火星96

火星96

火星96探査機の組み立て
名前	火星8号
ミッションタイプ	火星探査機 着陸船の 貫通装置
オペレーター	ロスコスモス
コスパーID	1996-064A
SATCAT番号	24656
ミッション期間	周回失敗
宇宙船の特性
宇宙船	火星96
メーカー	NPO法人ラヴォチキン
打ち上げ質量	6,180 kg (13,620 ポンド)
乾燥質量	3,159 kg (6,964 ポンド)
ミッション開始
発売日	1996 年 11 月 16 日、20:48:53 UTC
ロケット	プロトンK / D-2
発射場	バイコヌール宇宙基地、 サイト 200/39
請負業者	フルニチェフ国立研究生産宇宙センター
入隊	周回失敗
ミッション終了
減衰日	1996年11月17日
軌道パラメータ
参照システム	地球中心軌道
政権	低軌道
ロシアの火星計画

火星96号（Mars-8号とも呼ばれる）は、1996年にロシア宇宙軍が火星を調査するために打ち上げた失敗した火星ミッションであり、同名のソ連の火星探査プログラムとは直接関係がない。2回目の第4段噴射が失敗した後、探査機アセンブリは地球の大気圏に再突入し、太平洋、チリ、ボリビアの320km（200マイル）以上の領域で分解した。^[1]火星96宇宙船は、1988年に火星に打ち上げられたフォボス探査機に基づいていた。それらは当時新しい設計であり、両方とも最終的に失敗した。火星96ミッションでは、設計者はフォボス探査機の欠陥を修正したと考えていたが、打ち上げ段階での探査機の破壊により、その改良の価値が実証されることはなかった。

1990年代のソ連/ロシア唯一の月または惑星探査機である火星96号は、火星の大気、表面、内部の進化を調査するという野心的なミッションでした。当初は火星94号と火星96号の2機の宇宙船として計画されていましたが、ミッションは延期され、火星96号と火星98号になりました。その後、火星98号はキャンセルされ、火星96号はソ連崩壊以来、地球軌道を越えたロシア初の深宇宙ミッションとなりました。宇宙船全体は、オービター1機、小型の自律ステーション2機、独立したペネトレーター2機で構成されていました。^[2]

しかし、これは非常に野心的なミッションであり、当時までに打ち上げられた惑星間探査機の中で最も重いものであった。このミッションには、フランス、ドイツ、その他のヨーロッパ諸国、および米国から提供された多数の機器が含まれていた。同様の機器は、2003年に打ち上げられたマーズ・エクスプレスにも搭載されている。プロジェクト科学者はアレクサンダー・ザハロフであった。

火星 96 号は、火星に関する理解を深めることを目的としていました。このミッションの科学的目標は、火星の表面、大気、内部構造の進化の歴史を研究することでした。巡航中に、天体物理学的研究などの他の研究も行われることになりました。これらはいくつかのカテゴリに分類できます。

火星表面の研究には、地球規模の地形調査、鉱物学的地図の​​作成、土壌組成、氷岩層とその深部構造の研究が含まれる予定でした。

大気の研究には、気候、水、二酸化炭素、オゾンなどの特定の元素、イオン、化学物質の存在量、一般的な地球規模の監視、時間の経過に伴う圧力の変化、エアロゾルの特性評価などが含まれます。

惑星構造の研究は、地殻の厚さを調べ、火星の磁場を研究し、熱流束を研究し、活火山の可能性を探り、地震活動を研究することでした。

プラズマ研究では、磁場の強さと方向の研究、惑星間航行中および火星付近でのプラズマのイオンとエネルギー構成の研究、磁気圏とその境界の研究が行われました。

惑星間航行中に天体物理学の研究が行われる予定だった。その研究には、宇宙ガンマバーストの研究や、太陽や他の恒星の振動の研究が含まれていた。

火星96号探査機は、フォボス探査機の設計に基づいた3軸の太陽/恒星安定化宇宙船でした。展開可能な高利得および中利得アンテナを備えていました。宇宙船の両側には、2つの大きな太陽電池パネルが取り付けられていました。また、火星軌道投入後にいつか切り離される投棄可能な推進装置もありました。宇宙船の上部には2つの表面ステーションが取り付けられていました。推進装置には2つのペネトレータが取り付けられていました。また、中央インターフェース、マイクロプロセッサ、およびメモリシステムであるMORIONシステムもありました。燃料を含む探査機の総質量は6180 kgでした。乾燥質量は3159 kgでした。

