火星探査ローバー

NASAの火星探査ローバー（MER）ミッションは、火星を探査する2台の火星探査車、スピリットとオポチュニティを伴うロボット宇宙ミッションでした。このミッションは、火星の表面と地質を探査するために2台のローバーが2003年に打ち上げられたことから始まりました。両ローバーは2004年1月に火星の別々の場所に着陸しました。両ローバーは、火星太陽日の90日間の計画ミッションをはるかに超えて活動しました。MER-Aスピリットは2010年3月22日まで活動し、^[1] MER-Bオポチュニティは2018年6月10日まで活動しました。^[2]

このミッションの科学的目的は、火星の過去の水活動の手がかりとなる広範囲の岩石や土壌の探索と特徴付けであった。このミッションはNASAの火星探査プログラムの一部であり、このプログラムには1976年の2機のバイキング計画着陸機と1997年の火星パスファインダー探査機という、これまでの3機の成功した着陸機が含まれている。 ^[3]

火星探査ローバーミッションの科学的目的は次のとおりです。^[4]

• 過去の水活動の手がかりとなるさまざまな岩石や土壌の探索と特性評価を行います。特に、探しているサンプルには、降水、蒸発、堆積性セメント化、熱水活動などの水関連のプロセスによって堆積した鉱物を含むものが含まれます。
• 着陸地点周辺の鉱物、岩石、土壌の分布と構成を決定します。
• どのような地質学的プロセスが地域の地形を形成し、化学組成に影響を与えたかを判断します。このようなプロセスには、水や風による浸食、堆積、熱水作用、火山活動、クレーター形成などが含まれます。
• 火星探査機(MRO) の機器による表面観測の較正と検証を実行します。これにより、軌道から火星の地質を調査するさまざまな機器の精度と有効性を判断するのに役立ちます。
• 鉄を含む鉱物を検索し、鉄を含む炭酸塩など、水を含む、または水中で形成された特定の鉱物の種類を識別して相対量を定量化します。
• 岩石や土壌の鉱物学と質感を特徴づけて、それらを形成するプロセスを決定します。
• 液体の水が存在していた時代の環境条件に関する地質学的な手がかりを探します。
• それらの環境が生命に適していたかどうかを評価します。

最初の90ソルの主要ミッションのためにローバーを建造、打ち上げ、着陸、および表面で運用するのにかかった総費用は8億2000万ドルだった。^[5]各ローバーは当初計画された期間を超えて機能し続けたため、5回のミッション延長が認められた。5回目のミッション延長は2007年10月に認められ、2009年末まで続いた。^{[5] [6]}最初の4回のミッション延長の総費用は1億400万ドルで、5回目のミッション延長には少なくとも2000万ドルの費用がかかった。^[5]ミッションはジェット推進研究所（JPL）によって管理され、ローバーの設計、建造、運用が行われた。

両探査車によって収集された膨大な量の科学的情報に敬意を表して、2つの小惑星に37452 スピリットと39382 オポチュニティという名前が付けられました。

MER-A (スピリット) と MER-B (オポチュニティ) は、それぞれ2003年6月10日と2003年7月7日に打ち上げられた。両探査機はボーイング デルタ II 7925-9.5 ロケットでケープカナベラル宇宙発射施設17 (CCAFS SLC-17) から打ち上げられたが、MER-B は同ロケットの大型版で打ち上げられ、火星周回軌道への投入のために追加のエネルギーが必要となった。両ロケットは互いに隣接する発射台に搭載され、MER-A は CCAFS SLC-17A に、MER-B は CCAFS SLC-17B に搭載された。2 つの発射台によって、15 日間と 21 日間の惑星打ち上げ期間を近接して実施することができた。MER-A の最終打ち上げ日は 2003年6月19日、MER-B の初日は 2003年6月25日であった。NASA の打ち上げサービス プログラムが両宇宙船の打ち上げを管理した。

探査機は2004年1月に火星の赤道上の離れた場所に着陸した。2004年1月21日、ディープ・スペース・ネットワークはスピリットとの交信を失ったが、当初はオーストラリア上空のフレアシャワーに関連する原因と考えられていた。ローバーはデータのないメッセージを送信したが、その日遅くにマーズ・グローバル・サーベイヤーとの別の通信セッションに失敗した。翌日、JPLはローバーから故障モードにあることを示すビープ音を受信した。1月23日、飛行チームはローバーの送信に成功した。故障はローバーのフラッシュメモリサブシステムのエラーが原因と考えられていた。エンジニアがソフトウェアを更新しテストを実行している間、ローバーは10日間科学的な活動を行わなかった。問題はスピリットのフラッシュメモリを再フォーマットし、メモリの過負荷を回避するソフトウェアパッチを使用することで修正された。オポチュニティも予防措置としてパッチでアップグレードされた。スピリットは2月5日までに完全な科学活動を再開した。両探査車の当初のミッション期間はわずか90ソルだった。

2004 年 3 月 23 日、記者会見が行われ、火星の表面にかつて液体の水があったことを示す「大発見」が発表された。科学者の代表団は、MER-Bオポチュニティの着陸地点であるメリディアニ平原のクレーター内部の露頭の岩石に層状パターンと交差層理が見られることを示す写真とデータを示した。これは、この地域にかつて水が流れていたことを示唆している。塩素と臭素の不規則な分布も、この場所がかつては塩分を多く含む海の海岸線であったが、現在は蒸発していることを示唆している。

2004年4月8日、NASAは探査車のミッション寿命を3か月から8か月に延長すると発表した。NASAは直ちに9月まで1,500万ドルの追加資金と、継続運用のために毎月280万ドルを提供した。その月の終わりに、オポチュニティはエンデュランスクレーターに到着し、200メートルを走行するのに約5日を要した。NASAは9月22日、探査車のミッション寿命をさらに6か月延長すると発表した。オポチュニティはエンデュランスクレーターを離れ、廃棄された耐熱シールドを訪問し、ビクトリアクレーターに進むことになっていた。スピリットはコロンビアヒルズの頂上への登頂を試みる予定だった。

