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 ロゴ | |
| 原産国 | アメリカ合衆国 |
|---|---|
| 最終便 | 2014年12月15日[1] |
| デザイナー | 米航空宇宙局（NASA） |
| メーカー | NASA/JSC |
| 応用 | 惑星および月着陸船 |
| 状態 | 完了[2] |
| 液体燃料エンジン | |
| 推進剤 | 液体酸素/メタン[3] |
| パフォーマンス | |
| 推力 | 24000ニュートン[4] |
| 比推力 | 321秒[5] |
| 燃焼時間 | テスト: 123秒[6] |
| 使用される場所 | |
| モーフィアス・ランダー | |
| 参考文献 | |
| 参考文献 | モルフェウスランダー |
モーフィアス計画は、2010年に開始されたNASAのプロジェクトで、モーフィアス着陸機と呼ばれる垂直離着陸（VTVL ）試験機を開発するものである。新しい無毒の宇宙船推進剤システム（メタンと酸素）と自律着陸および危険検出技術を実証するものである。プロトタイプの惑星着陸機は、垂直離着陸を含む自律飛行が可能である。この機体はNASA設計のロボット着陸機で、月面に1,100ポンド（500kg）の貨物を積んで離着陸することができる。[7]地球上でより安価で安全なだけでなく、月や火星 でも製造できる可能性のある推進剤で確実に動作するエンジンが期待されている。[8] [9]（「現地資源利用」を参照。）
アルファプロトタイプ着陸機は、NASAのジョンソン宇宙センター（JSC）とダラス近郊のアルマジロエアロスペースの施設で製造され、組み立てられました。[7] プロトタイプ着陸機は、直径約12フィート（3.7メートル）、重量約2,400ポンド（1,100キログラム）の「宇宙船」であり、4つの銀色の球形推進剤タンクと、その上に航空電子機器ボックスとワイヤーの網で構成されています。[10] [11] [12]
このプロジェクトは、コストと時間を節約する「無駄のない開発」エンジニアリング手法を試している。その他のプロジェクト活動には、適切な地上運用、飛行運用、射撃場の安全性、ソフトウェア開発手順の導入などがある。着陸パッドと管制センターも建設された。[7] 2010年7月のプロジェクト開始から、その後の4年間で約1,400万ドルが資材に費やされたため、モーフィアスプロジェクトはNASAにとって無駄のない低コストのプロジェクトであると考えられている。[11] [13] 2012年、このプロジェクトは25人のフルタイムチームメンバーと[14] 60人の学生を雇用した。 [15] [16] 常に平均40人がプロジェクトに従事していた。[2]モーフィアスプロジェクトは、合理化されたプロセスと手法を考案し、使用した。[ 17]モーフィアス着陸船の最後の飛行は2014年12月であった。 2015年3月12日のプロジェクトレビュー終了時には、リーン開発手法、ドキュメントの最小化、ホームデポ、MSCインダストリアルダイレクト、WWグレインジャーからの部品購入によって5,000万ドルが節約されたと推定されました。[2]
歴史
プロジェクト・モーフィアスは2010年7月に開始され、ギリシャ神話の夢の神モルフェウスにちなんで名付けられた。 [19]モーフィアス宇宙船は、アルマジロ・エアロスペースの支援を受けてプロジェクトMが製作した実験用着陸船から派生したものである。プロジェクトM（NASA）は、1000日で月面にヒューマノイドロボットを設計、開発、着陸させるというNASAの取り組みであった。 [20] 着陸船のシステムの一部に関する作業は、NASAのコンステレーション計画が人類の月への再訪を計画した2006年に始まりました。[11]
同じ2006年に、アルマジロ・エアロスペースは、NASAのセンテニアル・チャレンジの一環として、月着陸船チャレンジに最初のピクセルロケット着陸機をエントリーしました。[21]
モーフィアス#1ユニットAの試験機は2011年4月15日に初めて燃焼試験が行われた。[22]
モーフィアスの新しい4,200ポンド力（19,000 N）エンジン[23] により、NASAはより多くの推進剤を空中に打ち上げることで、より長い飛行時間を実現しました。エンジンは2013年に5,000 lbf（22,000 N）に再度アップグレードされ、最終的に5,400 lbf（24,000 N）に達しました。[4] [24] 新しい着陸装置の設計は、機械的な変更の一部でした。NASAは、電力分配とストレージ、計器、フライトコンピューター、通信、ソフトウェアを含む航空電子機器も交換しました。強化された着陸システムにより、モーフィアスはピクセルとは異なり、パイロットの助けを借りずに離陸、飛行、着陸を行うことができます。[25]
