火星設計基準ミッション

NASA火星設計基準ミッション （DRM）は、人類を火星に送るミッションに関するNASAの概念設計研究シリーズを指します。^{[1] [2]}関連用語である設計基準アーキテクチャ（DRA）は、ミッションとそれをサポートするインフラストラクチャのシーケンス全体を指します。

これらは、火星への有人ミッションの現在の技術と可能なアプローチをまとめた参照ベースライン研究であり、実際のミッションプログラムではありません。NASAによると、文書は「将来の火星表面の有人探査の計画をサポートする進行中の作業の「スナップショット」を表しています。」^[3]設計参照ミッションは、ミッションへのさまざまなアプローチの効果を分析するための技術トレード研究に使用されます。

最初の火星設計基準ミッション^[4]は、宇宙探査イニシアチブ（SEI）^[5]の支援の下、1993年5月に完了したNASAの研究でした。その目的^[6]は、過去の研究とデータに基づいて「基準ミッション」を開発することで、基準ミッションは将来の研究からのさまざまなアプローチと基準を比較するための基礎として機能します。

この研究はロバート・ズブリンの火星直接ミッションの設計に基づいていた。そのためズブリンはこれを火星半直接と名付け、さらにいくつかの重要な変更も加えた。例えば、乗組員の増員や、アポロ方式の火星軌道ランデブーを地球帰還機と行う専用の火星上昇機の設置などである。この火星上昇機は、軌道上に留まる予定であった。^{[7] [8]}この設計基準ミッションは、従来のミッション計画として、先行するSEIに取って代わった。

• 火星への高速移動と火星表面への帰還中止戦略を採用することで、乗組員が過酷な宇宙環境にさらされる時間を制限する
• 現地のリソースを活用してミッションの規模を縮小する
• 分割ミッション戦略を使用して、ミッションハードウェアを事前に展開し、質量を減らして乗組員のリスクを最小限に抑えます。
• 2009年から始まる3つの火星有人ミッションを検証する
• 宇宙輸送に先進的な宇宙推進力（例：核熱推進力）を活用する
• 大型ロケットを使用して火星に直接送られるペイロード（LEO に 200 トン以上）
• 堅牢な連続発電のための原子力表面発電^[6]

研究の結論は、最初の乗組員（貨物機3台、有人機1台）のミッションの総質量は約900トンであったというものである。この研究では、大型ロケットの開発は長いリードタイムと費用がかかるシステムであり、より小型のロケットを使用したアプローチを調査する必要があると指摘した。^[6]

1997 年に NASA 火星探査研究チームが結成され、当初の設計基準ミッションのより詳細なバージョンが作成されました。この計画では、アーキテクチャの最初のカットとして使用される運用とテクノロジーの概念を含む、火星への最初の有人ミッションが説明されています。レポートによると、

NASA の複数のフィールド センターを代表する職員が、火星の有人探査に取り組む「リファレンス ミッション」を策定しました。このレポートでは、彼らの作業を要約し、技術的に実現可能で、リスクが妥当で、比較的低コストのアプローチを使用した、火星への最初の有人ミッションの計画について説明します。火星リファレンス ミッションのアーキテクチャは、火星の大気から得られる推進剤の使用に関する Synthesis Group (1991) と Zubrin (1991) のコンセプトに基づくものです。リファレンス ミッションを定義する際に、選択が行われました。このレポートでは、各選択の根拠が文書化されていますが、予期しない技術の進歩や政治的決定により、将来的に選択が変更される可能性があります。^[9]

^{ポルトリー[1]}によれば、「その後のDRMの進化は、推定ミッションコストを削減するために宇宙船の重量を最小限に抑えることに重点が置かれました。」公式には「2.0」という名称は与えられていませんが、1997年の「スクラブ」（つまり、質量が削減された）バージョンは、後の文書では2.0という名称で呼ばれています。^[10]

設計基準ミッション 3.0 ^[11]は、NASA 火星探査チームが 1997 年に実施した調査の続きであり、1997 年調査の補遺として 1998 年 6 月に報告書が発表されました。基準ミッションの目的は、代替アプローチのさらなる検討と開発を促すことでした。「システムの「推進要因」、つまりコスト、パフォーマンス、リスク、スケジュールの変動の重要な原因を特定して明確にすることを目的としています。これは、有人火星ミッションの最終的または推奨されるアプローチを示すものではありません。月、小惑星、または地球軌道外のその他のターゲットへの有人探査ミッション、およびミッションと技術の課題を解決するためのさまざまな技術アプローチの採用など、いくつかの代替シナリオが現在探査チームによって研究されています。代替アプローチを比較することで、技術投資計画の継続的な改善と将来の有人探査ミッションの一般的な理解の基礎が提供されます。補遺は、1998 年 5 月までの将来の有人探査ミッションの計画をサポートする進行中の作業の「スナップショット」を表しています。」^[12]

リファレンスミッションバージョン3.0のレポートには次のように記載されています。

オリジナルのリファレンス ミッション (バージョン 1.0) の成果から、火星の有人探査戦略は、システムの質量の削減、より小型で合理的な打ち上げ機の使用、より最新の技術の使用へと進化しました。探査チームが講じた措置は、追加のミッション リスクを招かずに、ペイロード輸送フライトの質量とミッション全体のコストを削減する必要性から生まれました。バージョン 3.0 では、大型の重量物輸送ロケットの必要性をなくし、冗長な居住地輸送フライトを削除することで、地球からの 2 回の打ち上げが不要になりました。最終的な結果は、1993/94 年のリファレンス ミッションの約半分の投入質量を必要とする現在のバージョン 3.0 リファレンス ミッションです。」^[12]

1998年の設計基準ミッション4の目的は、DRM 3.0を改良して特定された弱点を改善し、システム設計と概念をさらに改良し、リスク軽減戦略を改善することでした。^[6]

DRM4.0では、火星輸送システムの 核熱推進^{[10] [13]}と太陽電気推進^{[14]の両方のバリエーションを検討しました。}

研究の主な結果は^[6]

• 往復乗組員輸送機の導入により、システムの信頼性要件が5年から3年に短縮されるが、火星軌道で追加のランデブーが必要となる。
• エンドツーエンドのソーラー電気推進車両ミッションコンセプトは実現可能なコンセプトであることが示されていますが、車両のパッケージングとサイズは依然として大きな問題です。
• ミッションの総質量の推定値:
  • 太陽電気推進：467トン
  • 原子力熱推進：436トン
  • 化学式エアロブレーキ：657トン（ミッションコンセプトは類似しているが同一ではない）

NASAデザインリファレンスミッション5.0 ^[15]は2009年に作成されました。^[16] 2009年7月に補遺^[17]、2014年3月に2回目の補遺^{[18]が行われました。}

2009年に制作された、ハードウェアの量と目標の数を減らした 「Austere Human Missions to Mars」と呼ばれるDRA5のバージョンもあります。

2017年現在、5.0がデザインリファレンスミッションの最新バージョンです。^[19]

• 有人火星ミッション計画のリスト
• 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リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