2 台の探査車が依然として順調に機能していたため、NASA は後にミッションをさらに 18 か月延長して 2006 年 9 月までと発表しました。オポチュニティは「エッチングされた地形」を訪問し、スピリットはハズバンド ヒルの頂上に向かって岩だらけの斜面を登ることになっていました。2005 年 8 月 21 日、スピリットは581ソルと 4.81 キロメートル (2.99 マイル) の旅を経てハズバンド ヒルの頂上に到達しました。

2006年3月13日、スピリットがマックールヒルへ移動中、スピリットの右前輪が動かなくなった。運転手はスピリットの後ろに動かなくなった車輪を引きずろうとしたが、これは下部の斜面の通行不能な砂地に到達するまでしか機能しなかった。運転手はスピリットを「ローリッジヘイブン」と呼ばれる小さな斜面のある地形に誘導し、そこで火星の長い冬を過ごし、春と走行に適した太陽エネルギーレベルの増加を待った。その年の9月、オポチュニティはビクトリアクレーターの縁に到達し、スペースフライトナウはNASAが2台の探査車のミッションを2007年9月まで延長したと報じた。^{[7] [8]} 2007年2月6日、オポチュニティは火星の表面を10キロメートル（6.2マイル）横断した最初の宇宙船となった。^[9]

2007年7月、第4次ミッション延長中に、火星の砂嵐が探査車への太陽光を遮り、探査機が太陽電池パネルを通してエネルギーを集める能力を脅かしたため、技術者たちは探査車の1台または両方が永久に機能しなくなるのではないかと懸念した。しかし、砂嵐は収まり、作業を再開することができた。^[10]

オポチュニティは2007年6月28日にダックベイの縁からビクトリアクレーターに入る予定だったが^[11]、広範囲にわたる砂嵐のため、砂塵が晴れて電力が安全なレベルに戻るまで進入が遅れた。^[12] 2ヵ月後、スピリットとオポチュニティは、猛烈な砂嵐により太陽光発電が制限され、両探査車の永久故障に陥る寸前だったが、その後走行を再開した。^[13]

2007年10月1日、^[14]スピリットとオポチュニティはともに5回目のミッション延長に入り、運用は2009年まで延長され、^[15]ローバーは生存し続ける限り、火星表面の探査に5年間を費やすことになった。

2008年8月26日、オポチュニティは、右前輪が故障する前にスピリットで見られたような電力スパイクにより、車輪が故障した場合にクレーターから出られなくなるのではないかという懸念の中、3日間かけてビクトリアクレーターから脱出し始めた。プロジェクト科学者のブルース・バナードも、「ビクトリアクレーターに入った目的は全てやり遂げたし、それ以上のこともやった」と述べた。オポチュニティは、 メリディアニ平原の多様な岩石を特徴付けるために平原に戻る予定である。岩石の一部は、ビクトリアなどのクレーターから吹き飛ばされた可能性がある。探査車は2007年9月11日からビクトリアクレーターを探査していた。^{[16] [17]} 2009年1月時点で、2台の探査車は合わせて25万枚の画像を送信し、21キロメートル（13マイル）以上を移動した。^[18]

オポチュニティはビクトリアクレーターを離れてから約3.2キロメートル（2.0マイル）走行した後、2009年3月7日に初めてエンデバークレーターの縁を目撃した。 ^[19]途中で1897ソルに16キロメートル（9.9マイル）の地点を通過した。^[20]一方、グセフクレーターでは、スピリットは火星の砂の中に深く埋まっていたが、これは2005年にオポチュニティがパーガトリーデューンでそうであったのとよく似ている。 ^[21]

2010年1月26日、火星での6年間の滞在後、NASAはスピリットを柔らかい砂から解放する数か月にわたる試みの失敗の後、固定された研究プラットフォームとして使用すると発表した。 [ ^22]

NASAは2010年3月24日、エンデバークレーターまでの推定走行距離が12km（7.5マイル）だったオポチュニティが、ミッション開始以来20km（12.4マイル）以上を移動したと発表した。 ^[23]各ローバーは、ミッション走行距離の目標をわずか600メートルに設定して設計された。^[23]

2010年3月、スピリットは火星の冬に備えて冬眠に入り、数ヶ月は目覚めないかもしれないと発表された。^[24] 2011年5月22日、NASAは2年間砂地に閉じ込められていたスピリットとの交信を中止した。探査車との最後の交信は2010年3月22日であった。スピリットへの最後の通信は2011年5月25日であった。^[25]

2013年5月16日、NASAはオポチュニティが地球以外の惑星でNASAのどの車両よりも長い距離を走行したと発表した。^[26]オポチュニティの総走行距離が35.744km（22.210マイル）を超えた後、この探査車はアポロ17号 月面車が走行した総距離を超えた。^[26]そして2014年7月28日、オポチュニティは地球以外の惑星でどの車両よりも長い距離を走行した。^{[26] [27] [28]} オポチュニティは40km（25マイル）以上を走行し、これまでの記録保持者であったルノホート2号 月面車が走行した総距離39km（24マイル）を上回った。 ^{[26] [27]} 2015年3月23日、オポチュニティはフルマラソンの距離42.2km（26.2マイル）を走行し、完走までにおよそ11年2ヶ月を要した。^[29]

2014年1月24日、NASAは、当時の残存探査車オポチュニティと、より新しい火星科学実験室探査車キュリオシティによる研究では、独立栄養性、化学栄養性、および/または化学合成無機栄養性の微生物に基づく生物圏、および居住可能であった可能性のある河川湖沼環境（古代の川や湖に関連する平原）を含む古代の水など、古代の生命の証拠を探していると発表しました。 ^{[ 30] [31] [32] [33]}その後、火星での居住可能性、化石に関連

