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 着陸時の火星間欠泉ホッパーの CAD モデル (左) と、巡航ステージを取り付けたエアロシェル内に梱包された状態 (右) | |
| ミッションタイプ | 火星着陸船 |
|---|---|
| オペレーター | 米航空宇宙局（NASA） |
| ミッション期間 | 火星表面での1年（22か月）。 |
| 宇宙船の特性 | |
| 打ち上げ質量 | 1,092 kg (2,407 ポンド) 着陸船: 500 kg (1,100 ポンド) |
| 力 | 太陽電池アレイ150 W、 着陸機: ASRG 133 W |
| 火星着陸船 | |
| 着陸地点 | 火星の南極 |
マーズ・ガイザー・ホッパー（MGH）は、火星の南極周辺地域で発見される春の二酸化炭素火星間欠泉を調査するディスカバリー級宇宙船コンセプトのNASA設計基準ミッションとして2012年に提案されました。[1] [2]
MGHが使用を提案した電力技術は、先進スターリング放射性同位元素発生器（ASRG）であった。[3] NASAはASRGの設計を完了し、装置の試験ユニットを1つ製造したが、プログラムは2010年代半ばまでに終了した。[4] [5]インサイトも次期ディスカバリーの準決勝進出機も、需要が高く、依存するプルトニウムの種類の供給が限られているため、ASRGやRTGは使用していない。[6]
背景
ディスカバリー計画は、 NASAでの新計画についての議論を受けて1990年代に開始され、ジェネシス、ディープインパクト、ケプラーなどのミッションを達成しました。これは、少なくとも当初は、このミッションが選ばれるように設計されたプログラムでした。[7]
ホップを行った最初の無人ロボット宇宙船の1つは、1967年に月面への軟着陸に成功し、着陸後のホップを実施したサーベイヤー6号月着陸船でした。 [3]ホッパーミッションの可能性があるもう1つの候補は、土星の衛星エンケラドゥスです。[8]ホッパーは、さまざまな着陸地点を訪れることができることで知られています。[8]ホッパータイプの別のミッションは、ウィルタネン彗星へのホッピングミッションを研究するためにディスカバリーの準決勝に選ばれたコメットホッパーです。[9]
2012年には、ガイザーホッパーミッションが火星探査機インサイトの後に飛行する可能性があるという憶測がありました。[10]
ミッション概要
このミッションは、打ち上げ費用を除いて3億5000万ドルの費用がかかり、コスト上限は4億2500万ドル以下になると予測されている。コストを削減しリスクを最小限に抑えるために、宇宙船のコンセプトは以前の宇宙船の設計である火星フェニックス着陸船に基づいている。フェニックス着陸船は、軟着陸能力と再起動可能なロケット推進システムを組み込んだ実証済みの飛行実績があり、このミッションの要件に再利用するのに適している。[2]
宇宙船は火星の南極付近の目標着陸地点に着陸する予定である。この地点では数百キロメートルにわたって間欠泉が存在し、密度は1～2キロメートル（0.62～1.24マイル）ごとに少なくとも1つある。夏季の着陸後、着陸地点から少なくとも2回「飛び移って」間欠泉の近くに再配置し、冬季を過ごし春の最初の日光が差し込むまで待って火星の間欠泉現象を直接目撃し、破片のパターンと経路を調査する。[2]
火星の間欠泉は、地球上のいかなる地質学的現象とも異なります。これらの特徴の形状と異常なクモのような外観は、霜の反射率の違いから生物学的プロセスを含む説明まで、その起源に関するさまざまな科学的仮説を刺激してきました。しかし、現在のすべての地球物理学的モデルは、何らかの間欠泉のような活動を想定しています。[11] [12] [13] [14] [ 15 ] [16] [17] [18] [19]その特徴と形成プロセスは、まだ議論の余地があります。
CO2氷の季節的な凍結と解凍により、氷の下に蜘蛛のような溝や水路がある暗い砂丘スポットなど、いくつかの特徴が出現します。[12]蜘蛛のような放射状の水路が地面と氷の間に刻まれ、蜘蛛の巣のように見えます。その後、水路の内部に蓄積された圧力によってガスと暗い玄武岩質の砂または塵が噴出され、それが氷の表面に堆積して暗い砂丘スポットが形成されます。[11] [12] [13] [14] [15] [ 16] [17]このプロセスは急速で、数日、数週間、または数ヶ月の間に起こることが観察されており、地質学では、特に火星では珍しい成長率です。[20]
ミッションコンセプト
打ち上げから始まる主要ミッション期間は 30 か月で、8 か月の惑星間巡航と、それに続く 22 か月 (火星の 1 年) の火星表面での主要なミッションで構成されます。宇宙船は大気圏に突入し、間欠泉が形成されることで知られる南極の地域にロケット推進で軟着陸します。この着陸は、表面に氷がない極地の夏に行われます。予測される着陸楕円は 20 x 50 キロメートル (12 マイル x 31 マイル) であるため、着陸は特定の間欠泉の場所ではなく、地域を対象とします。着陸後の最初の段階では、着陸地点の特性を明らかにし、氷のない夏の期間のその地域の地表地質を理解するための科学活動が行われます。[1]
その後、探査機は科学機器を収納し、エンジンを再点火して最大2キロメートル（1.2マイル）の距離の最初のホップを行う。[2]このホップは、間欠泉地域を直接探査し、間欠泉があった場所の表面を調査できる場所に着陸機を配置するように設計されています。