各表面ステーションは、高さ約 1 メートル、直径約 1 メートルのエアロシェルに収納されていました。各ステーションには、ステーションの運用を制御するためのステーション データ処理ユニット (SDPI)、データ転送用の送信機と受信機を備えた通信ユニット、2 つの放射性同位体熱電発電機 (RTG)、バッテリー、バッテリー充電を制御するための電子機器からなる電源がありました。また、各表面ステーションには、火星探査のインスピレーションとなった SF ストーリー、サウンド、アートを収録したコンパクト ディスクも搭載されていました。これは、将来の人類の探検家への贈り物として意図されていました。各表面ステーションの予想寿命は 1 年でした。

各貫通体は、前部胴体と後部胴体という 2 つの主要構造から構成されています。貫通体が地表に衝突すると、前部胴体は分離して地表に 5 ～ 6 メートル潜り込むように設計されており、後部胴体はワイヤーで前部胴体と接続されたまま地表に残ります。前部胴体にはハウスキーピング機器と分析パッケージの一部が収納され、後部胴体には分析パッケージの残りと無線機器が収納されています。各貫通体は、放射性同位元素熱電発電機(RTG) とバッテリーで駆動されます。各貫通体の予想寿命は 1 年です。

アルガス

ARGUS プラットフォームは、2 台のテレビカメラとマッピング分光計で構成されていました。ARGUS には、独自のマルチプロセッサ制御システム、ナビゲーション テレビカメラ (他の 2 台とは無関係)、1.5ギガビットメモリを備えたデータ取得システム、熱制御システム、および飛行中の較正システムがありました。ARGUS は、取り付けられた計器を 3 つの軸すべてで高精度に向けるように設計されていました。

パイス

PAIS プラットフォームは、SPICAM、EVRIS、PHOTON 機器を搭載して向けるように設計されています。

HRSC

高解像度立体テレビカメラ (HRSC) は、詳細な地形調査や、雲の構造、周縁部の明るさ、境界線の特徴に関する大気調査を行うために設計されました。これは、ARGUS プラットフォームに搭載されたカメラの 1 つです。この設計は、Mars Express HRSC カメラで再利用されました。

ワオス

広角立体テレビカメラ (WAOSS) は、火星を長期にわたって地球規模で監視し、雲の動き、砂嵐による表面の変化、その他の表面と大気の長期観測を研究するために設計されました。このカメラは ARGUS プラットフォームに搭載されました。

オメガ

可視赤外線マッピング分光計 (OMEGA) は、火星の表面の火成岩、堆積岩、土壌、霜、氷の組成をマッピングするために設計されました。また、主要な気体および固体の大気成分をマッピングすることも想定されていました。この分光計は ARGUS プラットフォームに搭載されました。

フィジー

惑星フーリエ分光計は、地表と大気の専門的な研究を行うために設計されました。大気の研究には、3D 温度および圧力場の監視、風の地球規模のマッピング、空間および時間における水と一酸化炭素の変化、エアロゾルの光学的深さ、位相関数、サイズ分布、化学組成が含まれます。地表の研究には、土壌の温度と熱物理的特性、地表の鉱物組成、地表凝結物、高度測定が含まれます。

テルモスキャン

マッピング放射計は、土壌の熱慣性を調べ、温度状態の日周および季節の変化を監視し、異常な熱源を探し、大気の熱を研究するために設計されました。

スヴェット

高解像度マッピング分光計は、火星に存在する可能性のある岩石の吸収帯を分光測光してその組成を判定し、エアロゾルの性質を研究し、TERMOSCAN データを MORION システムと互換性のあるデジタル形式に変換する目的で設計されました。

スピカム

マルチチャンネル光学分光計の主な目的は、中層および下層大気におけるオゾン、水蒸気、一酸化炭素、エアロゾル、温度の垂直プロファイルの検出、電離層の診断、水蒸気の全球分布、および大気の密度モデルの構築です。この分光計は PAIS プラットフォームに搭載されました。