2018年6月、オポチュニティは地球規模の砂嵐に巻き込まれ、探査車の太陽電池パネルは十分な電力を生成できず、最後の交信は2018年6月10日となった。砂嵐が収まった後、NASAはコマンドの送信を再開したが、探査車はおそらく壊滅的な故障か、太陽電池パネルを覆う砂塵の層が原因で沈黙したままであった。^[34] 2019年2月13日に記者会見が行われ、 2018年6月以来オポチュニティへの交信を何度も試みたが応答がなかったため、NASAはオポチュニティのミッション終了を宣言し、これにより16年に及ぶ火星探査ローバーのミッションも終了したと発表された。^{[35] [36] [37]}

火星探査ローバーは、デルタ II ロケットの上に搭載されるように設計されました。各宇宙船は、いくつかのコンポーネントで構成されています。

• ローバー: 185 kg (408 ポンド)
• 着陸機: 348 kg (767 ポンド)
• バックシェル/パラシュート: 209 kg (461 ポンド)
• ヒートシールド: 78 kg (172 ポンド)
• 巡航ステージ: 193 kg (425 ポンド)
• 推進剤: 50 kg (110 ポンド)
• 器具：5kg（11ポンド）^[38]

総質量は1,063 kg (2,344 ポンド) です。

巡航段階は、地球から火星への移動に使用される宇宙船のコンポーネントです。設計はマーズ・パスファインダーと非常に似ており、直径は約 2.65メートル(8.7 フィート) 、高さは突入機を含めて 1.6 メートル (5.2 フィート) です (下記参照)。

主要構造はアルミニウムで、外側のリング状のリブは直径約 2.65 メートル (8.7 フィート) のソーラー パネルで覆われています。5 つのセクションに分かれたソーラー アレイは、地球近くでは最大 600ワット、火星では最大 300 ワットの電力を供給できます。

ヒーターと多層断熱材が電子機器を「暖かく」保ちます。フレオンシステムがローバー内のフライト コンピューターと通信ハードウェアから熱を取り除き、過熱を防ぎます。巡航アビオニクス システムにより、フライト コンピューターは太陽センサー、スター スキャナー、ヒーターなどの他の電子機器とインターフェイスできます。

スター スキャナー (バックアップ システムなし) と太陽センサーにより、宇宙船は太陽と他の星の位置を自分自身と関連させて分析し、宇宙での自分の方向を知ることができました。宇宙船がわずかにコースから外れることもありますが、5 億キロメートル (3 億 2000 万マイル) の旅を考えると、これは予想どおりでした。そのため、ナビゲーターは最大 6 回の軌道修正操作と健康チェックを計画しました。

宇宙船が火星の着陸地点に確実に到着できるように、2 つの軽量のアルミニウム製タンクに約 31 kg (約 68 ポンド) のヒドラジン 推進剤が搭載されました。巡航誘導制御システムと併せて、推進剤によってナビゲーターは宇宙船を正しい進路に保つことができました。推進剤の燃焼とパルス噴射によって、次の 3 種類の操縦が可能になりました。

• 軸方向噴射では、一対のスラスタを使用して宇宙船の速度を変更します。
• 横方向の噴射では、2 つの「スラスタ クラスター」（クラスターあたり 4 つのスラスタ）を使用して、数秒の長さのパルスで宇宙船を「横方向」に移動します。
• パルス モードの点火では、宇宙船の歳差運動 (旋回)のために結合されたスラスタ ペアが使用されます。

この宇宙船は通信に高周波Xバンドの 無線 波長を使用しており、これによりSバンドを使用していた多くの旧式の宇宙船よりも少ない電力とより小型のアンテナで通信することができました。

ナビゲーターは巡航ステージの 2 つのアンテナを通じてコマンドを送信しました。内側のリングに取り付けられた巡航低利得アンテナと、外側のリングに取り付けられた巡航中利得アンテナです。低利得アンテナは地球の近くで使用されました。これは全方向性アンテナであるため、地球に到達する送信電力は距離が増すにつれて急速に低下しました。宇宙船が火星に近づくにつれて、宇宙船から見ると太陽と地球が空で近づくため、地球に到達するエネルギーは減少しました。その後、宇宙船は中利得アンテナに切り替え、同じ量の送信電力をより狭いビームで地球に向けました。

飛行中、宇宙船は毎分2回転（rpm）の回転速度でスピン安定化されていました。定期的な更新により、アンテナは地球に向けられ、太陽電池パネルは太陽に向けられました。

エアロシェルは、火星への 7 か月の航海の間、着陸機を保護するカバーとして機能しました。着陸機と探査車とともに「突入機」を構成しました。その主な目的は、着陸機と探査車を、薄い火星の大気圏に突入する際の高熱から保護することでした。これは、マーズ パスファインダーとマーズ バイキングの設計に基づいています。

部品

エアロシェルは、ヒートシールドとバックシェルの 2 つの主要部分から構成されています。ヒートシールドは平らで茶色がかっており、火星の大気圏に突入する際に着陸機と探査機を保護し、宇宙船の最初のエアロブレーキとして機能します。バックシェルは大きく円錐形で、白く塗装されています。バックシェルには、パラシュートと、突入、降下、着陸の後の段階で使用されるいくつかのコンポーネントが 搭載されています。

• パラシュート（バックシェルの底部に収納）
• 分離ナット、ロケット、パラシュート迫撃砲などの火工品を発射するバックシェルの電子機器とバッテリー。
• パラシュートの下で揺れるバックシェルの向きを監視して報告する Litton LN-200 慣性計測装置 (IMU)。
• RADロケット（ロケット補助降下）と呼ばれる3つの大型固体ロケットモーターは、それぞれ約1トン（10キロニュートン）の力を約4秒間発揮します。^[39]
• TIRS と呼ばれる 3 つの小型固体ロケット (バックシェルの側面から水平に向くように取り付けられている) は、バックシェルに小さな水平方向のキックを与え、メインの RAD ロケットの燃焼中にバックシェルをより垂直に向けるのに役立ちます。

構成

コロラド州デンバーのロッキード マーティンスペース社が製造したエアロシェルは、グラファイト エポキシの表面シートに挟まれたアルミニウム ハニカム構造でできています。エアロシェルの外側はフェノールハニカムの層で覆われています。このハニカムには、大気の摩擦によって発生する熱を放散するアブレーション材 (「アブレーター」とも呼ばれる) が充填されています。