再び、宇宙船は機器を収納し、エンジンを起動して、約 100 メートル (330 フィート) の距離を 2 回目のホップで飛行します。このホップで、着陸機は越冬地点に配置されます。越冬地点は、比較的標高が高く、着陸機が周囲の状況をよく見渡せる場所、既知の間欠泉の近くではあるがその場所ではない場所、予想される破片の噴煙の落下パターンの外側に選ばれます。宇宙船は、残りの日光の間にその地域の特徴を調べ、その後「越冬モード」に入ります。着陸機は、冬の間、引き続きエンジニアリング ステータス データと気象レポートを送信しますが、主要な科学活動は行いません。[1]
極地の春が到来すると、着陸機は最適な観測地点から間欠泉現象を調査する。宇宙船に搭載された自動間欠泉検出装置が周囲をスキャンするが、通常の画像は宇宙船にバッファリングされ、宇宙船が間欠泉を検出するまで画像は地球に中継されない。これにより、LIDARによる粒子運動の特性評価や赤外線分光法など、高速で高解像度の画像が撮影される。同時に、科学機器が着陸機の表面に噴出した降下粒子の化学分析を行う。[2]
春のピーク時には、1日あたり約1つの間欠泉が噴出します。同時に複数の間欠泉が検出された場合、探査機のアルゴリズムは最も近い、または「最適な」間欠泉に焦点を合わせます。着陸機は、この主要な間欠泉科学を約90日間継続します。春/夏のシーズン中に数十回の間欠泉の観測が予定されています。必要に応じて、ミッション運用を延長し、火星の1年間を通して、そして火星の2回目の夏まで観測を継続します。[2]
ホッパーのコンセプトは、ここで議論した極地間欠泉観測ミッション以外の探査ミッションにも使用できる。最初の着陸地点から科学調査地域までロケット推進で複数回ホップする能力は、火星の広範囲の地形だけでなく太陽系の他の場所でも価値があり、これまでのどのミッションよりもはるかに険しい地形を横断できる新しいタイプのローバーを実証することになる。このミッションコンセプトは、多くの惑星や衛星の探査に適用できるだろう。[2]
宇宙船
電源
間欠泉現象は長期間の完全な暗闇の後に発生し、間欠泉自体は極地の春の初め、気温が -150 °C (-238 °F) の範囲で、太陽の角度が地平線からわずか数度上にあるときに発生します。この極端な環境、間欠泉発生時の太陽の角度が低いこと、および間欠泉発生のかなり前に太陽光のない期間に探査機を設置することが望ましいという事実により、太陽電池アレイを主電源として使用するには困難な環境となっています。したがって、これは、突入/降下/着陸(EDL) 中および追加電力が短時間必要なホップ中に使用する、質量 126 kg (278 lb) のリチウムイオン電池を含む先進スターリング放射性同位元素発生装置 (ASRG) を使用する魅力的なミッションです。 [2]ただし、ASRG の開発は 2013 年に NASA によって中止されました。 [21]
推進
ホッピング推進はフェニックス着陸システムに基づいており、着陸とホッピング用に、Isp 230秒のAerojet MR-107Nスラスタ15基を備えた統合ヒドラジン モノプロペラントブローダウンシステムを使用しています。RCSは、Isp 215秒のAerojet MR-103Dスラスタ4組と、Isp 220秒のAerojet MR-102スラスタ1基です。[2]システムには191kgの推進剤が供給されます。
コミュニケーション
着陸機は巡航デッキでXバンドを介して地球と直接通信し、その後UHFアンテナを使用する。画像撮影とすべてのデータ中継は、火星探査機運用チームと調整される。 [2]
科学機器
科学機器には、間欠泉現象を観察するためのステレオカメラ（MastCam）と、土壌表面の下を掘り、ホッパーでの化学分析のために土壌サンプルを採取するためのロボットアーム（Phoenix製）が含まれています。光検出測距装置（LIDAR）、着陸カメラ、遠隔地の地質分析や気象観測用の熱分光計も含まれています。 [2]
参照
- 火星の地質
- 火星航空機
- マーズ・サイエンス・ラボラトリー（火星探査車キュリオシティ）
- フェニックス宇宙船（極地着陸機）
- トリトン ホッパー(海王星の衛星トリトンのホッパー宇宙船)
参考文献
- ^ abc Landis, Geoffrey A. ; Oleson, Steven J.; McGuire, Melissa (2012年1月9日). 「火星間欠泉ホッパーの設計研究」NASA . 2012年7月1日閲覧。
- ^ abcdefghijk Geoffrey A. Landis、Steven J. Oleson、Melissa McGuire (2012 年 1 月 9 日)。火星間欠泉ホッパーの設計研究(PDF)。第 50 回 AIAA 航空宇宙科学会議。グレン研究センター、NASA。AIAA-2012-0631。2012年 7 月 1 日閲覧。
- ^ ab 「火星探査の概念とアプローチ（2012）：ASRG火星間欠泉ホッパー」（PDF）。
- ^ 「スターリングコンバータ技術」NASA. 2014年。2012年8月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Dreier, Casey (2014年1月23日). 「ASRGプログラムの終了」. 惑星協会.
