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 星間空間へ向かう途中のパイオニア11号の想像図。 | |
| ミッションタイプ | 惑星・太陽圏探査 |
|---|---|
| オペレーター | NASA /エイムズ |
| コスパーID | 1973-019A |
| SATCAT番号 | 6421 |
| Webサイト | 科学.nasa.gov |
| ミッション期間 | 22年7ヶ月19日 |
| 宇宙船の特性 | |
| メーカー | TRW |
| 打ち上げ質量 | 258.5キログラム[1] |
| 力 | 155ワット（発売時） |
| ミッション開始 | |
| 発売日 | 1973 年 4 月 6 日、02:11:00 UTC [1] |
| ロケット | アトラス SLV-3D ケンタウルス-D1A スター-37E |
| 発射場 | ケープカナベラル LC-36B |
| ミッション終了 | |
| 廃棄 | 廃止 |
| 最後の連絡 | 1995年11月24日 |
| 木星の接近 | |
| 最接近 | 1974年12月3日 |
| 距離 | 43,000キロメートル（27,000マイル） |
| 土星の接近 | |
| 最接近 | 1979年9月1日 |
| 距離 | 21,000キロメートル（13,000マイル） |
| |
パイオニア11号（パイオニアGとも呼ばれる）は、1973年4月5日に打ち上げられたNASAのロボット宇宙探査機で、小惑星帯、木星と土星の周囲の環境、太陽風、宇宙線を調査することを目的としています。 [2]土星に遭遇した最初の探査機であり、小惑星帯を通過した2番目の探査機であり、木星を通過した2番目。その後、パイオニア11号は、太陽系を離れることができる脱出速度を達成した5つの人工物体のうち2番目になりました。電力の制約と探査機までの距離が長かったため、宇宙船との最後の定期的なコンタクトは1995年9月30日であり、最後の良好なエンジニアリングデータは1995年11月24日に受信されました。 [3]
ミッションの背景
歴史
1969年2月に承認されたパイオニア11号とその双子の探査機であるパイオニア10号は、太陽系外縁部の探査を目的として設計された最初の探査機でした。1960年代を通じて複数の提案が提出され、初期のミッションの目標は次のように定義されました。
その後の土星との遭遇の計画には、さらに多くの目標が追加されました。
- 土星の磁場を地図に描き、その強度、方向、構造を決定します。
- 土星系を通過する宇宙船の軌道に沿って、さまざまなエネルギーの電子と陽子がいくつ分布しているかを決定します。
- 土星系と太陽風の相互作用をマップします。
- 土星の大気の温度と土星最大の衛星タイタンの温度を測定します。
- 分子が電荷を帯びて電離層を形成すると予想される土星の上層大気の構造を決定します。
- 電波掩蔽データと組み合わせた赤外線観測により、土星の大気の熱構造をマッピングします。
- 遭遇シーケンスと惑星の偏光測定中に、土星系のスピンスキャン画像を 2 色で取得します。
- S バンド電波掩蔽により土星の環系と大気を調査します。
- 土星とその大型衛星の重力場が宇宙船の運動に与える影響を正確に観測することで、土星とその大型衛星の質量をより正確に決定します。
- マリナー木星/土星ミッションの前段階として、リング面の環境を検証し、マリナー宇宙船が重大な損傷を受けることなく安全に横断できる場所を見つけます。[2]
パイオニア11号はTRW社によって建造され、パイオニア計画の一環としてNASAエイムズ研究センターによって管理された。[3]バックアップユニットであるパイオニアHは現在、ワシントンDCの国立航空宇宙博物館の「飛行のマイルストーン」展で展示されている。[4]このミッションの多くの要素は、ボイジャー計画の計画に非常に重要であることが判明した。[5]
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パイオニア10号とパイオニア11号の宇宙船の図 -
国立航空宇宙博物館に展示されている、実物大のパイオニア10号/11号宇宙船の模型を再現 -
宇宙船の側面図 -
パイオニア11号の保護シュラウド取り付け中
宇宙船の設計
