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火星航空機は、火星の大気圏で動力飛行を継続できる乗り物である。これまでのところ、火星ヘリコプターのインジェニュイティが火星で飛行した唯一の航空機[2] [3]であり、2時間8分48秒の飛行時間で17.242 km（10.714マイル）を飛行する72回の飛行を成功させた。[4]インジェニュイティは、ローターブレードの損傷により退役するまで、火星で1042ソル（合計1071日、1年341日）運用された。[5] [6]
2021年4月19日に火星表面から離陸し、初の動力飛行を行った。[7]以前は、実験機であるNASAミニスニファーが火星に飛行して火星の大気を調査するミッションの可能性を検討されていたが、そのアイデアは放棄された。航空機は火星の大気の現地測定と、より広い領域の追加観測を提供する可能性がある。長期的な目標は、有人火星航空機を開発することである。[8]
火星の空気は地球に比べて地表ではるかに薄く、海面での圧力は地球の1%未満であるため、より効率的な揚力を得る方法が必要です。その不利を補うために、火星の空気は主に二酸化炭素（CO
2火星の大気は地球の空気よりも体積あたりの密度が高く、火星の重力は地球の40％未満です。[9] [8]
歴史
1918年、デンマークのSF映画『火星への旅』では、火星への有人旅行を描いたエクセルシオールと呼ばれる航空宇宙船が描かれました。 [10]
宇宙船による火星探査が始まる前、火星の大気の密度は後に測定された値よりも高いと疑われており、技術者たちは有翼飛行が実際よりもはるかに容易であると考えていた。ヴェルナー・フォン・ブラウンは「火星計画」（「Das Marsprojekt」）のコンセプト[11] で、火星への有人着陸ミッション用の有翼車両を提案した。[8]
NASAが最初に契約した詳細な火星着陸船は、 1960年代初頭にフォード/フィルコ・エアロニュートロニック社と契約したもので、着陸船の揚力体設計に関するものであった。このとき、火星の大気の密度に関する最良の推定値は、1965年7月のマリナーIVの測定で明らかにされたものよりも大幅に高かった。 [12]着陸船は、小翼を備えた桶型の揚力体を備えており、火星の大気条件の改訂された数値では飛行できないものの、火星着陸船の最初の詳細設計の1つであった。[12]エアロニュートロニック社の火星揚力体着陸船の設計は、地球の約10%を占める窒素が大部分を占める火星の大気に基づいていた。[12]
1965年7月、火星着陸機は揚力体型と翼付きグライダー型から弾道突入型ガムドロップ型へと移行した。[13]
1970年代には、ミニスニファー航空機はいくつかのバージョンが製造され、全CO2環境でも運用可能となった。
2環境。[1]ミニスニファーはヒドラジンを使用することで酸素なしでも作動することができ、その設計は火星の大気をサンプリングするために考えられた。[14]この飛行機は薄い空気でも効果を発揮するために大きなプロペラを備えており、1975年から1982年の間にさまざまな構成の飛行が数多く行われた。[15]
1970年代には、静止したバイキング着陸船よりも広い領域をカバーするために、翼のあるローバーの設計が提案されました。[8] 1990年代には、ライト兄弟の初飛行の記念日である「より速く、より良く、より安く」の時代に、火星に火星飛行機を飛ばすというNASAの提案がありました。 [8] ARES火星飛行機の提案は、火星スカウトプログラムの候補として選ばれましたが、飛行には選ばれませんでした。
2015年、日本のMELOSミッションの再開において、火星航空機が選択肢として検討された。[16]初期の設計では、翼幅1.2m、質量2.1kg、ミッションプロファイルは以下の通りであった。 [ 16] MELOSの表面要素の着陸段階では、航空機は高度5kmで放出され、その後4分間飛行し、水平25kmをカバーする。[16]
2021年4月19日、NASAのヘリコプター「インジェニュイティ」が、動力と制御を備えた火星航空機として初めて飛行した。当初はNASAの火星探査車「パーセベランス」の下に保管された状態で火星に着陸した。[7]
飛行機