射場安全の観点から、モーフィアス#1プロトタイプは誘導弾道再使用ロケットのカテゴリーに分類されます。[26] : p. 11
2012年7月、試作着陸機は自由飛行試験のためケネディ宇宙センターに送られ、メディアはモーフィアス着陸機の見学に招待された。[27] 2012年8月9日、試作モーフィアス#1ユニットA（アルファ）着陸機は、ケネディ宇宙センターで2回目の無拘束飛行中、離陸時に墜落した。負傷者や財産の損害はなかったが、機体は修復不可能なほど損傷した。プロジェクトは原因を調査し、ユニットBの建造を続行した。 [28] 2012年後半、モーフィアス計画とALHATチームが統合された。[6]
2013年2月7日、モーフィアス計画チームは、モーフィアス1.5Bと1.5Cのロケットを製作したとブログで発表した。このロケットは、同年後半にケネディ宇宙センターで自由飛行試験を再開する準備として、2013年春にジョンソン宇宙センターで一連の静的高温燃焼試験と動的係留飛行試験を受けた。[6] [29]
2013年5月1日、ジョンソン宇宙センターで代替のモーフィアス#1.5ユニットBテストベッドのホットファイアが行われた。代替品の強化には、推力5,400ポンド（24,000 N）のメインエンジンと統合酸素/メタン反応制御システム（RCS）が含まれており、メインエンジンとRCSエンジンが同じタンクから推進剤を引き出す最初の酸素/メタン車両であり、極低温RCSシステムを使用する最初の車両となっている。[4] [24] 2013年6月14日、同じ日に同じ着陸船を使用して2回の飛行を行うことで、迅速な再利用性が実証された。[31] 2013年7月、ALHAT機器が着陸船に統合され、テストされた。[32] 2013年9月26日、車両は地面に固定された状態でさまざまな条件で20回の短いエンジン点火を行った。[33]
2013年11月、ブラボー着陸船は自由飛行試験のためフロリダ州ケネディ宇宙センター（KSC）に運ばれた。[34] [35] 代替着陸船を作るために75万ドルの部品が購入された。KSCは火炎溝を内蔵した移動式発射台を設計することで、着陸船の打ち上げ時の騒音振動を抑えた。[16]
2014年3月11日のフリーフライト9は、ブラボー機にALHATセンサーが統合される前の最後の飛行でした。[36] 2014年5月28日のフリーフライト14は、ALHATを主誘導システムとして夜間に実施されました。危険領域内の危険は自動的に回避されました。[37]
2014年5月、モーフィアス計画はNASAのLunar CATALYST計画の参考資料の一部となった。[38]
2013年には開発中に得られた教訓を明らかにした論文が発表され、将来のプロジェクトに役立つ可能性がある。[39] 2014年には、自由飛行を含む統合テストキャンペーンを説明する論文が発表された。[40]
このプロジェクトの簡単な歴史を紹介する記事が2014年7月11日のRocketSTEMに掲載されました。[41]
2014年11月、モーフィアス着陸船には追加のALHATセンサーが搭載されました。新しい光学系により、ナビゲーションドップラーライダーは地面に対する車両の速度を正確に測定できるようになりました。[42]
目的
Morpheus プロジェクトの主な目的は、次のことを実証することでした。
- 自律誘導・航法・制御（GN&C）システムの統合システム性能、
- 地形危険回避センサー、
- センサーとGN&Cの結合、
- 統合されたメイン/RCSエンジン液体酸素および液体メタン推進システムの利用。 [3] [43] [注a]
具体的には、モーフィアスプロジェクトと自律着陸危険回避技術（ALHAT）プロジェクトは、低地球軌道を超えて人間を輸送するために必要な主要コンポーネントの技術的基礎を提供します。[7]
テストベッドにはオプションで最大1000ポンドの貨物を搭載することができ、400ポンドの自律着陸危険回避技術（ALHAT）装置を搭載して、オペレーターの操作なしで着陸を可能にする。[10] [44] ALHATにより、着陸機は指定された場所まで高精度で飛行し、5度を超える傾斜や30cmを超える高さの岩などの危険を自動的に回避することができる。[45]