UVS-M

紫外線分光光度計は、上層大気中の水素、ヘリウム、酸素の分布を調べ、大気中の重水素の存在量を調べ、大気の高高度プロファイルを作成し、惑星間物質の中性成分を見つけることを目的としていました。

軽水炉

長波レーダーは、GRUNT および PLASMA 実験で使用されました。GRUNT の目的は、火星氷岩石圏の下部表面を調査し、氷岩の発生深度と地理的分布を決定し、土壌の誘電パラメータを推定することでした。PLASMA の目的は、上部電離層の電子数密度の高度プロファイルのグローバルな分布を調査し、火星の大気と太陽風の相互作用のダイナミクスを研究することでした。

フォトン（またはフォトン）

ガンマ分光計は、高い空間分解能と高精度で岩石の元素組成をマッピングし、天然放射性元素と基本的な岩石形成元素の存在量を決定するために、PAIS プラットフォームに取り付けられました。

ニュートロンS

中性子分光計は火星の土壌の表層の水分含有量を調査するために設計されました。

マク

四重極質量分析計は、上層大気と電離層の組成を決定し、大気のイオンと中性粒子の組成の高度プロファイルを測定し、同位体比を測定および更新し、大気と電離層の季節的および日中の変動を測定するために設計されました。

アスペラ

エネルギー質量イオン分光器と中性粒子イメージング装置は、火星付近のプラズマと中性粒子の相互作用を測定するために設計されました。

フォネマ

高速全方向非走査イオンエネルギー質量分析装置は、高温イオン種の 3D 分布関数を高時間分解能で測定し、火星近傍のプラズマの微細構造、ダイナミクス、起源を調査するために設計されました。

ディミオ

全方向性電離層質量分析計は、電離層のダイナミクスと太陽風との相互作用を調査するために設計されました。

マリプロブ

電離層プラズマ分光計は、火星の電離層と磁気圏内の冷たいプラズマ対流を測定するために設計されました。

マレムフ

静電分析装置と磁力計は、火星のプラズマ環境と太陽風内の磁場ベクトルと電子およびイオンの 3D 分布を測定することを目的としていました。

エリスマ

ウェーブ コンプレックスは、太陽風と火星のプラズマ環境との相互作用を測定し、電離層と磁気圏の不安定性を特定し、砂嵐と雷によって生成される大気起源の波動を研究し、プラズマ対流の地球規模のマッピングを行い、高度 300 km までの熱プラズマの温度と密度の分布を見つけ、上層大気と下層電離層の動的関係を監視するために設計されました。

そり

低エネルギー荷電粒子分光計は、火星環境における高エネルギー粒子放射線の詳細な研究と、惑星間巡航中の低エネルギー宇宙線を監視するために設計されました。

PGS

精密ガンマ分光計は、火星の表面、強力な太陽フレア、ガンマバーストからのガンマ放射線を測定するために設計されました。

リラス2

宇宙および太陽ガンマ線バーストの研究では、ガンマ線バーストの発生源の位置を高精度で特定し、スペクトル内の低エネルギー吸収特性を分析し、ガンマ線バーストの減衰段階での熱放射を研究しました。

エヴリス

EVRIS 恒星振動調査装置は、恒星の脈動、回転、内部構造を調査し、それらの振動によって引き起こされる光度微小変動を測定するために設計されました。この装置は PAIS プラットフォームに搭載されました。

大豆

太陽振動光度計は太陽の内部構造を研究するために設計されました。

半径-M

放射線/線量計管理複合施設は、惑星間航行中および火星付近での放射線を調査し、宇宙船の放射線量を予測し、宇宙船に搭載された線量計を管理し、惑星間空間における荷電粒子の伝播を調査し、宇宙船に対する隕石の危険性を推定するために設計されました。

2 つの地上ステーション、それぞれに次のものが含まれます。

情報システム

気象計測システムには、温度センサー、圧力センサー、相対湿度センサー、直射日光と散乱日光の強度を比較する光学深度センサー (ODS)、イオン電流と大気のイオン化を検出するイオン風速計が搭載されていました。

