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 1996年10月、JPLのパスファインダーとソジャーナが打ち上げ位置に「折り畳まれている」ところ。[1] | |
| ミッションタイプ | 着陸機 ・ローバー |
|---|---|
| オペレーター | NASA · ジェット推進研究所 |
| コスパーID | 1996-068A |
| SATCAT番号 | 24667 |
| Webサイト | mars.nasa.gov/MPF/ |
| ミッション期間 | 85日間 開始から最後の連絡まで：9か月23日 |
| 宇宙船の特性 | |
| 打ち上げ質量 | 890 kg（推進剤を含む）[2] |
| 力 | パスファインダー: 35 W ソジャーナー: 13 W |
| ミッション開始 | |
| 発売日 | 1996年12月4日06:58:07 UTC |
| ロケット | デルタ II 7925 (#D240) |
| 発射場 | ケープカナベラル SLC-17 |
| 請負業者 | なし[3] |
| ミッション終了 | |
| 最後の連絡 | 1997年9月27日10:23 UTC |
| 火星着陸船 | |
| 着陸日 | 1997年7月4日16:56:55 UTC MSD 43905 04:41 AMT |
| 着陸地点 | アレス渓谷、クリュセ平原、火星 北緯19度7分48秒 西経33度13分12秒 / 北緯19.13000度 西経33.22000度 / 19.13000; -33.22000 (ソジャーナー探査車 (マーズ・パスファインダー)) |
| トランスポンダー | |
| バンド | 高利得アンテナを備えたXバンド |
| 帯域幅 | 70m深宇宙ネットワークへの6kb/s 、地上コマンドへの250b/s [2] |
 火星探査機パスファインダーの公式記念品。 | |
マーズ・パスファインダー[1]は、 1997年に火星に移動探査機を搭載したベースステーションを着陸させたアメリカのロボット宇宙船です。カール・セーガン記念ステーションと改名された着陸機と、重量10.6kg（23ポンド）の軽量な車輪付きロボット火星探査車ソージャーナ[4]で構成、地球-月系外で運用された最初の探査車です。
1996年12月4日、NASAのデルタIIブースターでマーズ・グローバル・サーベイヤーの1か月後に打ち上げられ、1997年7月4日、火星のアレス峡谷のオキシア・パルス四分円内のクリセ平原と呼ばれる地域に着陸した。着陸船はその後開いて、火星表面で多くの実験を行った探査車が露出した。このミッションでは、火星の大気、気候、地質、岩石や土壌の組成を分析するための一連の科学機器が搭載された。これは、当時の長官ダニエル・ゴールディンが推進した「より安く、より速く、より良い」というモットーの下、低コストの宇宙船の使用と頻繁な打ち上げを推進するNASAのディスカバリー計画からの2番目のプロジェクトであった。このミッションは、 NASAの火星探査計画を担当するカリフォルニア工科大学の一部門であるジェット推進研究所（JPL）によって指揮された。プロジェクトマネージャーはJPLのトニー・スピア氏でした。
このミッションは、探査車を含む一連の火星探査ミッションの最初のものであり、1976年に2機のバイキングが火星に着陸して以来、初めて成功した着陸機であった。ソ連は1970年代にルノホート計画の一環として探査車を月に送ることに成功したが、火星計画で探査車を使用する試みは失敗した。
科学的目的に加えて、マーズ・パスファインダーのミッションは、エアバッグによる着陸や自動障害物回避など、後に火星探査ローバーのミッションで活用されるさまざまな技術の「概念実証」でもありました。マーズ・パスファインダーは、火星への他のロボット宇宙ミッションに比べてコストが非常に低いことでも注目に値します。当初、このミッションは火星環境調査(MESUR) プログラムの最初のものとして考えられていました。[5]
ミッションの目的
- 「より速く、より良く、より安価な」宇宙船の開発が可能であることを証明すること（開発に3年、着陸船に1億5000万ドル以下、探査車に2500万ドルの費用[6]）。
