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 火星の周回軌道上にあるマーズ・オブザーバーのアーティストによるレンダリング | |
| 名前 | 火星地球科学・気候学探査機 |
|---|---|
| ミッションタイプ | 火星探査機 |
| オペレーター | NASA /ジェット推進研究所 |
| コスパーID | 1992-063A |
| SATCAT番号 | 22136 |
| Webサイト | 科学.nasa.gov |
| ミッション期間 | 330日 ミッション失敗 |
| 宇宙船の特性 | |
| バス | 火星観測バス（AS-4000-TIROS/DMSPハイブリッド） |
| メーカー | ゼネラルエレクトリック・ アストロスペース |
| 打ち上げ質量 | 1,018 kg (2,244 ポンド) |
| 力 | 1,147ワット |
| ミッション開始 | |
| 発売日 | 1992 年 9 月 25 日、17:05:01 UTC |
| ロケット | 商業用タイタンIII / TOS |
| 発射場 | ケープカナベラル LC-40 |
| 請負業者 | マーティン・マリエッタ |
| ミッション終了 | |
| 最後の連絡 | 1993年8月21日 01:00 UTC |
| 軌道パラメータ | |
| 参照システム | 等心円 |
| 半長軸 | 3,766.159 km (2,340.183 マイル) |
| 偏心 | 0.004049 |
| 傾斜 | 92.869° |
| エポック | 1993年12月6日 予定 |
| 火星 フライバイ（投入失敗） | |
| 最接近 | 1993年8月24日 |
火星観測衛星（火星地球科学/気候学探査機とも呼ばれる）は、火星の表面、大気、気候、磁場を調査するために1992年9月25日にNASAによって打ち上げられたロボット 宇宙探査機である。1993年8月21日、惑星間巡航段階中、探査機の軌道投入の3日前に探査機との通信が途絶えた。探査機との通信を再確立する試みは失敗した。
ミッションの背景
歴史
1984年、太陽系探査委員会は火星への高優先度ミッションを設定した。当時は火星地質科学/気候学探査機と名付けられたこの火星探査機は、バイキング計画ですでに収集されていた情報を拡張するものとして計画された。予備的なミッション目標は、探査機が惑星の磁場データ、表面の鉱物の特定のスペクトル線シグネチャの検出、1メートル/ピクセルでの表面画像、および地球の標高データを提供することだった。[1]
マーズ・オブザーバーは、当初1990年にスペースシャトル・オービターで打ち上げられる予定だった。宇宙船が一定の制約を満たすように設計されれば、使い捨てロケットが使用される可能性も示唆された。[1] 1987年3月12日、スペースシャトル・チャレンジャー号の事故後、他の遅れたミッション（ガリレオ、マゼラン、ユリシーズ）の代わりに、1992年に打ち上げられるようにミッションのスケジュールが変更された。[2]打ち上げの遅れに加え、予算超過により、1992年の打ち上げ予定に間に合わせるために2つの機器を削除する必要があった。[3] [4]開発が成熟するにつれて、主要な科学目標は次のように確定した。[3] [5] [6]
- 表面物質の全体的な元素および鉱物学的特性を決定します。
- 地形と重力場をグローバルに定義します。
- 火星の磁場の性質を明らかにする。
- 季節サイクルにおける揮発性物質と塵埃の時間的および空間的分布、存在量、発生源、およびシンクを決定します。
- 大気の構造と循環を調べます。
このプログラムの総費用は8億1300万ドルと見積もられている。[7]
宇宙船の設計
火星観測衛星の質量は1,018キログラム（2,244ポンド）でした。バスの高さは1.1メートル、幅は2.2メートル、奥行きは1.6メートルでした。この宇宙船は以前の衛星設計に基づいており、もともと地球を周回することを目的として開発されました。RCA AS-4000 Kuバンド衛星設計は、宇宙船バス、推進装置、熱保護装置、太陽電池アレイに広く使用されました。RCA TIROSおよびDMSP Block 50-2衛星設計は、姿勢制御システム（AACS）、コマンドおよびデータ処理サブシステム、および電源サブシステムを火星観測衛星に実装する際にも使用されました。二元推進剤コンポーネントや高利得アンテナなどの他の要素は、このミッションのために特別に設計されました。[8] [7] [9]