アブレーター自体はコルク材、バインダー、多数の小さなシリカガラス球を混ぜ合わせたものである。これはバイキング火星着陸船ミッションで飛行した熱シールドのために発明された。同様の技術が米国初の有人宇宙ミッションである マーキュリー、ジェミニ、アポロでも使用された。これは突入時に火星の大気と化学反応を起こして熱を運び去り、機体の後ろに熱いガスの跡を残すように特別に調合された。機体は約1分で時速19,000キロメートルから1,600キロメートル（秒速5,300メートルから440メートル）に減速し、着陸船と探査車に約60メートル/秒²（6 g）の加速度を生み出した。

バックシェルとヒートシールドは同じ材料で作られていますが、ヒートシールドにはより厚い13 mm ( 1 ⁄ 2インチ) のアブレーター層があります。バックシェルは塗装されるのではなく、非常に薄いアルミニウムPET フィルムブランケット で覆われ、深宇宙の寒さから保護されています。ブランケットは火星の大気圏に突入する際に蒸発しました。

パラシュートは、突入、降下、着陸の際に宇宙船の速度を落とすのに役立ちました。パラシュートはバックシェル内に設置されています。^[40]

デザイン

2003年のパラシュート設計は、長期にわたる火星パラシュート技術開発の一環であり、バイキングとパスファインダー計画の設計と経験に基づいている。このミッションのパラシュートはパスファインダーのものより40%大きい。これは、火星探査ローバーの最大荷重が、パラシュートが完全に膨らんだときに80～85キロニュートン（kN）または80～85kN（18,000～19,000lbf）であるためである。比較すると、パスファインダーの膨張荷重は約35kN（約8,000lbf）であった。パラシュートは、スターダスト計画のパラシュートも設計したパイオニア・エアロスペースによって、コネチカット州サウスウィンザーで設計・製造された。^[40]

構成

パラシュートは、ポリエステルとナイロンという 2 つの耐久性のある軽量生地で作られています。ケブラー製の 3 重ブライドルがパラシュートをバックシェルに接続します。

宇宙船のパラシュート収納スペースは非常に狭かったため、パラシュートは圧力パックで梱包する必要がありました。打ち上げ前に、チームは48本の吊り下げライン、3本のブライドルライン、パラシュートをしっかりと折り畳みました。パラシュートは特殊な構造物に積み込まれ、パラシュートパッケージに数回重い荷重が加えられました。パラシュートをバックシェルに入れる前に、パラシュートは滅菌のため熱処理されました。^[40]

接続されたシステム

パラシュートが地表から約10km（6.2マイル）の高度で展開された後、6つの分離ナットとプッシュオフスプリングを使用してヒートシールドが解放された。その後、着陸機はバックシェルから分離し、着陸機の花びらの1つに組み込まれた遠心ブレーキシステムの金属テープに沿って「懸垂下降」した。金属テープに沿ってゆっくりと降下することで、着陸機は、長さ約20m（66フィート）の編組ザイロンで作られた別のブライドル（テザー）の端に所定の位置に置かれた。^[40]ザイロンはケブラーに似た繊維素材で、ウェビングパターン（靴ひものような素材）で縫い付けられ、強度を高めている。ザイロンのブライドルは、エアバッグ展開のためのスペース、固体ロケットモーターの排気流からの距離、および安定性の向上を提供する。ブライドルには電気ハーネスが組み込まれており、バックシェルから固体ロケットを発射できるようにするとともに、バックシェルの慣性測定装置（宇宙船の速度と傾きを測定）からのデータをローバーのフライトコンピュータに提供します。^[40]

火星の大気の密度は地球の1%未満であるため、パラシュートだけでは火星探査ローバーを安全に低速で着陸させるのに十分なほど減速させることができなかった。宇宙船の降下はロケットの支援を受け、火星表面から10～15メートル（33～49フィート）の高さで宇宙船を完全に停止させた。^[40]

火星表面までの距離を測定するためにレーダー高度計が使用された。レーダーのアンテナは着陸機の四面体の下隅の1つに設置された。レーダー測定で着陸機が表面から正しい距離にあることが示された後、ザイロンのブライドルが切断され、着陸機はパラシュートとバックシェルから解放され、着陸のために自由になった。レーダーデータにより、エアバッグの展開とバックシェルのRADロケットの発射のタイミングシーケンスも可能になった。^[40]

火星探査ローバーのミッションで使用されたエアバッグは、1997 年にマーズ パスファインダーが使用したのと同じタイプです。このエアバッグは、宇宙船が岩や起伏のある地形に着陸した際に衝撃を吸収し、着陸後に火星の表面を高速道路の速度 (約 100 km/h) で跳ね回っても耐えられるほどの強度が必要でした。エアバッグは着陸の数秒前に膨らませ、安全に地上に着陸したら収縮させる必要がありました。

エアバッグはパスファインダーのものと同じベクトランで作られている。ベクトランはケブラーなどの他の合成素材のほぼ2倍の強度があり、低温でも優れた性能を発揮する。100デニール（10 mg/m）のベクトラン6層が、200デニール（20 mg/m）のベクトランの内側の袋1つまたは2つを保護する。100デニール（10 mg/m）を使用すると、織り込み糸の数が増えるため、必要な外側の層により多くの生地が残る。

各ローバーは、それぞれ6つのローブを持つ4つのエアバッグを使用しており、それらはすべて接続されていました。接続は重要でした。バッグシステムを柔軟に保ち、地面の圧力に反応することで、着陸時の力をいくらか軽減するのに役立つからです。エアバッグはローバーに直接取り付けられておらず、バッグ構造を交差するロープで固定されていました。ロープはバッグに形を与え、膨張を容易にしました。飛行中、バッグは膨張に使用される3つのガス発生器とともに収納されていました。^[41]