解像度

降下段階計器には加速度計と温度センサーが搭載されていました。

アルファ

アルファ粒子X線分光計は火星の土壌の元素組成を測定するために設計されました。

楽観

OPTIMISM には磁力計、地震計、傾斜計、電子ユニットが搭載されていました。

デズカム

降下段階カメラは、パラシュート降下中の画像撮影用に設計されました。

パンカム

パノラマカメラは、地上ステーション周辺の風景をテレビパノラマで撮影するために設計されました。

MOx

火星酸化剤実験は、火星の土壌と大気中の酸化剤の存在を研究するために設計されました。

MAPEx

マイクロエレクトロニクスとフォトニクスの実験のためにプラスチックとシリコンで記録された放射線。コンパクト ディスクのラベルに貼られています。

2 つの貫通体、それぞれに次の機能があります:

TVS テレビカメラ

周囲の風景のパノラマ画像を撮影し、起こりうる活動（火山活動など）を監視するように設計されています。

MECOM メテオセット

地表の気象パラメータをその場で測定するように設計されています。

PEGAS GAMMA分光計

火星表面の岩石の元素組成を推定するために設計されています。

オングストレムX線分光計

地下岩石の元素組成を推定するために設計されています。

ALPHA ALPHA-P分光計

岩石の化学組成を推定するために設計されています。

NEUTRON NEUTRON-P分光計

岩石の湿度と密度を測定するために設計されています。

GRUNT加速度計

抵抗力/時間、速度プロファイル/時間、浸透プロファイルと深さを取得して機械的特性を調査するように設計されています。

テルモゾンド

岩石の表層の熱的および物理的研究を行うために設計されています。

KAMERTON地震計

惑星の地殻の構造を研究するために設計されました。

IMAP-6 磁力計

火星の固有磁場と岩石の磁気特性を研究するために設計されました。

打ち上げは1996年11月16日にプロトン8K82K/11S824Fロケットで行われることになっていた。これは4段式ロケットで、これまでに2回しか飛行したことがなく、2回とも1988年に火星に向けてフォボス宇宙船を打ち上げるために飛行した。最初の3段は燃料を使い切るまで燃焼する。次にブロックD-2と呼ばれる第4段が点火され、宇宙船とともに地球を周回する駐機軌道に乗せられる。その後、再点火して火星横断軌道投入操作を開始することになっていた。第4段の停止後、宇宙船は分離し、アンテナを展開し、推進装置を使用して燃焼を完了することになっていた。これが完了すると、宇宙船は太陽電池パネルとPAIS科学プラットフォームを展開することになっていた。

航海は約 10 か月かかる予定でした。途中で 2 回の進路修正が計画されていました。惑星間航海中には天体物理学の研究も行われる予定でした。火星到着は 1997 年 9 月 12 日の予定でした。

到着の 4 ～ 5 日前 (できれば 5 日前) に、宇宙船は両方の表面ステーションを分離し、北半球の 2 か所に着陸する予定でした。分離後、宇宙船は軌道投入に備えて軌道変更操作を行い、周回機の軌道をフライバイ パスに変更します。適切なタイミングで、推進ユニットのメイン エンジンを飛行方向に向け、宇宙船は燃焼して減速し、火星軌道に入ります。火星への最初の軌道は、近点が 500 km、遠点が約 52,000 km、軌道周期が 43.09 時間です。

周回機が軌道投入燃焼を行っている間に、両方の火星表面ステーションは火星に軟着陸することになっていた。両方の着陸シーケンスは同一で、まず機体が空気圧によって減速される。高度 19.1 km でパラシュートが展開し、続いて 18.3 km で耐熱シールドが分​​離し、17.9 km でエアバッグが膨張する。エアバッグでクッションされた着陸機が地面に衝突すると、パラシュートが分離する。エアバッグはやがて回転して停止し、その後両方のエアバッグが分離して着陸機が姿を現す。着陸機は 4 つの花びらを開き、着陸地点を通過すると周回機に信号を送る。

