要となるため、前例のない価値も提供する必要があります。火星から持ち帰ったサンプルはどれも何らかの科学的調査に役立つかもしれませんが、詳細な科学的調査にすべてのサンプルが同じように役立つわけではないことも事実です。^[3]最優先の科学的問題に対処するには、「優れたサンプル」の選択が必要になります。^[1]提案されている将来のサンプル持ち帰りミッションの科学的目的を達成するために必要なサンプルは、地球への持ち帰りに適した方法で収集、文書化、梱包されます。将来の表面ランデブーでは、キャッシュを回収し、「火星上昇機」に積み込んで地球に届けます。^{[1] [14]}

MSLキュリオシティローバー着陸地点（2012年）で科学者が目立ったサンプルを認識しなかった場合、彼らは軌道データから選択された代替地点にローバーを送りたいと思うでしょう。その代替地点の方が科学的またはアクセスの可能性が高いという議論ができるでしょう。MSLが目立ったサンプルを発見した場合、科学者はおそらくローバーを送り返してサンプルを回収したいと考えるでしょう。^[3]そのため、2018年の打ち上げに向けてMAX-Cを開発しておけば、時間とリソースを節約できたはずです。提案されているサンプル採取の要件は、1地球年以内に着陸楕円の外側の4地点で20のサンプルを採取することです。その後、ローバーは安全な場所に移動し、2020年以降に回収ローバーが回収できるように20個のサンプルキャッシュを保管する。このようなシナリオでは、MAX-Cローバーは150ソルで10kmを移動することが予想され、平均で約67m/ソルとなるため、候補となるMAX-Cミッションではローバーの自律性を向上させる必要がある。^[6]

MAX-Cローバーは、コアリングと研磨によってサンプルを採取することができた。コアリングは、直径約10mm、長さ最大50mmのコアを採取できるコアドリルを使用して行われ、それらは、キャップが押し込まれた個別のスリーブに封入される。表面材料の研磨は、コアリングツールに取り付けられた特殊な研磨ビットを使用して行われる。このツールは、機器がほこりや風化層を通り抜けられるように、表面材料を少量除去することを目的としています。コアと同程度の直径（8～10mm）の円形領域を研磨します。アームの移動は、個々の研磨スポットをスキャンするために使用されます。^[7]ローバーは、少なくとも38個のコアサンプルをキャッシュできるはずです。^[13]

技術開発活動に資金を提供するための費用は7000万ドルと見積もられており、^[7]ミッションのコンセプトには4つの主要分野での技術開発が必要である。^{[3] [7]}

• コアリング、カプセル化、キャッシュ: コアリングされたサンプルを取得および処理するための軽量ツール/メカニズム。
• 機器: ここで提示された測定ニーズ、特にマイクロスケールの鉱物学、有機物、および元素組成のマッピングに対応できる機器を成熟させるための追加技術の焦点。
• 惑星保護/汚染制御: バイオクリーニング、バイオ汚染物質のカタログ作成、およびキャッシュされたサンプルが返却可能であることを保証するための輸送モデリング。
• ローバーナビゲーション: オンボード画像処理とナビゲーションにより移動速度を向上。
• 精密着陸: 主要な科学的優先事項は、複雑な地形へのアクセスを改善することであり、そのためには着陸楕円を大幅に狭める必要があります。

プロジェクトスケジュール案とJPLチームの完全な実験研究に基づくと、打ち上げロケットを除くプロジェクト総費用は15億～20億ドルと推定された。^[3]

• 宇宙生物学 – 宇宙の生命に関する科学
• 宇宙生物学フィールド研究所 – NASA 火星探査車構想の中止
• 生物学的酸化剤と生命検出
• ExoMars  – 宇宙生物学プログラム
• 火星探査
• 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 2020  – NASA による宇宙生物学火星探査ミッション
• 火星探査ローバー – 2台のローバーで火星を探索するNASAのミッション
• 火星サンプルリターンミッション – 岩石と塵のサンプルを収集する火星ミッションPages displaying short descriptions of redirect targets
• マーズ・サイエンス・ラボラトリー – 2012年に火星にキュリオシティ探査車を送り込んだロボットミッション
• 生命の兆候検出器 – 生命の兆候を検出する宇宙船の機器
• バイキング計画 – 1976年に火星に送られたNASAの着陸船と周回船のペア

• MAX-C ローバーのフィールドテストに関するビデオ (2010)