パイオニア11号のバスは、深さ36センチメートル（14インチ）で、長さ76センチメートル（30インチ）のパネル6枚で六角形構造を形成している。バスには、探査機の方向を制御するための推進剤と、12個の科学機器のうち8個が収容されている。宇宙船の質量は259キログラムである。[6]
姿勢制御と推進
- 宇宙船の方向は、6つの4.5 N、[7] ヒドラジン 一元推進剤スラスタによって維持されました。1組目は4.8 rpmの一定回転速度を維持し、2組目は前方推力を制御し、3組目は姿勢を制御します。方向に関する情報は、地球の軌道を追跡するための円錐スキャン操作、 [8]カノープスを参照できる恒星センサー、および2つの太陽センサーによって提供されます。[9]
コミュニケーション
- 宇宙探査機には冗長システムトランシーバーが搭載されており、1つは高利得アンテナに接続され、もう1つはオムニアンテナと中利得アンテナに接続されている。各トランシーバーは8ワットで、地球からのアップリンクには2110MHz、地球へのダウンリンクには2292MHzを使用してSバンドでデータを送信し、深宇宙ネットワークが信号を追跡する。データを送信する前に、探査機は畳み込みエンコーダを使用して、地球で受信したデータのエラーを訂正できるようにする。 [10]
力
- パイオニア11号は4台のSNAP-19放射性同位元素熱電発電機（RTG）を使用している（図を参照）。これらは2本の3本の棒からなるトラス上に設置されており、それぞれ長さ3メートル（9フィート10インチ）で120度離れている。これは機内で運ばれる繊細な科学実験から安全な距離であると予想されていた。RTGは打ち上げ時に合計155ワットを供給し、木星への輸送中に140ワットに減少した。宇宙船はすべてのシステムに電力を供給するために100ワットを必要とする。[11]
コンピューター
- ミッションの計算の大部分は地球上で行われ、探査機に送信された。探査機は地上管制官が入力した222のコマンドのうち最大5つをメモリに保持できる。探査機にはコマンドデコーダ2台とコマンド分配ユニット（非常に限定されたプロセッサ）が搭載されており、探査機の操作を指示する。このシステムでは、ミッションオペレータは探査機に送信するかなり前にコマンドを準備する必要がある。機器が収集した最大6,144バイトの情報を記録するためのデータストレージユニットが搭載されている。その後、デジタルテレメトリユニットを使用して、収集したデータを13の可能な形式のいずれかで準備し、地球に送り返す。[12]
科学機器
パイオニア11号にはパイオニア10号よりも1つ多くの機器、フラックスゲート磁力計が搭載されている。[13]
ミッションプロフィール
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打ち上げと軌道
パイオニア11号探査機は、1973年4月6日午前2時11分00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のスペース・ローンチ・コンプレックス36Aから、スター37E推進モジュールを搭載したアトラス・セントールロケットで打ち上げられた。双子の探査機であるパイオニア10号は、 1972年3月3日に打ち上げられていた。
パイオニア11号は、重力による補助を一切受けずに、木星に直接向かう軌道で打ち上げられた。[27] 1974年5月、パイオニアは木星を南北に周回する軌道に変更され、1979年に土星へのフライバイが可能になった。この操作では17ポンド（7.7キログラム）の燃料が使用され、42分36秒続き、パイオニア11号の速度は時速230キロメートル上昇した。[28]また、1973年4月11日と1974年11月7日の2回、途中で軌道修正を行った。[1]
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土星を周回するパイオニア11号のアニメーション
パイオニア11 · 土星 · エピメテウス · ヤヌス · ミマス · エンケラドゥス
木星との遭遇
パイオニア11号は1974年11月から12月にかけて木星を通過した。12月2日の最接近時には雲頂から42,828キロメートル上空を通過した。探査機は大赤斑の詳細な画像を取得し、広大な極域の最初の画像を送信し、木星の衛星カリストの質量を測定した。木星の重力を利用して重力アシストが使用され、探査機の軌道が土星に向かって変更され、速度が上昇した。1975年4月16日、木星との遭遇後、微小流星体検出器はオフになった。[1]