- 単純なシステムとバイキング計画の15分の1のコストで、大量の科学機器を別の惑星に送ることが可能であることを示すこと。（比較のために、バイキング計画のコストは1974年には9億3500万ドル[7]、1997年のドル換算では35億ドルでした。）
- 打ち上げロケットとミッション運用を含めた総費用2億8000万ドルでミッションを完了することにより、低コストの惑星探査に対するNASAの取り組みを示す。
科学実験
マーズ・パスファインダーは、3つの科学機器を使用して火星の土壌のさまざまな調査を実施しました。着陸機には、Imager for Mars Pathfinder (IMP) と呼ばれる伸縮ポールに取り付けられた空間フィルター付きの立体カメラと[8] [9] 、および気圧、気温、風に関するデータを収集する火星気象ステーションとして機能する大気構造機器/気象パッケージ (ASI/MET) [10]が搭載されていました。MET構造には、ポールの3つの高さに取り付けられた3つの吹流しが含まれており、最上部は約1メートル (3.3フィート) にあり、通常は西からの風を記録していました。[11]
ソジャーナ探査車にはアルファ陽子X線分光計（APXS）[12]が搭載されており、岩石や土壌の成分を分析するために使用されました。また、白黒カメラ2台とカラーカメラ1台も搭載されていました。これらの機器は、火星表面の数ミリメートルから数百メートルまでの地質、岩石や表面の地球化学と進化の歴史、土地の磁気的および機械的特性、さらには塵や大気の磁気的特性、惑星の 自転と軌道のダイナミクスを調査することができました。
この探査車には 3 台のCCDカメラが搭載されていました。これらはすべてイーストマン コダック社製で、探査車の CPU によって制御されていました。2 台の前面モノクロ カメラはナビゲーションに使用され、立体的な危険検出用に 5 台のレーザー ストライプ プロジェクターと連動していました。これらの前面カメラの解像度は垂直 484 ピクセル、水平 768 ピクセルで、 0.65 m (26 インチ) の範囲で 0.6 cm (0.24 インチ) ほどの細かい部分も識別できる光学解像度でした。これらのカメラからの画像は、ブロック トランケーション コーディング(BTC) アルゴリズムを使用して圧縮できました。
3台目のカメラはAPXSの近くの後方に設置され、カラー画像撮影に使用された。このカメラはフロントカメラと同じ解像度を持っていたが、APXSのターゲットエリアとローバーの軌跡の両方を撮影するために90度回転した。このリアカメラは、特定の色感度を持つ4x4ピクセルブロックを備えていた。緑用に12ピクセル、赤用に2ピクセル、赤外線用に2ピクセルである。すべてのカメラは、 500nm未満の光波長を遮断するセレン化亜鉛製のレンズを採用していたため、青/赤外線ピクセルは赤外線のみを効果的に検出した。各カメラには自動露出機能と不良ピクセル処理機能があった。露出時間や圧縮設定などの画像パラメータは、送信される画像ヘッダーに含まれていた。リアカメラでBTC圧縮を使用する場合は、色情報を破棄する必要がある。[13]
パスファインダー着陸船
IMPには地表や大気の現象を記録するためのフィルターが搭載されていた。2つのカメラ、つまり目があり、立体画像が撮影できたが、フィルターはそれぞれ微妙に異なっていた。[16] [17] [18]
ASI/METは、突入時と降下時、そして地上での気温、気圧、風のデータを記録した。[16]また、センサー操作とデータ記録用の電子機器も搭載されていた。[16]
ソジャーナーローバー
着陸地点
着陸地点は火星の北半球にある「アレス・ヴァリス」（古代ローマの神マルスに相当する古代ギリシャの「アレスの谷」）と呼ばれる古代の氾濫原で、火星で最も岩の多い場所の1つである。科学者たちがこの場所を選んだのは、そこが比較的安全な着陸地であること、また壊滅的な洪水の際に堆積した多種多様な岩石を含んでいることがわかったためである。着陸は19°08′N 33°13′W / 19.13°N 33.22°W / 19.13; -33.22で成功し[20]、着陸機は天文学者のカール・セーガンに敬意を表して「カール・セーガン記念ステーション」と名付けられた[21]。 （地球外記念碑の一覧も参照）
進入、降下、着陸
マーズ・パスファインダーは、突入カプセル、超音速パラシュート、固体ロケット、そして衝撃を緩和する大型エアバッグからなる革新的なシステムを使用して火星の大気圏に突入し、着陸した。