宇宙船着陸船は探査車を収容する保護シェルであり、エアバッグとともに衝撃の力から探査車を保護します。

着陸機は四面体で、側面が花びらのように開いている。強くて軽く、梁と板でできている。梁はグラファイト繊維の層を織り込んだ織物で、アルミニウムより軽く、鋼鉄より硬い。チタン製の部品が梁に接着されて取り付けられ、ボルトで固定できるようになっている。探査車は着陸機の中にボルトと特殊なナットで固定されており、着陸後に小型爆薬で解放された。

着陸機が地面で跳ねたり転がったりしなくなった後、四面体の底面または側面の 1 つに静止しました。その後、側面が開いて底面が水平になり、探査機が直立しました。側面はヒンジで底面に接続されており、各ヒンジには着陸機を持ち上げるのに十分なモーターが付いています。探査機と着陸機を合わせた質量は約 533 キログラム (1,175 ポンド) です。探査機のみの質量は約 185 キログラム (408 ポンド) です。火星の重力は地球の約 38% であるため、モーターは地球ほど強力である必要はありません。

探査車には加速度計が内蔵されており、重力の引力を測定して下（火星の表面に向かって）の方向を検知します。次に、探査車のコンピューターは、探査車を直立させるために、正しい着陸機の花びらを開くように命令します。基礎の花びらが下がって探査車が直立すると、他の 2 つの花びらが開きます。

最初、花びらは均等に平らな位置に開いたため、着陸機のすべての面は真っ直ぐで水平でした。花びらモーターは十分に強力であるため、花びらのうち 2 つが岩の上に止まっても、ローバーのベースは地面の上に橋のように固定されます。ベースは、岩の上に止まっている花びらの高さと同じ高さに保たれ、開いて平らになった着陸機の全長にわたって真っ直ぐで平らな表面になります。その後、地球上の飛行チームは、ローバーにコマンドを送信して花びらを調整し、ローバーが着陸機から離れて火星の表面に着地するための安全な経路を作成し、険しい岩から落ちないようにすることができます。

探査機を着陸船から離陸させることは、ミッションの脱出段階と呼ばれます。探査機は、車輪がエアバッグの素材に引っかかったり、急な斜面から落ちたりしないようにする必要があります。これを助けるために、花びらの引き込みシステムが、花びらが開く前にエアバッグを着陸船に向かってゆっくりと引き寄せます。花びらの小さな傾斜路は、花びらの間のスペースを埋めるために扇状に広がります。それらは、不均一な地形、岩の障害物、エアバッグの素材を覆い、探査機がより多くの方向に出発できる円形の領域を形成します。また、探査機が降りなければならない段差も下げます。それらは「バットウィング」というニックネームで呼ばれ、ベクトラン布で作られています。

エアバッグを収納し、着陸船の花びらを展開するのに約3時間が割り当てられた。

このローバーは6輪の太陽光発電ロボットで、高さ1.5メートル（4.9フィート）、幅2.3メートル（7.5フィート）、長さ1.6メートル（5.2フィート）である。重量は180キログラム（400ポンド）で、そのうち35キログラム（77ポンド）は車輪とサスペンションシステムである。^[42]

メインの箱のようなシャーシは、Warm Electronics Box (WEB) を形成します。

各ローバーには、ソジャーナと同様のロッカーボギーサスペンションシステム上に6つのアルミホイールが取り付けられており、^[43]荒れた地形を走行する際に車輪が地面に接地していることを保証します。この設計により、ローバー本体の可動範囲が半分になり、車輪の直径（250ミリメートル（9.8インチ））を超える障害物や穴（くぼみ）を乗り越えることができます。ローバーの車輪は、移動中に衝撃を吸収する一体型の柔軟な屈曲部を備えて設計されています。 ^[44]さらに、車輪には滑り止めが付いており、柔らかい砂の上を登ったり岩をよじ登ったりする際にグリップ力を発揮します。

各車輪には駆動モーターが備わっている。前輪2輪と後輪2輪にはそれぞれ独立したステアリングモーターが備わっている。これにより、車両はその場で1回転、急旋回、カーブ、弧を描く旋回が可能になる。ローバーのモーターはスイスのマクソンモーター社が設計した。^[45]ローバーは、どの方向にも45度の傾斜に耐え、転倒しないよう設計されている。ただし、ローバーは危険回避ソフトウェアの「障害保護制限」によって、30度を超える傾斜を避けるようにプログラムされている。

各ローバーは、前輪の 1 つをその場で回転させて、地形を深く掘り下げることができます。掘削ホイールが回転している間、ローバーは静止したままになります。ローバーの平らな硬い地面での最高速度は 50 mm/s (2 in/s) です。平均速度は 10 mm/s です。これは、危険回避ソフトウェアによって、ローバーが 10 秒ごとに 20 秒間停止し、走行した地形を観察して理解するためです。

完全に照らされると、ローバーの三重接合^{[46]太陽電池アレイは、火星の1日（}ソル） あたり最大4時間、約140ワットを生成します。ローバーの駆動には約100ワットが必要です。その電源システムには、それぞれ7.15 kg（15.8ポンド）の充電式リチウムイオン電池2個が含まれており、特に夜間に太陽が輝いていないときにエネルギーを供給します。時間の経過とともに、電池は劣化し、最大容量まで充電できなくなります。

90ソルミッションの終了までに、太陽電池アレイの発電能力はおそらく約50ワットに低下するだろうと考えられていた。これは、太陽電池アレイが予想される塵の覆いと季節の変化によるものだった。しかし、地球の3年以上が経過した現在、探査機の電力供給は、塵の覆い具合に応じて、1日あたり300ワット時から900ワット時の間で推移している。NASAの予想よりも頻繁に清掃イベント（風による塵の除去）が行われ、アレイは比較的塵のない状態が保たれ、ミッションの寿命が延びている。2007年の火星の世界的な砂嵐の間、両方の探査機はミッション中で最も低い電力を経験した。オポチュニティは128ワット時に低下した。2008年11月、スピリットはグセフクレーター付近の砂嵐により、89ワット時の発電量でこの低エネルギー記録を上回った。^[47]