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パイオニア11号木星衝突 -
木星への接近 -
パイオニア11号が撮影した大赤斑 -
最接近前の大赤斑 -
木星の縁に沿った雲の帯 -
極重力アシスト開始 -
木星の極域から1,079,000 km -
756,000 km から撮影されたイオ
ウィキメディア・コモンズにあるパイオニア11号の木星衝突に関連するメディア土星との遭遇
パイオニア11号は1979年9月1日に土星の雲頂から21,000km（13,000マイル）の距離を通過した。[29]
この時までに、ボイジャー1号と2号はすでに木星を通過して土星へ向かっていたため、パイオニア11号は、後にボイジャー2号が天王星と海王星に到達するために飛行しなければならないのと同じ位置で土星の環面を通過することが決定されました。その領域に探査機を損傷する可能性のあるかすかな環の粒子がある場合、ミッション計画者はパイオニアを通じてそれを知る方が良いと感じました。[29]したがって、パイオニア11号は言葉の本当の意味で「パイオニア」として機能していました。危険が検知された場合、ボイジャー2号は環からさらに遠ざかる方向に方向転換できますが、その過程で氷の巨星を訪問する機会を逃すことになります。
パイオニア11号は土星の小さな衛星の1つを撮影し、4,000キロメートル（2,500マイル）以内の距離を通過して、ほぼ衝突した。この物体は暫定的にエピメテウスと特定された。これはパイオニアの画像撮影で前日に発見され、地球上の望遠鏡による以前の観測でも疑われていた衛星である。ボイジャーのフライバイの後、同じ軌道上に2つの同様の大きさの衛星（エピメテウスとヤヌス）があることが判明したため、パイオニアがニアミスした物体がどちらであったかについては不確かな点がある。パイオニア11号は1979年9月1日14:52 UTCに2,500キロメートル（1,600マイル）の距離でヤヌスに遭遇した 。同日16時20分（UTC）、パイオニア11号は103,000km（64,000マイル）の距離で ミマスに遭遇した。
エピメテウスのほかにも、機器はこれまで発見されていなかった別の小さな衛星と追加の環を発見し、土星の磁気圏と磁場を測量し、惑星サイズの衛星タイタンは生命が存在するには寒すぎることを発見した。環面の下を猛スピードで通過しながら、探査機は土星の環の写真を送信した。地球から観測すると通常明るく見える環は、パイオニアの写真では暗く見え、地球から見た環の暗い隙間は明るい環として見えた。
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パイオニア11号が1979年8月26日に撮影した土星の画像 -
パイオニア11号が1979年9月1日に撮影した土星の画像 -
パイオニア11号が1979年9月1日に撮影した土星の画像 -
1979年9月3日に撮影されたパイオニア11号の土星の画像 -
パイオニア11号が撮影した土星の衛星タイタンの画像
ウィキメディア・コモンズにあるパイオニア11号の土星への遭遇に関するメディア星間ミッション
1990年2月25日、パイオニア11号は惑星の軌道を越えた4番目の人工物となった。[30]
1995年までに、パイオニア11号はどの検出器にも電力を供給できなくなり、停止が決定された。[31] 1995年9月29日、プロジェクトの管理を担当するNASAのエイムズ研究センターは、「太陽系の最も遠い場所への約22年間の探査の後、歴史上最も耐久性があり生産性の高い宇宙ミッションの1つが終了します」という文言で始まるプレスリリースを発表した。それによると、NASAはディープスペースネットワークアンテナを使用して「月に1、2回」宇宙船の信号を受信し、「1996年後半のある時点で」送信機が完全に停止する。NASAのダニエル・ゴールディン長官はパイオニア11号を「小さな宇宙船でありながら、太陽系について多くのことを教え、最終的には私たち自身の生来の学習意欲について教えてくれた由緒ある探査機です。パイオニア11号はNASAのすべてであり、限界を超えた探査です」と評した。[32]作戦終了の発表に加え、この派遣ではパイオニア11号のミッションの成果の歴史的リストが提供された。