マーズ・パスファインダーは、オリジナルのバイキング火星着陸船の設計から派生した大気圏突入エアロシェル（カプセル）を使用して、6.1 km/s（14,000 mph）の双曲線軌道から逆方向に火星の大気圏に直接突入しました。エアロシェルは、バックシェルと特別に設計されたアブレーションヒートシールドで構成されており、370 m/s（830 mph）まで減速すると、超音速ディスクギャップバンドパラシュートが膨張し、火星の薄い大気中での降下速度を68 m/s（150 mph）まで減速しました。着陸船のオンボードコンピューターは、冗長化されたオンボード加速度計を使用してパラシュート膨張のタイミングを決定しました。20秒後、ヒートシールドが花火で放出されました。さらに20秒後、着陸船はバックシェルから分離され、20 m（66フィート）のブライドルで降ろされました。着陸機が地表から1.6km（5,200フィート）の高さに到達したとき、搭載されたコンピュータはレーダーを使用して高度と降下速度を測定した。この情報は、その後の着陸の正確なタイミングを決定するためにコンピュータによって使用された。[22]
着陸船が地上355メートル（1,165フィート）に達すると、3つのガス発生器を使用してエアバッグが1秒未満で膨らんだ。[23]エアバッグは、四面体の着陸船を取り囲む4つの相互接続された多層ベクトランバッグでできていた。これらは、28メートル/秒（63マイル/時）の斜入射衝撃に耐えられるように設計およびテストされた。しかし、エアバッグは最大約15メートル/秒（34マイル/時）の垂直衝撃に耐えられるように設計されていたため、3つの固体逆噴射ロケットが着陸船の上部のバックシェルに取り付けられた。[24]これらは地上98メートル（322フィート）で発射された。着陸船のオンボードコンピューターは、ロケットを発射してブライドルを切断する最適な時間を推定し、地上15〜25メートル（49〜82フィート）で着陸船の速度がほぼゼロになるようにした。 2.3秒後、ロケットはまだ発射を続けていたが、着陸機は地上約21.5メートル（71フィート）の高さでブライドルを切断し、地面に落下した。ロケットはバックシェルとパラシュートとともに上昇していった（その後、軌道画像で確認されている）。着陸機は14メートル/秒（31マイル/時）で衝突し、減速はわずか18Gに抑えられた。最初のバウンドは15.7メートル（52フィート）の高さで、着陸機はさらに少なくとも15回バウンドし続けた（加速度計のデータ記録はすべてのバウンドを通じて継続されたわけではない）。[25]
突入、降下、着陸の全プロセスは4分で完了しました。
着陸機が停止すると、エアバッグが収縮し、着陸機の「花びら」に取り付けられた4つのウインチを使用して着陸機に向かって引き込まれました。着陸機は、最初のどの方向からでも自動的に回復するように設計されていたため、偶然にもベース花びらの上に正しい向きで転がりました。着陸から87分後、花びらが展開され、内側に取り付けられたソジャーナローバーとソーラーパネルが取り付けられました。[26]
着陸機は、1997 年 7 月 4 日の夜、火星現地太陽時 2:56:55 (UTC 16:56:55) に到着しました。着陸機は、最初のデジタル信号と画像を地球に送信するために日の出まで待たなければなりませんでした。着陸地点は、北緯 19.30 度、西経 33.52 度のアレス峡谷にあり、幅 200 km (120 マイル) の着陸地点楕円の中心から南西にわずか 19 km (12 マイル) の場所でした。着陸機が火星に滞在した最初の太陽日であるソル1 の間に、着陸機は写真を撮影し、気象測定を行いました。データを受信すると、エンジニアはエアバッグのうち 1 つが完全に収縮しておらず、ソジャーナの降下ランプの今後の横断に問題が生じる可能性があることに気付きました。この問題を解決するために、着陸機にコマンドを送り、着陸機の花びらの1つを上げ、エアバッグを平らにするために追加の引き込みを実行させた。この手順は成功し、ソル2にソジャーナは解放され、立ち上がって2つの傾斜路のうちの1つを後退した。[26]
ローバーの運用
ソジャーナー展開