姿勢制御と推進
- 宇宙船は、 4 つのリアクション ホイールと 1,346 kg の推進剤を備えた 24 個のスラスタで3 軸安定化されていました。推進システムは、大規模な操作用の高推力モノメチル ヒドラジン/四酸化二窒素二元推進剤システムと、ミッション中の小さな軌道修正用の低推力ヒドラジン一元推進剤システムでした。二元推進剤スラスタのうち、船尾にある 4 つは、コース修正、火星軌道投入操作中の宇宙船の制御、およびミッション中の大きな軌道修正用に 490ニュートンの推力を提供します。宇宙船の側面に沿って配置された別の 4 つは、ロール操作を制御するために 22 ニュートンを提供します。ヒドラジン スラスタのうち、8 つは軌道トリム操作を制御するために 4.5 ニュートンを提供し、別の 8 つはリアクション ホイールをオフセット、つまり「脱飽和」するために 0.9 ニュートンを提供します。宇宙船の向きを決定するために、地平線センサー、6スリットスタースキャナー、および5つの太陽センサーが搭載されていました。[8] [9]
コミュニケーション
- 通信用には、宇宙船には2軸ジンバル式の1.5メートルのパラボラ高利得アンテナが搭載されており、6メートルのブームに取り付けられ、2つのGFP NASA Xバンドトランスポンダ（NXT）と2つのGFPコマンド検出器ユニット（CDU）を使用してXバンドを介してディープスペースネットワークと通信します。6つの低利得アンテナのアセンブリと1つの中利得アンテナも含まれており、高利得アンテナが格納されている巡航フェーズ中、および高利得アンテナを介した通信が制限された場合の緊急対策として使用されます。ディープスペースネットワークへのブロードキャストでは、最大10.66キロバイト/秒を達成でき、宇宙船は最大62.5バイト/秒の帯域幅でコマンドを受信できました。[5] [8] [7] [9]
力
- 宇宙船への電力は、幅7.0メートル、高さ3.7メートルの6枚のパネルからなる太陽電池パネルから供給され、軌道上では平均1,147ワットを供給する。太陽から遮られている間に宇宙船に電力を供給するために、2つの42Ahニッケルカドミウム電池が搭載されており、太陽電池パネルが日光を受けると電池が充電される。[5] [8] [7] [9]
コンピューター
- 宇宙船の計算システムは、TIROS 衛星と DMSP 衛星で使用されていたシステムを改良したものである。半自律型システムは、64 キロバイトのランダム アクセス メモリに最大 2,000 個のコマンドを保存し、最大 12.5 コマンド/秒の速度で実行することができ、コマンドは最大 60 日間宇宙船の自律操作に十分なものであった。データを記録するために、冗長デジタル テープ レコーダー (DTR) が組み込まれ、それぞれ最大 187.5 メガバイトを保存でき、後でディープ スペース ネットワークで再生できる。[8]
科学機器
[5] [7]
宇宙船の画像
-
火星観測衛星のラベル付き図。 -
ペイロード危険物サービス施設内の火星観測者。 -
火星探査機「マーズ・オブザーバー」を組み立てる技術者。 -
クリーンルーム内の火星観測装置。
ミッションプロフィール
打ち上げと軌道
マーズ・オブザーバーは、1992年9月25日17時5分1秒（UTC）、アメリカ航空宇宙局によってフロリダ州ケープカナベラル空軍基地のスペース・ローンチ・コンプレックス40から、商業用タイタンIII CT-4ロケットに搭載されて打ち上げられた。固体燃料のトランスファー軌道ステージによって 宇宙船が11か月間の火星移行軌道に乗せられ、火星に対する最終速度が5.28km/sになった後、完全燃焼シーケンスは34分間続いた。 [9]
1992年8月25日、宇宙船内に微粒子汚染が発見された。徹底的な検査の結果、清掃が必要であると判断され、8月29日に実施された。汚染の原因は、8月24日にフロリダ沿岸を襲ったハリケーン・アンドリューの上陸前に宇宙船を保護するために講じられた措置であると疑われた。 [9] [18] [19]
-
打ち上げ構成における Mars Observer の図。 -
火星観測宇宙船を打ち上げるタイタンIII号。 -
火星探査機「マーズ・オブザーバー」の惑星間軌道の図。
火星との遭遇