- ^ NASAの核燃料不足は将来の宇宙ミッションを危険にさらす可能性がある
- ^ランディス、ジェフリー、オルソン、スティーブン、マクガイア、 メリッサ(2012)。「火星間欠泉ホッパーの設計研究」。第 50 回 AIAA 航空宇宙科学会議、ニューホライズンズフォーラムおよび航空宇宙博覧会を含む。doi :10.2514/6.2012-631。hdl :2060/ 20120004036。ISBN 978-1-60086-936-5. S2CID 129176633。
- ^ ab BBC エンケラドゥスが地球外生命にとって最も快適な場所に
- ^ NASAゴダードが管理する彗星ホッパーミッションがさらなる研究のために選定
- ^ Dorminey, Bruce (2012年8月22日). 「NASA、火星間欠泉ホッピングに挑戦」Forbes . 2012年8月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年10月25日閲覧。
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- ^ abc Manrubia, SC; et al. (2004). 「火星のインカ市とピティUSAパテラ地域の地質学的特徴と季節的プロセスの比較分析」(PDF)。欧州宇宙機関出版物 (ESA SP ) : 545。2011-07-21にオリジナル(PDF)からアーカイブ。
- ^ ab Kieffer, HH (2000). Annual Punctuated CO2 Slab-ice and Jets on Mars (PDF) . Mars Polar Science 2000 . 2012年7月1日閲覧。
- ^ ab Kieffer, Hugh H. (2003). 固体COの挙動(PDF) . 第3回火星極地科学会議 (2003) . 2012年7月1日閲覧。
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- ^ ab Bérczi, Sz., ed. (2004). Stratigraphy of Special Layers – Transient Ones on Permeable Ones: Examples (PDF) . Lunar and Planetary Science XXXV (2004) . 2012年7月1日閲覧。
- ^ ab Kieffer, Hugh H.; Philip R. Christensen; Timothy N. Titus (2006 年 5 月 30 日). 「火星の季節的南極氷冠の半透明のスラブ氷の下で昇華により形成されたCO 2ジェット」. Nature . 442 (7104): 793–6. Bibcode :2006Natur.442..793K. doi :10.1038/nature04945. PMID 16915284. S2CID 4418194.
- ^ 「NASAの調査結果、火星の氷冠からジェットが噴出していると示唆」ジェット推進研究所. NASA. 2006年8月16日。2009年10月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年7月1日閲覧。
- ^ Hansen, CJ; et al. (2010). 「HiRISE による火星南極地域におけるガス昇華による活動の観測: I. 表面の浸食」(PDF) . Icarus . 205 (1): 283–295. Bibcode :2010Icar..205..283H. doi :10.1016/j.icarus.2009.07.021 . 2012 年7 月 1 日閲覧。
- ^ Ness, Peter K.; Greg M. Orme (2002). 「火星の蜘蛛状渓谷モデルと植物のような特徴 - 地球物理学的および生物地球物理学的起源の可能性」(PDF)。英国惑星協会誌 (JBIS)。55 : 85–108。2012年2月20日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2012年7月1日閲覧。
- ^ ASRG のキャンセルと将来の惑星探査の文脈
- この記事には、 NASA の情報源からコピーされたコンテンツが組み込まれています。
外部リンク
- NPR – 火星にある蜘蛛のような黒い物体は危険か？（多分）