火星飛行機の試作機は、地球の高度30km（98,000フィート）近く（火星表面の平均気圧の約2倍）で飛行し、[18]紫外線で硬化する拡張可能な翼をテストしました。[19]火星の大気圏での飛行では、レイノルズ数は地球の大気圏での飛行に比べて非常に低くなります。[9] マリネリス峡谷は、無人航空機の飛行と火星グライダーの飛行の目標とされました。[20] [8]
グライダーはより多くの科学機器を搭載できるが、カバーできる範囲は狭い。[8]ヒドラジンは火星航空機の燃料として提案されている。 [8]ある時点で、NASAは中華鍋サイズの飛行機「マイクロミッション」の計画を策定しており、これは火星行きの別のペイロードに相乗りすることになる。[8]火星のマッハ1は約240 m/s（790 ft/s）であるが、地球では約332 m/s（1,090 ft/s）である。[21]
中止された火星スカウト計画におけるダイダロス提案は、コプラテス峡谷に沿って400km（250マイル）以上飛行する火星グライダーを設計した[22]
提案されている火星飛行機のコンセプトには以下のものがあります。
- ARES（航空地域規模環境調査）[23]
- MAGE（火星空中地球物理探査機）[20]
- AME（火星探査飛行機）[18]
- マタドール（火星探査機展開・運用・回収用先端技術飛行機）[18]
- スカイセーラー、マイクロロボットを搭載した太陽光発電飛行機[24]
- キティホーク、マルチグライダーミッション[20]
- ダイダロス、航続距離400km以上のグライダー[25]（マーズスカウト2011提案）[22]
- ARMaDA、「先進偵察火星展開航空機」[26]
- MAREA、「軍用航空研究用ユーロアビア飛行機」[26]
- プラントル-M [27]（火星着陸のための予備研究空力設計）[28]
- NASAのミニスニファーは火星の大気のサンプル採取に使用が検討されており、ヒドラジン（空気に依存しない）で動作がテストされた。[15]
- 火星空中地上探査機（MAGGIE） -着陸と充電が可能なVTOL機能を備えたソーラー UAV飛行機。 [29]
風船
気球はパラシュートの代わりとなり、軟着陸を可能にする。[30]気球があれば着陸船は離陸し、新しい場所に着陸できる。[30]気球技術には、超圧気球とモンゴルフィエール気球の2種類がある。[30]超圧気球は、加熱による圧力を抑えて高度を維持しようとする。[30]
モンゴルフィエールは火星の熱気球を利用して揚力を生み出す。[30]火星気球のコンセプトの一例としては、火星地質科学エアロボットがある。[31]気球の表面自体が太陽から電力を生成できるように、非常に薄くて柔軟な太陽電池を開発する研究も行われている。[32]
真空を利用して揚力を生み出す飛行船も提案されている。[33] [34]
回転翼航空機
2002年に、火星探査用の自律型ロボットヘリコプターがマーズスカウトプログラムで実現可能であることを示唆する論文が発表されました。[35]実行可能な回転翼航空機の設計には、困難な火星の地形を通過しながらもその場で複数の場所を訪問できる能力など、多くの利点があることが指摘されました。[35] 1967年にルナサーベイヤー6号が行った短いホップは、別の場所を訪問するためのホッピングの例として注目されました。[35]
NASAの火星2020ミッションの一部であるインジェニュイティは、パーセベランスローバーから展開され、火星の大気圏での最初の回転翼航空機飛行を実証した、機能不全のロボットヘリコプターです。 [36] NASAは、将来の火星ミッションのためにこの設計を基に構築することができます。 [37] NASAは、飛行中にパーセベランスとの通信が途絶えた後にヘリコプターが損傷を受けたことをエンジニアが発見したため、インジェニュイティのミッション終了を発表しました。ヘリコプターは3年間に渡って72回飛行しており、最終的なシステムテストとデータ収集は数か月間続くと予想されています。 [6]
インドの ISROは、マンガルヤーン計画の一環として、MARBLE（火星境界層探査機）と名付けられた回転翼航空機の打ち上げを目指している。現在は概念設計段階にある。[38] [39] [40]
その他の航空機および航空機搭載機器
その他の空中装置
- 極超音速グライダーはヴェルナー・フォン・ブラウンによって提案されました。[8]
- 様々なパラシュートが主な空中投下装置となっている
- 逆噴射ロケットのようなロケット持続飛行も着陸システムの一部となっている。
- さまざまな宇宙船のエアロシェル