マーズ・オブザーバーは1993年8月24日に軌道投入操作を行う予定だったが、1993年8月21日に探査機との連絡が途絶えた。探査機が故障した原因として考えられるのは、不適切に設計されたPTFEチェックバルブから燃料と酸化剤の蒸気が共通加圧システムに漏れたことである。惑星間巡航中、蒸気混合物が供給ラインと加圧ラインに蓄積し、定期的な進路修正のためにエンジンが再起動された後に爆発してラインが破裂した。同様の問題が2010年にあかつき宇宙探査機にも発生している。主要目的はいずれも達成されなかったが、このミッションでは最後の連絡日までに収集された惑星間巡航段階のデータが得られている。このデータはその後の火星探査に役立つものとなる。もともとマーズ・オブザーバーのために開発された科学機器は、ミッションの目的を達成するために、1996年に打ち上げられたマーズ・グローバル・サーベイヤー、 1998年に打ち上げられたマーズ・クライメート・オービター、 2001年に打ち上げられた2001マーズ・オデッセイ、そして2005年に打ち上げられたマーズ・リコネッサンス・オービターの4機のその後の宇宙船に搭載されました。[20]
意図された操作
マーズ・オブザーバーに搭載されたさまざまな機器により、火星に関する大量の情報が提供されたはずです。
1993年8月24日、マーズ・オブザーバーは180度方向転換し、二元推進剤スラスタを点火して宇宙船を減速させ、高度に楕円形の軌道に入った。その後3か月間、宇宙船が近点に到達すると、その後の「低軌道への移行」（TLO）操作が実行され、最終的に火星の周りを118分でほぼ円形の軌道で周回することになった。[21]
主なミッションは1993年11月23日に開始され、火星の1年（地球の約687日）にわたってデータを収集することになっていた。最初の地球地図は12月16日に完成する予定で、その後12月20日から19日間続く太陽合が1994年1月3日に終了する予定だった。この間、無線連絡が不可能なため、ミッションの運用は中断される予定だった。[21]
火星を約 3.4 km/s の速度で周回する探査機は、北から南への極軌道で火星を周回する。探査機が火星を周回する際、地平線センサーが探査機の方向を示し、リアクションホイールが機器の方向を火星に向ける。選ばれた軌道は太陽同期軌道でもあり、火星の日照側を火星の太陽の日の午後中頃に常に撮影できる。探査機から地球が見えるときに一部の機器がリアルタイムのデータリンクを提供できる一方で、データはデジタルテープレコーダーに記録され、毎日地球に再生される。主要ミッションでは 75 ギガバイトを超える科学データが得られると予想されており、これはこれまでの火星ミッションをはるかに上回る量である。探査機の運用寿命の終わりは、燃料の供給とバッテリーの状態によって制限されると予想された。[21]
通信障害
調査官は、パイロバルブ5と6が開いたときに、酸化剤がチェックバルブから漏れて燃料と混ざったと考えています。
1993年8月21日、火星周回 軌道投入予定日の3日前のUTC午前1時、マーズ・オブザーバーとの交信が「不可解に」途絶えた。[22]宇宙船がコースを外れて再び交信できることを期待して、20分ごとに新しいコマンドが送信された。しかし、この試みは失敗に終わった。[22]宇宙船が自動プログラミングに従って火星周回軌道に入ることができたのか、それとも火星を通り過ぎて現在は太陽中心軌道にいるのかは不明である。
1994年1月4日、海軍研究所の独立調査委員会は、通信途絶の原因として最も可能性が高いのは宇宙船の推進システムにある燃料加圧タンクの破裂であるとの調査結果を発表した。[23]火星への巡航中にハイパーゴリック燃料がシステムのバルブから漏れ、燃料と酸化剤が燃焼室に到達する前に混合してしまったと考えられている。漏れた燃料とガスによっておそらく回転速度が上昇し、宇宙船は「緊急モード」に入った。これにより保存されたコマンドシーケンスが中断され、送信機がオンにならなかった。[23]このエンジンは地球周回衛星のエンジンを改造したもので、点火前に何ヶ月も休止状態になるようには設計されていなかった。[要出典]
余波
火星探査プログラムは、 1993年9月の火星探査機「マーズ・オブザーバー」の失敗を受けて正式に結成されました。[24]このプログラムの目標には、水の位置を特定し、火星への有人ミッションの準備などが含まれています。[24]
参照
参考文献
- ^ ab Jonathon Eberhart (1986). 「NASA、1990年の火星再探査に向けてセンサーを設置」。サイエンスニュース。239 (21). Society for Science & the Public: 330. doi : 10.2307/3970693. JSTOR 3970693.