ソジャーナ探査車は、1997 年 7 月 4 日の着陸後、第 2 ソルに着陸機から出発しました。次のソルが進むにつれて、探査車はいくつかの岩石に近づきました。科学者はこれらの岩石を、有名な漫画のキャラクターにちなんで「バーナクル ビル」、「ヨギ」、「スクービー ドゥー」と名付けました。探査車はこれらの岩石と火星の土壌に含まれる元素を測定し、着陸機は気候観測に加えて ソジャーナと周囲の地形の写真を撮影しました。
ソジャーナは6輪で、全長65cm（26インチ）、幅48cm（19インチ）、高さ30cm（12インチ）、重量10.5kg（23ポンド）の乗り物である。[27]最高速度は1cm/s（0.39インチ/s）に達した。ソジャーナは合計約100m（330フィート）移動したが、パスファインダー基地から12m（39フィート）以上離れたことはなかった。83ソルの運用期間中、550枚の写真を地球に送信し、着陸機付近の16か所の化学的性質を分析した。（宇宙探査ローバーも参照）
ソジャーナー'岩石分析
岩石の最初の分析は、ソル 3 のバーナクル ビルで開始されました。アルファ粒子 X 線分光計(APXS) を使用して組成を判定しましたが、分光計がサンプルを完全にスキャンするのに 10 時間かかりました。その結果、岩石または土壌の質量のわずか 0.1 パーセントを占める 水素以外のすべての元素が見つかりました。
APXS は、岩石や土壌サンプルにアルファ粒子(陽子2 個と中性子2個からなるヘリウム 原子核) を照射することで機能します。その結果、「バーナクル ビル」は地球の安山岩によく似ていることが示され、過去の火山活動が確認されました。安山岩の発見は、火星の岩石の一部が再溶融され、再処理されたことを示しています。地球では、マグマが岩のポケットに留まり、鉄とマグネシウムの一部が沈殿すると、安山岩が形成されます。その結果、最終的な岩石には鉄とマグネシウムが少なくなり、シリカが多くなります。火山岩は通常、アルカリ (Na 2 O と K 2 O) の相対量とシリカ (SiO 2 )の量を比較して分類されます。安山岩は、火星から来た隕石で見つかった岩石とは異なります。[28] [29] [30]
APXS を使用したヨギ岩の再度の分析により、それがバーナクル ビルよりも原始的な玄武岩であることが判明しました。ヨギの形状と質感から、おそらく洪水によってそこに堆積したと考えられます。
モーと名付けられた別の岩石の表面には、風による浸食を示す特定の痕跡が見つかりました。分析された岩石のほとんどが、高濃度のケイ素を含んでいました。ロックガーデンとして知られる別の地域では、ソジャーナーは三日月形の砂丘に遭遇しました。これは地球の三日月形の砂丘に似ています。
ミッションの最終結果がサイエンス誌（1997年12月5日）の一連の記事で説明された時点では、ヨギ岩には塵の層があるものの、バーナクル・ビル岩に似ていると考えられていた。計算によると、この2つの岩には主に斜方輝石（マグネシウム鉄ケイ酸塩）、長石（カリウム、ナトリウム、カルシウムのアルミニウムケイ酸塩）、石英（二酸化ケイ素）の鉱物が含まれており、磁鉄鉱、イルメナイト、硫化鉄、リン酸カルシウムが少量含まれている。[28] [29] [30]
オンボードコンピューター
ソジャーナ探査機に搭載された組み込みコンピュータは、2MHz [ 31 ] Intel 80C85 CPU、 512KB のRAM、176KBのフラッシュメモリソリッドステートストレージを搭載し、巡回実行プログラムを実行していました。[32]
パスファインダー着陸船のコンピュータは、 128MBのRAMと6MBのEEPROMを搭載した放射線耐性IBM RISC 6000シングルチップ（Rad6000 SC）CPUであり[33] [34]、オペレーティングシステムはVxWorksであった。[35]
このミッションは着陸船の同時発生ソフトウェアバグによって危険にさらされた。 [36]このバグは飛行前テストで発見されていたが、予期せぬ高負荷状態でのみ発生するため不具合とみなされ、優先度は低く、突入および着陸コードの検証に重点が置かれた。この問題は、飛行ソフトウェアで有効化されていたログ機能とデバッグ機能により、実験室の複製を使用して地球から再現、修正されたが、優先度の逆転によるコンピュータのリセットが原因であった。コンピュータのリセット後、科学的または工学的データは失われなかったが、その後のすべての操作は翌日まで中断された。 [37] [38]ミッション中に4回のリセットが発生し（7月5日、10日、11日、14日）、[39]その後、7月21日にソフトウェアにパッチを適用して優先度の継承を有効にした。[40]