火星周回軌道に到達した後、探査機が最初に行う作業は、両方の表面ステーションから着陸を確認する信号を受信することでした。ペネトレーターを着陸させる時間は、火星周回軌道投入後 7 日から 28 日です。探査機の主な科学フェーズは、両方のペネトレーターが放出され、推進装置が切り離されるまで開始できませんでした。

各ペネトレーターの着陸は同一です。まず、安定させるためにペネトレーターをスピンアップし、その後オービターから分離します。ペネトレーターは固体ロケット モーターを点火し、軌道から落下を開始します。20 ～ 22 時間後、ペネトレーターは火星の大気圏に突入します。次にブレーキ装置を展開します。衝突すると、前部が分離し、本体よりも深く潜ります。次に、オービターとの通信セッションを実行して着陸を確認します。

軌道投入後約 1 か月、ペネトレータが放出された後、オービターは推進装置を切り離す。推進装置は LWR 機器と ARGUS プラットフォームの展開の邪魔になるため、主要な科学フェーズを開始する前に切り離す必要がある。オービターの公称ミッションは 1 地球年続く予定だった。推進装置を切り離した後、オービターは軌道維持のために低出力の推力システムを備えていた。公称フェーズではデイモスのフライバイは可能だったが、フォボスのフライバイは公称ミッションが終わるまで不可能だった。延長ミッションが承認された場合、2 ～ 3 か月にわたるエアロブレーキングにより、軌道周期は約 9 時間に短縮される予定だった。

ロケットは1996年11月16日20:48:53 UTCに打ち上げられた。ロケットは駐機軌道まで正常に機能した。計画されていたブロックD-2第4段の2回目の燃焼は行われなかった。宇宙船は分離し、その後自動的にエンジンを燃焼させた。残念ながら、第4段の燃焼が行われなかったため、宇宙船は近地点を下げて地球の大気圏に再突入した。第4段はその後の軌道で再突入した。タイムラインについてはアメリカとロシアの情報源の間で意見の相違がある。^[3]

調査委員会は、火星96号の墜落がプロトンKロケットのブロックD-2上段の故障によるものか、火星96号宇宙船自体の故障によるものか判断できなかった。故障調査委員会は、ミッションの重要な部分でテレメトリデータが不足していたため、故障の原因を特定できなかったと結論付けた。故障はプロトンブロックD-2上段の2回目の点火時に発生し、宇宙船はロシアの地上局の圏外にあった。火星96号宇宙船は、小さなペレットの形で200グラムのプルトニウム238を搭載していた。ペレットは熱と衝撃に耐えられるように設計されており、再突入後も生き残ったと考えられている。ブロックD-2段にはプルトニウムは搭載されていなかった。宇宙船は、チリのイキケの東32kmを中心として南西から北東に伸びる長さ320km、幅80kmの楕円形のどこかに墜落したと考えられている。宇宙船や上段の部品は回収されていない。^[4]

当初、マーズ96号の組立体は大気圏で燃え尽き、破片が太平洋に落下したと考えられていた。^[3]しかし、1997年3月、米国宇宙軍は、衛星の再突入経路を誤算していたことを認めた。「我々は、再突入から数週間後に、メディアを通じて、再突入の目撃証言を数多く知っていた」と、コロラド州コロラドスプリングスの米国宇宙軍メディア部長、スティーブン・ボイラン少佐は記している。「さらに分析した結果、衝突は実際には陸上であったと合理的に考えられる」。^[1] マーズ96号は、火星の大気圏に突入するように設計された4つの組立体、2つの表面貫通体、2つの表面ステーションを搭載していた。これらは、地球の大気圏に突入してもほぼ確実に生き残ったであろう。2つの表面貫通体は、地面との衝突に耐えるように設計されていた。この事実と、4つの集合体が燃料として合計200グラムのプルトニウム238を搭載していたという事実にもかかわらず、ロシアは今日まで回収活動を行っていない。^[1]

計画中および成功した多くのその後のミッションは、 Mars 96の技術に基づいています。たとえば、ESAのMars Express（2003年打ち上げ）、NetLander（キャンセル）、その後継のMetNet（2016〜2019年に打ち上げが提案されていたがキャンセルされました）。^[要出典] Mars 96の機器設計の一部は、MARS-500の実験に使用されました。^[5]

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