ローバーは、耐放射線性を備えた20 MHz RAD6000 CPU上で、エラー検出および訂正機能付きの128 MBのDRAMと 3 MB のEEPROM を備えたVxWorks 組み込みオペレーティングシステムを実行します。^{[48]各ローバーには 256 MB の}フラッシュメモリもあります。 さまざまなミッションフェーズで生き残るために、ローバーの重要な機器は -40 °C から +40 °C (-40 °F から 104 °F) の温度範囲内に保たれる必要があります。 夜間、ローバーは 8 つの放射性同位元素ヒーターユニット(RHU) によって加熱されます。各ユニットは放射性同位元素の崩壊から1 Wの熱エネルギーを継続的に生成します。また、必要な場合にのみ作動する電気ヒーターもあります。 断熱材には、スパッタリングされた金のフィルムとシリカエアロゲルの層が使用されています。^[49]

探査車は地球との通信用にXバンド 低利得アンテナとXバンド高利得アンテナ、および中継通信用の超高周波モノポールアンテナを備えている。低利得アンテナは全方向性で、低速で地球上のディープ・スペース・ネットワーク・アンテナにデータを送信します。高利得アンテナは指向性があり、操縦可能で、より高速で地球にデータを送信できます。探査車はUHFモノポールとCE505無線を使用して、火星を周回する宇宙船、マーズ・オデッセイ、および（故障する前は）マーズ・グローバル・サーベイヤーと通信します（すでに、マーズ・リレー・アンテナとマーズ・オービター・カメラの12MBのメモリバッファを使用して、7.6テラビットを超えるデータが転送されていました）。^[50] MROが火星の周回軌道に乗って以来、着陸船もそれを中継資産として使用しています。着陸船のデータのほとんどは、オデッセイとMROを介して地球に中継されます。探査機から探査機までの距離がはるかに短いため、探査機はディープ スペース ネットワークよりもはるかに高いデータ レートで探査機の信号を受信できます。その後、探査機は大型で高出力のアンテナを使用して、探査機のデータを地球に迅速に中継します。

各ローバーには9台のカメラがあり^[51] 、 1024 x 1024ピクセルの画像を12ビット/ピクセルで生成しますが^[52]、ほとんどのナビゲーションカメラ画像と画像サムネイルは、メモリと転送時間を節約するために1ピクセルあたり8ビットに切り捨てられます。その後、すべての画像はICERを使用して圧縮されてから保存され、地球に送信されます。ナビゲーション、サムネイル、および他の多くの画像タイプは、約0.8〜1.1ビット/ピクセルに圧縮されます。より低いビットレート（0.5ビット/ピクセル未満）は、マルチカラーパノラマ画像の特定の波長で使用されます。ICERはウェーブレットに基づいており、深宇宙アプリケーション向けに特別に設計されています。ロスレスとロッシーの両方のプログレッシブ圧縮を生成し、深宇宙チャネルでのデータ損失の影響を制限するエラー抑制スキームを組み込んでいます。これは、非可逆JPEG画像圧縮器や、マーズ・パスファインダー・ミッションで使用されたロスレスRice圧縮器よりも性能が優れています。

パンカム マスト アセンブリ (PMA) には、いくつかのカメラと機器が搭載されていました。

• パノラマカメラ（パンカム）、2台のカメラにはカラーフィルターホイールが付いており、地形の質感、色、鉱物学、構造を判別します。2台のカメラが連携して、探査車、空、太陽を取り囲む火星の風景の詳細な多波長3Dパノラマ写真を撮影します。2台のカメラの間隔は30cmです。各カメラには400～1100nm（近紫外線から近赤外線）のフィルターが付いており、最大画像解像度は1024×1024ピクセルです。^{[53] [51]}
• ナビゲーションカメラ（Navcam）は、視野は広いが解像度が低く、モノクロのカメラ2台で、ナビゲーションと運転に使用されます。^[51]
• 小型熱放射分光計（Mini-TES）用の潜望鏡アセンブリ。赤外線分光計は、熱放射のパターンを検出することで、遠くから岩石や土壌の鉱物学を決定するために使用されます。炭酸塩や粘土など、水中で生成される鉱物を探すために特別に調整されています。^[54]潜望鏡アセンブリには、2つのベリリウムフォールドミラー、アセンブリ内のほこりの汚染を最小限に抑えるために閉じるシュラウド、およびグラファイトエポキシチューブ内に戦略的に配置された迷光除去バッフルが備わっています。Mini-TESはアリゾナ州立大学によって構築されました。

カメラはパンカムマストアセンブリに1.5メートルの高さに設置され、360度回転します。^[53] PMAはマスト展開ドライブ（MDD）によって展開されます。MDDの真上に設置された方位ドライブは、ローリングテープ構成を介して送信される信号を使用して、アセンブリを水平に1回転させます。カメラドライブは、カメラを仰角、ほぼ真上または真下に向けます。3番目のモーターは、ミニTES折りたたみミラーと保護シュラウドを、地平線から最大30°上、50°下に向けます。

探査機の車体には、前方に2台、後方に2台、計4台のモノクロ危険回避カメラ（Hazcams）が搭載されていた。探査機はHazcamの画像のペアを使用して、前方3メートル（10フィート）までの地形の形状を、最遠距離で幅4メートルを超える「くさび形」でマッピングした。^[51]

機器展開装置（IDD）はローバーアームとも呼ばれる。アームには十字形の砲塔があり、複数の機器を収納している。アームは350度回転し、340度垂直回転することができる。アームには3つの関節があり、最大到達距離は90センチメートルである。^[55]