結果パスファインダー
着陸機は16,500枚の写真を含む23億ビット（287.5メガバイト）以上の情報を送信し、気圧、気温、風速を850万回測定した。[41]
太陽から異なる距離にある空の画像を複数撮影することで、科学者たちはピンク色のもやの中の粒子の大きさが半径約1マイクロメートルであると判断することができた。一部の土壌の色は、過去にはより温暖で湿潤な気候であったという理論を裏付けるオキシ水酸化鉄相の色に似ていた。[42] パスファインダーは、塵の磁性成分を調べるために一連の磁石を積んでいた。最終的に、1つを除くすべての磁石に塵のコーティングができた。最も弱い磁石は土を引き付けなかったため、空中の塵には純粋な磁鉄鉱や、1種類のマグヘマイトだけが含まれているわけではないと結論付けられた。塵はおそらく、酸化鉄（Fe 2 O 3）で固められた集合体だったと思われる。 [43]火星探査機スピリットは、はるかに高度な機器を使用して、火星の塵と土壌の磁性を磁鉄鉱が説明できることを発見した。磁鉄鉱は土壌で発見され、土壌の最も磁性のある部分は暗かった。磁鉄鉱は非常に暗い。[44]
科学者たちはドップラー追跡と双方向測距を用いて、バイキング着陸船による以前の測定結果を加え、極慣性モーメントの非静水力学的成分はタルシス隆起によるものであり、内部は溶融していないことを明らかにした。中心金属核の半径は1,300～2,000 km（810～1,240マイル）である。[28]
ミッション終了
ミッションは1週間から1か月の予定だったが、ローバーはほぼ3か月間正常に動作した。1997年10月7日以降、通信が途絶え[45]、パスファインダーから最後のデータ送信が受信されたのは1997年9月27日10:23 UTCだった。ミッション管理者はその後5か月間、完全な通信の回復を試みたものの、ミッションは1998年3月10日に終了した。延長された運用中、周囲の地形の高解像度ステレオパノラマが作成され、ソジャーナローバーは遠くの尾根を訪問する予定だったが、パノラマは約3分の1しか完成しておらず、通信が途絶えた時点で尾根訪問はまだ始まっていなかった[45] 。
1か月間動作するように設計された搭載バッテリーは、充電と放電を繰り返した結果、故障した可能性がある。バッテリーは、火星の夜間の予想気温よりわずかに高い温度まで探査機の電子機器を加熱するために使用されていた。バッテリーの故障により、通常よりも低い気温で重要な部品が破損し、通信が途絶えた可能性がある。[45] [46] ミッションは最初の1か月で目標を達成した。
火星探査機「マーズ・リコネッサンス・オービター」は2007年1月にパスファインダー着陸機を発見した（写真参照）。 [47] [48]
ローバーの命名
火星探査車「ソジャーナー」という名前が選ばれたのは、コネチカット州ブリッジポートの 12 歳のヴァレリー・アンブロワーズが、1 年間にわたる世界規模のコンテストで優勝したときでした。このコンテストでは、18 歳までの学生がヒロインを選び、彼女の歴史的功績についてエッセイを提出しました。学生たちは、エッセイの中で、ヒロインにちなんで名付けられた惑星探査車が、これらの功績を火星の環境にどう反映させるかについて述べるよう求められました。
このコンテストは、1994年3月にカリフォルニア州パサデナの惑星協会がNASAジェット推進研究所（JPL）と協力して開始し、全米理科教師協会の雑誌「科学と子供」の1995年1月号で告知され、全国の2万人の教師と学校に配布されました。[49]
アンブロワーズさんの優勝作文は、探査車に19世紀の女性権利活動家ソジャーナ・トゥルースにちなんで命名することを提案したもので、3,500編の作文の中から選ばれた。準優勝はメリーランド州ロックビルのディープティ・ロハトギさん（18歳）で、科学者マリー・キュリーを提案した。準優勝はテキサス州ラウンドロックのアダム・シーディさん（15歳）で、 1986年のスペースシャトルチャレンジャー号爆発事故で亡くなった故宇宙飛行士ジュディス・レズニックにちなんで名付けた。他の人気があった候補には、探検家でガイドのサカジェウィアや飛行士アメリア・イアハートなどがあった。[50]
栄誉
- 1997年、ソジャーナチームはJPL技術優秀賞を受賞した。