- ^ M. Mitchell Waldrop (1987). 「企業がNASAにロケット購入を申し出る」. Science . 235 (4796).アメリカ科学振興協会: 1568. Bibcode :1987Sci...235.1568W. doi :10.1126/science.235.4796.1568a. JSTOR 1698285. PMID 17795582.
- ^ ab 「赤い惑星への帰還：火星観測ミッション」（プレスリリース）。ジェット推進研究所。1993年8月1日。hdl :2014/27541。
- ^ ジョナサン・エバーハート (1988)。「発見の行為：再び旅に出る」。サイエンスニュース。134 (15)。科学と公衆のための協会：231。doi : 10.2307/3973010。JSTOR 3973010 。
- ^ abcd Mark Wade. 「Mars Observer」. Encyclopedia Astronautica . 2010年12月23日閲覧。
- ^ abcdefgh Arden L. Albee (1988). 「火星サンプルリターン科学ワークショップ」月惑星研究所。月惑星研究所: 25–29。Bibcode :1988msrs.work...25A。
- ^ abcde 「火星の観測者」。nssdc.gsfc.nasa.gov。NASA 。2010 年12 月 23 日に取得。
- ^ abcde 「MARS OBSERVER: PHASE 0 SAFETY REVIEW DATA PACKAGE」（プレスリリース）。RCA Astro-Electronics。1986 年 11 月 17 日。hdl :2060/19870011586。
- ^ abcdef 「MARS OBSERVER PRESS KIT」（プレスリリース）。NASA 。 1992年9月。2004年2月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年3月21日閲覧。
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- ^ 「火星観測レーザー高度計（MOLA）」nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . 2011年2月19日閲覧。
- ^ 「Thermal Emission Spectrometer (TES)」. nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . 2011年2月19日閲覧。
- ^ 「圧力変調赤外線放射計（PMIRR）」nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . 2011年2月19日閲覧。
- ^ 「ガンマ線分光計 (GRS)」. nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . 2011年2月19日閲覧。
- ^ 「磁力計と電子反射計（MAG/ER）」。nssdc.gsfc.nasa.gov。NASA。2011年2月19日閲覧。
- ^ 「Radio Science (RS)」nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . 2011年2月19日閲覧。
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- ^ ジョン・ノーブル・ウィルフォード (1992年8月28日)。「事故により火星へのミッションが遅れる」ニューヨーク・タイムズ。 2008年6月21日閲覧。
- ^ ジョン・ノーブル・ウィルフォード (1992年9月26日)。「米国、火星旅行のために宇宙船を打ち上げる」ニューヨーク・タイムズ。 2008年6月21日閲覧。
- ^ Troy Brownfield (2018年8月21日). 「5,000ポンドの宇宙船が不可解に消えたとき」サタデー・イブニング・ポスト. 2021年3月3日閲覧。
- ^ abc 「Mars Observer: Mars Orbit Insertion Press Kit」（プレスリリース）NASA 1993年8月。2004年2月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年3月21日閲覧。
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- ^ abc 「NASA Mars Observer Failure Board Press Release」（本文）（プレスリリース）。1994年1月4日。
- ^ ドナ・シャーリー著 。「火星探査プログラム戦略：1995～2020」（PDF）。アメリカ航空宇宙学会。 2013年5月11日時点のオリジナル（PDF）よりアーカイブ。 2012年10月18日閲覧。
外部リンク
- 火星探査機「マーズ・オブザーバー」打ち上げプレスキット 2016年3月4日アーカイブ、Wayback Machineにて
- NASA太陽系探査による火星観測ミッションのプロフィール
- NSSDC マスターカタログの火星観測者
- マリン・スペース・サイエンス・システムズの火星観測機の紛失。2010年3月27日、ウェイバック・マシンにアーカイブ
- NASA – 火星観測者