- ロケット駆動ホッパー（例：Mars Geyser Hopper）
- 昆虫類
- キュリオシティやパーサヴィアランスなどのより重い火星探査機を着陸させるために使用されるスカイクレーン着陸システムは、どちらの探査機を着陸させる際にも非常に短時間の飛行が可能です。
バーチャル
マーズ・エクスプレス 高解像度ステレオカメラとマーズ・リコネッサンス・オービターのHiRISEカメラはどちらも、3D地形モデルの上に表面写真を重ねることで、火星の仮想上空飛行を提供することができる。[41] [42] [43]
参照
- エアロボット
- エアロブレーキング
- 土星の衛星タイタンに計画されている回転翼航空機「ドラゴンフライ」
- 火星へのミッションのリスト
- 火星の大気圏突入
- 火星フライバイ
- 火星有人軌道ステーション
- 太陽光発電航空機
- ベガ計画の気球、1985年、金星の雲系に浮かんだ
参考文献
- ^ ab "Mini-Sniffer". 2015年9月28日.
- ^ mars.nasa.gov. 「Entry, Descent and Landing (EDL) - NASA」. mars.nasa.gov . 2023年10月4日閲覧。
- ^ 「キュリオシティのスカイクレーン操縦、アーティストによる概念図 - NASA」。2023年10月4日閲覧。
- ^ 「フライトログ」。火星ヘリコプター技術デモ。NASA 。 2023年10月7日閲覧。
- ^ NASA Science Live: Ingenuity Mars Helicopter Tribute & Legacy、2024年1月31日、2024年2月1日閲覧
- ^ ab 「火星での3年間を経て、NASAのインジェニュイティ・ヘリコプター・ミッションが終了」。ジェット推進研究所。
- ^ ab 「NASAのインジェニュイティ火星ヘリコプター、歴史的な初飛行に成功」NASA。2021年4月19日。 2021年4月20日閲覧。
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- ^ BIG BLUE: 火星飛行機技術の高高度無人航空機デモンストレーター
- ^ abc ジョン・F・マクゴーワン博士 – 火星の翼（1999年12月3日）
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- ^ スカイセーラー
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- ^ ab ユーロアビアの学生が火星用航空機を設計 (ESA)
- ^ これは最初の火星飛行機になるか？ NASA 2015年6月
- ^ アンダーソン、ポール・スコット (2015-07-01). 「友好的な火星の空を飛ぶ: NASA が火星飛行機のプロトタイプをテスト」AmericaSpace . 2018-07-19閲覧。
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- ^ 「TPS – キャンドール・カズマを抜ける信じられないほど壮観な飛行 2010年3月9日」。2012年4月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年2月17日閲覧。
- ^ 今月のハイライト 1 月: Mawrth Vallis アニメーション (2012)
- ^ 「火星のベクレルクレーターの上空飛行アニメーション」ジェット推進研究所。2013年6月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年8月22日閲覧。
外部リンク
- NASA – 惑星飛行車両
- NASA – ARES（マルチメディア）
- 超高効率航空機が NASA 賞を受賞 (2011) 2012-11-18 にWayback Machineでアーカイブ
- 長期滞在型火星飛行機の飛行システム オプション (.pdf)
- エイムズが火星飛行機のプロトタイプをテスト (2001 年 8 月)
- 火星の飛行ロボットに最適なデザインとは? (Universe Today)
- これは火星初の飛行機になるか？ NASA 2015年6月
- Candor Chasma の仮想上空 ( Candor Chasma )