- 1997年10月21日、ユタ州ソルトレイクシティで開催されたアメリカ地質学会の年次総会で、ソジャーナーは同学会の惑星地質学部門の名誉会員に選出された[51]。
- 2003年、ソジャーナーはロボットの殿堂入りを果たした。
大衆文化では
- テレビシリーズ『スタートレック:エンタープライズ』のオープニングタイトルシーケンスには、火星の地表にいるソジャーナの映像が、人類の航空および宇宙飛行の進化を表すさまざまな他の画像と混ざり合って登場します。
- 2000年の映画『レッドプラネット』では、火星に取り残された宇宙飛行士たちが、パスファインダーの部品を使って間に合わせの無線機を作り、それを使って宇宙船と通信します。
- アンディ・ウィアーの2011年の小説『オデッセイ』と、その2015年の映画化作品では、火星に一人取り残された主人公のマーク・ワトニーが、はるか昔に廃止されたパスファインダー基地（小説では「ツイン・ピークス」がランドマークとして登場）を訪れ、地球との通信を試みるために基地に戻る。[52]
ソジャーナーの文脈における位置
(表示•議論)
火星の地球全体の地形をインタラクティブな画像マップに重ねて表示し、火星探査車と着陸機の位置を示します。ベースマップの色は火星表面の相対的な標高を示します。
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（参照：火星地図、火星記念碑リスト）
参照
- 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
- 火星へのミッションのリスト
- 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
- 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
- 火星 2020 – NASA による宇宙生物学火星探査ミッション
- 火星探査車に搭載された組み込みコンピュータシステムの比較
注記
- ^ ab ネルソン、ジョン。「マーズ・パスファインダー/ソジャーナー・ローバー」。NASA。2014年2月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年2月2日閲覧。
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- ^ Conway, Erik (2015). 「ディスカバリー計画: 火星探査機パスファインダー」ジェット推進研究所. 2015年1月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年6月10日閲覧。
- ^ “Mars Pathfinder”. NASA . 2011年11月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年6月10日閲覧。
- ^ ソーヤー、キャシー（1993年11月13日）。「宇宙機関はいずれにせよ火星へ向かう」ワシントンポスト。2023年3月6日閲覧。
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参考文献
- この記事は、2005 年 3 月 28 日のバージョンでアクセスされたスペイン語版 Wikipedia の対応する記事に大きく依存しています。
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- 『ソジャーナー：マーズ・パスファインダー・ミッションの内部からの視点』 、アンドリュー・ミシュキン（NASAジェット推進研究所上級システムエンジニア）著。ISBN 0-425-19199-0
- 火星探査機パスファインダーの運用と自律性に関する経験、AH Mishkin、JC Morrison、TT Nguyen、HW Stone、BK Cooper、BH Wilcox。IEEE 航空宇宙会議議事録、コロラド州スノーマス、1998 年。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、マーズ・パスファインダーに関連するメディアがあります。
- マーズ・パスファインダー NASA/JPL ウェブサイト