NASAは1995年9月30日に宇宙船との定期的な交信を終了したが、2週間から4週間ごとに約2時間の交信を続けた。[31]科学者たちは1995年11月24日に数分間の良好なエンジニアリングデータを受信したが、地球が宇宙船のアンテナの視界から外れると最終的な交信は途絶えた。[1] [33]
タイムライン
プロット 1 は、スケールどおりに北黄極から見たものです。
プロット 2 から 4 は、 20% スケールの第三角投影です。SVG
ファイルで、軌道または軌道にマウスを合わせると、それとそれに関連する打ち上げおよびフライバイが強調表示されます。
現在の状況
電力の制約と探査機までの距離が遠いため、探査機との最後の定期的な交信は1995年9月30日となり、最後の良好なエンジニアリングデータは1995年11月24日に受信された。[3] [1]
2024年6月24日現在、パイオニア11号は地球から113.121 AU（169億2270万km）、太陽から114.089 AU（170億6750万km）離れていると推定されている。太陽に対して11.155 km/s（40,160 km/h、24,950 mph）の速度で移動しており、1年に約2.35 AUの速度で外側に向かって移動している。[36] [37]探査機は、現在の位置（2024年6月）RA 18h 54m dec -8° 46'（J2000.0 ）付近で盾座の方向に向かっており、メシエ26に近い。 928,000年後にはK型矮星TYC 992-192-1から0.25パーセク（0.82光年）以内に接近し[38] 、約400万年後にはλ型わし座星の近くを通過する[39] 。
パイオニア11号は、1977年に打ち上げられた2機のボイジャー探査機に追い抜かれた。ボイジャー1号は人類が作った最も遠い物体となり、ボイジャー以降に打ち上げられた探査機はどれもこれを追い抜く速度を持っていないため、当面はその地位を維持するだろう。[40]
パイオニアの異常
太陽から 20 から 70 AU の距離にあるパイオニア 10 号および11 号宇宙船からの無線追跡データの分析では、小さいながらも異常なドップラー周波数ドリフトの存在が一貫して示されていました。このドリフトは、太陽に向かう(8.74 ± 1.33) × 10 −10 m/s 2の一定の加速度によるものと解釈できます。この効果には体系的な原因があるのではないかと疑われていましたが、何も見つかりませんでした。その結果、このいわゆる「パイオニア異常」の性質に対する関心が持続しています。[41]スラバ・トゥリシェフと同僚によるミッションデータの拡張分析では、異常の原因は非対称の熱放射と、その結果として太陽から離れたパイオニアの表面に作用する熱反動力であると判明しました。[42] [43]
パイオニア銘板
パイオニア10号と11号には、他の惑星系の知的生命体によっていずれかの宇宙船が発見された場合に備えて、金アルマイト加工されたアルミニウムの銘板が搭載されている。銘板には、男性と女性の裸の人物像と、宇宙船の起源に関する情報を提供するためのいくつかのシンボルが描かれている。[44]
記念
1991年、パイオニア11号は、当時の9つの惑星と月をそれぞれ探査した無人宇宙船を記念した米国郵便公社の切手10枚のうちの1枚に描かれた。パイオニア11号は木星とともに描かれた宇宙船だった。冥王星は「未探査」として記載されていた。[45]
ギャラリー
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1979 年 9 月 1 日のパイオニア 11 号と土星の環 (アーティストによる概念図) -
パイオニア 11号による土星のフライバイ(アーティストによる概念図)
参照
- 木星の探査
- 土星の探査
- カッシーニ・ホイヘンス、土星探査機、タイタン着陸機
- 太陽系を離れた人工物のリスト
- 外惑星へのミッションのリスト
- パイオニアの異常
- ロボット宇宙船
- 人工衛星と宇宙探査機のタイムライン
参考文献
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文献
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、パイオニア11に関連するメディアがあります。
- NASA太陽系探査機パイオニア11号のプロフィール
- テッド・ストライクのサターンのパイオニア11号のページ