• ドイツのマインツにあるヨハネス・グーテンベルク大学のゴスター・クリンゲルホファーが開発したメスバウアー分光計（MB）MIMOS IIは、鉄を含む岩石や土壌の鉱物学の詳細な調査に使用されました。^{[56] [57]} 1回のメスバウアー測定には約12時間かかりました。^[58]
• ドイツのマインツにあるマックス・プランク化学研究所が開発したアルファ粒子X線分光計（APXS）は、アルファ粒子とX線を使用して岩石や土壌の元素化学を決定するために使用されました。^{[59] [60]}ほとんどのAPXS測定は夜間に行われ、少なくとも10時間の蓄積時間が必要でした。^[59]
• 磁性ダスト粒子を収集するために磁石アレイが使用された。^[61] 各ローバーには7つの磁石があり、4つの磁石は岩石研磨ツール（RAT）によって運ばれ、2つの磁石（1つはキャプチャ磁石、もう1つはフィルター磁石）はローバーの前部に取り付けられ、もう1つの磁石（スイープ磁石）はパンカムから見えるローバーデッキの上部に取り付けられた。^[62]粒子はメスバウアー分光計とX線分光計によって分析され、磁性粒子と非磁性粒子の比率、および岩石研磨ツールによって粉砕された空中の塵や岩石中の磁性鉱物の組成を決定するのに役立った。
• 顕微鏡画像装置（MI）は、最大解像度1024 x 1024ピクセルの岩石や土壌のクローズアップの高解像度白黒画像を取得します。開発は、米国地質調査所 天体地質学研究プログラムのケン・ハーケンホフのチームが主導しました。顕微鏡画像装置は、顕微鏡とCCDカメラを組み合わせたものです。^[63]
• ハニービー・ロボティクス社が開発した岩石研磨ツール（RAT）。埃っぽく風化した岩の表面を除去し、搭載機器による検査のために新鮮な材料を露出させる。直径約2インチ（45ミリメートル）、深さ0.2インチ（5ミリメートル）の穴を岩に開けることができ、約2時間で硬い火山岩を削り取ることができた。RATは3つの電動モーターを使い、回転する研磨歯を岩の表面に打ち込む。2つの研磨ホイールが高速で回転する。これらのホイールは互いの周りを非常に低速で回転し、2つの研磨ホイールが切削エリア全体を掃き清める。^[64]

ロボットアームは、対象となる岩石や土壌のターゲットに対して機器を直接配置することができました。

スピリットとオポチュニティ探査車の名前は、学生の作文コンテストで決められました。優勝したのは、アリゾナ州出身のロシア系アメリカ人3年生、ソフィ・コリス[65]の作品でした ^。

私はかつて孤児院に住んでいました。そこは暗くて寒くて孤独でした。夜になると、キラキラ輝く空を見上げて気分が良くなりました。あそこに飛んで行ける夢を見ました。アメリカでは、私の夢はすべて叶えられます。「スピリット」と「チャンス」に感謝します。—
ソフィ・コリス、9 歳

これに先立ち、探査車の開発と製造中は、MER-1 ローバー 1 (オポチュニティ) と MER-2 ローバー 2 (スピリット) と呼ばれていました。NASA 内部では、火星への着陸の順序に基づいて、MER-A (スピリット) と MER-B (オポチュニティ)というミッションの名称も使用しています。

ジェット推進研究所は、火星の状況のテストとモデル化のために、パサデナの施設に2台のローバー、表面システムテストベッド（SSTB）を維持している。1台のテストローバーであるSSTB1は、重さが約180 kg（400ポンド）で、完全に装備されており、スピリットやオポチュニティとほぼ同じである。もう1台のテストバージョンであるSSTB-Liteは、サイズと駆動特性は同じだが、すべての装備が装備されているわけではない。重さは80 kg（180ポンド）で、火星の低重力下でのスピリットとオポチュニティの重量にかなり近い。これらのローバーは、2009年にスピリットが軟らかい土に閉じ込められた事件のシミュレーションに使用された。^{[66] [67] [68]}

グセフクレーターは軌道画像では乾燥した湖底のように見えるが、地表からの観察では内部の平原はほとんどが瓦礫で満たされていることがわかった。グセフ平原の岩石は玄武岩の一種である。岩石にはオリビン、輝石、斜長石、磁鉄鉱などの鉱物が含まれており、粒子が細かく不規則な穴があいているため火山玄武岩のように見える（地質学者は気泡や空洞があると言うだろう）。^{[69] [70]} 平原の土壌の多くは地元の岩石が崩壊してできたものである。一部の土壌ではニッケルの含有量がかなり高いことがわかったが、これはおそらく隕石によるものと思われる。^[71] 分析により、岩石は微量の水によってわずかに変化したことがわかった。岩石の外側の被膜と内部の亀裂は水が堆積した鉱物、おそらく臭素化合物を示唆している。すべての岩石には細かい塵の被膜と1つ以上のより硬い物質の皮膜が含まれている。 1つのタイプはブラシで取り除くことができますが、他のタイプは岩石研磨ツール（RAT）で削り取る必要があります。^[72]

グセフクレーターの塵は、火星全体の塵と同じである。塵はすべて磁性があることが判明した。さらに、スピリットは、磁性は鉱物の磁鉄鉱、特にチタン元素を含む磁鉄鉱によって引き起こされることを発見した。1つの磁石ですべての塵を完全にそらすことができたため、火星の塵はすべて磁性があると考えられる。^{[73]塵のスペクトルは、軌道を周回する衛星によって検出された}タルシスやアラビア などの明るく熱慣性の低い領域のスペクトルに似ていた。おそらく1ミリメートル未満の薄い塵の層がすべての表面を覆っている。その中には、化学的に結合した少量の水が含まれているものがある。^{[74] [75]}

探査車が平原を越えてコロンビア丘陵に登ると、見られる鉱物学が変化した。^{[76] [77]} 科学者たちはコロンビア丘陵でさまざまな種類の岩石を発見し、6つの異なるカテゴリーに分類した。6つとは、クロービス、ウィッシュボーン、ピース、ウォッチタワー、バックステイ、インディペンデンスである。これらは、各グループの著名な岩石にちなんで名付けられている。APXSで測定されたそれらの化学組成は、互いに大きく異なっている。^[78] 最も重要なことは、コロンビア丘陵のすべての岩石が、水性流体によるさまざまな程度の変質を示していることである。^[79] これらは、リン、硫黄、塩素、臭素などの元素が豊富で、これらはすべて水溶液で運ぶことができます。コロンビア丘陵の岩石には、玄武岩ガラスに加えて、さまざまな量のカンラン石と硫酸塩が含まれています。^{[80] [81]} カンラン石の豊富さは、硫酸塩の量に反比例して変化します。これはまさに予想通りのことです。なぜなら、水はオリビンを破壊しますが、硫酸塩の生成を助けるからです。

クローヴィス・グループは、メスバウアー分光計（MB）によって針鉄鉱が検出されたため、特に興味深い。^[82]針鉄鉱は水がある場合にのみ形成されるため、その発見はコロンビア・ヒルズの岩石に過去に水があったことを示す最初の直接的な証拠である。さらに、岩石と露頭のMBスペクトルは、カンラン石の存在が大幅に減少していることを示しているが、^[80] 岩石にはかつて多くのカンラン石が含まれていた可能性が高い。^[83] カンラン石は水があると簡単に分解するため、水がないことの指標となる。硫酸塩が発見されたが、これは水がないと形成されない。ウィッシュストーンには、多量の斜長石、いくらかのカンラン石、無水物（硫酸塩）が含まれていた。ピース岩石には硫黄と結合水の強力な証拠が見られ、水和硫酸塩が疑われる。ウォッチタワー級の岩石にはカンラン石がないため、水によって変質した可能性がある。インディペンデンス級の土には粘土（おそらくスメクタイト族のモンモリロナイト）の痕跡がいくつか見られた。粘土は、かなり長期間水にさらされて形成される。コロンビア丘陵のパソ・ロブレスと呼ばれる土壌は、多量の硫黄、リン、カルシウム、鉄を含んでいるため、蒸発堆積物である可能性がある。^[84] また、MBは、パソ・ロブレスの土壌に含まれる鉄の多くが酸化されたFe ^{3+ の}形であることを発見した。6年間のミッション（本来は90日間しか続かないはずだったミッション）の中頃には、土壌から大量の純粋なシリカが発見された。シリカは、水の存在下での火山活動によって生成された酸性蒸気と土壌との相互作用、または温泉環境の水から生じた可能性がある。^[85]

スピリットが停止した後、科学者たちは小型熱放射分光計（ミニTES）の古いデータを調べ、大量の炭酸塩を豊富に含む岩石の存在を確認した。これは、惑星の地域にかつて水が存在していた可能性があることを意味する。炭酸塩は「コマンチェ」と呼ばれる岩の露頭で発見された。^{[86] [87]}

スピリットはグセフ平原でわずかな風化の証拠を発見したが、そこに湖があったという証拠はなかった。しかし、コロンビア丘陵では、中程度の水性風化の明確な証拠があった。その証拠には、硫酸塩、水がある場合にのみ形成される鉱物の針鉄鉱と炭酸塩が含まれていた。グセフクレーターには昔湖があったと考えられているが、その後火成岩で覆われてしまった。すべての塵には磁性成分が含まれており、これはチタンを含む磁鉄鉱であると特定された。さらに、火星のすべてを覆っている薄い塵の層は、火星のどの部分でも同じである。

オポチュニティ探査車はメリディアニの平原にある「イーグル」と名付けられた小さなクレーターに着陸した。着陸地点の平原は、科学チームによって「ブルーベリー」と名付けられた球状の凝結物である多数の小さな球状物の存在が特徴で、これらは地表に散らばっているか、岩石に埋め込まれている状態で発見された。これらは鉱物ヘマタイトの濃度が高いことが判明し、水性環境で形成された痕跡を示した。クレーターの壁で明らかになった層状の岩盤は、堆積性の性質を示しており、組成分析と顕微鏡画像分析により、これは主に硫酸鉄鉱物であるジャロサイトで構成されており、これは塩分を多く含む池や海の蒸発による残留物である蒸発岩の特徴を持つ。 ^{[88] [89]}

このミッションは、火星における過去の水活動の重要な証拠を提供した。「水仮説」の調査に加え、オポチュニティは天文観測と大気データも取得している。延長ミッションでは、ローバーは平原を横切って南部の一連の大型クレーターに向かい、着陸から 8 年後に直径 25 km のクレーター、エンデバー クレーターの縁に到着した。このクレーター縁の軌道分光法では、より古い堆積物の存在を示すフィロケイ酸塩岩の痕跡が示された。

• エオリス四角形
• シド・リーバーマン（火星探査ミッションの公式ストーリーテラー）

• スティーブ・スクワイアズ著『火星探査：スピリット、オポチュニティ、そして赤い惑星の探査』（2005 年 8 月発行、ISBN 1-4013-0149-5） 
• 火星からのポストカード：赤い惑星の最初の写真家、ジム・ベル著（2006年11月出版、ISBN 0-525-94985-2） 
• Squyres, Steven W.; Arvidson, Raymond E.; Baumgartner , Eric T.; 他 (2003 年 12 月)。「Athena 火星探査機の科学調査」。Journal of Geophysical Research: Planets。108 ( E12 ): 8062。Bibcode : 2003JGRE..108.8062S。doi : 10.1029/2003JE002121。
• JPLロボティクスエンジニアによる技術論文
• インタビュー: NASA の火星探査車の推進者、オーストラリア PC World より 2008 年 10 月 5 日アーカイブ、Wayback Machineより

• NASA JPL の MER ウェブサイト
• 火星探査ローバー 3D モデル
• スピリットミッションプロフィール
• 機会ミッションプロファイル
• 火星探査ローバー プロジェクト、NASA/JPL 文書 NSS ISDC 2001 2001 年 5 月 27 日
• サイエンス、2004年8月6日 -スピリットミッションの第一段階からの科学論文
• 火星探査車マニュアル: 公開されている探査車の技術詳細をすべてまとめたリソース
• MER アナリスト ノートブック (MER 科学データセットへのアクセス)
• 公式 PanCam True Color 画像ギャラリー
• ローバー画像ギャラリー
• 非公式デイリーパンカムカラー画像ギャラリー
• AJS Rayl による MER 進捗レポートのアーカイブ (planetary.org)