2013年6月、チームは500kgのペイロードを搭載した着陸船を、月などの場所に乗組員を乗せた居住可能なモジュールを着陸させることができる規模にまで拡大できる可能性について言及した。[46]
ハードウェア仕様
| 説明 | サイズ | 参照 |
|---|---|---|
| ペイロード | 500キロ | [7] |
| 乾燥質量 | 約1100kg | [10] |
| 推進剤 | メタン/ LOX | [3] |
| 推進剤質量 | 2900キロ | [3] |
| 推進剤タンク | 4オフ | [11] |
| 加圧 | ヘリウム | [7] |
| 身長 | 3.7メートル | [12] |
| 直径 | 3.7メートル | [12] |
| メインエンジン | HD5 | [6] |
| 主なRCS推進剤 | メタン/液体酸素 | [24] |
| RCS推力 | 22～67 北 | [47] |
| バックアップRCS推進剤 | ヘリウム (He) | [48] |
| オプションのハードウェア | アルハット | [44] |
| ALHATのレーザーのクラス | IV | [49] |
| 説明 | サイズ | 参照 |
|---|---|---|
| 推力 | 24000N | [4] |
| 比推力 | 321秒 | [5] |
| 最大燃焼量（テスト済み） | 123秒 | [6] |
| 推進剤 | メタン/ LOX | [3] |
| スロットル範囲 | 4:1 | [4] |
| 燃料混合比 | （未定） | - |
| ノズル比 | （未定） | - |
| 空気始動可能 | はい | [50] |
| エンジン再始動可能 | はい | [31] [33] |
| 最大耐用年数 | （未定） | - |
| 重さ | （未定） | - |
| チャンバー圧力 | （未定） | - |
| 製造 | NASA JSC | [7] |
| 点火時のノズルへの最小接地 | 約15フィート | [40] |
| エンジン1台あたりの製造コスト（2013年） | 60,000ドル | [2] |
モーフィアス計画の乗り物「モーフィアス」は、NASAがロボノートまたは同等の大きさのペイロードを月面に着陸させることができるように計画している実物大の乗り物である。宇宙船は、月周回軌道への燃料噴射後にすべての燃料燃焼を行う。[7] [51]
月周回軌道から着陸までナビゲーションは完全に自律的に行われる。ナビゲーションの更新は、軌道離脱燃焼後のTRNレーザー高度計とスタートラッカーから行われる。深宇宙ナビゲーションは、放射計とスタートラッカーに依存している。[52]
時間と費用を節約するため、プロトタイプのモーフィアス着陸船は「シングルストリング」プロトタイプであり、これは実際の宇宙飛行に適した宇宙船とは異なり、冗長システムを備えていないことを意味します。例外については以下で説明します。[14]
- モーフィアス #1.5 ユニットA
- エンジンは環境に優しい推進剤であるメタンと酸素を燃焼させ[3] 、ヘリウムで加圧します[7]
- モーフィアスHD4エンジンは、アルタイル上昇段[43]と互換性のある4,200ポンド力（19,000 N）の推力[23]を生み出しました （後にユニットBとCにアップグレードされました。下記参照）
- このエンジンは宇宙飛行中に最大比推力（Isp）が321秒持続する。 [5]
- 圧力供給式極低温エンジンは4:1スロットルをサポートし、衝突要素インジェクター設計を採用しています。[4]
- エンジンは2つの直交電気機械アクチュエータ（EMA）によってジンバル制御されており、横方向の移動、ピッチング、ヨー姿勢の推力ベクトル制御を提供します。[5]
- 直径48インチ（1,200 mm）のタンクを4つ搭載しており、うち2つは液体メタン用、もう2つは液体酸素用で、約2,900 kg（6,400 lb）の推進剤を収容できる[3]
- 乾燥質量はおよそ2,400ポンド（1,100kg）である。[10]
- 大きさは約12フィート×12フィート×12フィート（3.7m×3.7m×3.7m）。[12]
- バージョン1.5着陸機はHD5エンジンを搭載し、1,100ポンド（500kg）の着陸が可能で、これには月周回軌道への燃料噴射後のすべての推進剤燃焼の実行も含まれます。[7]
- 着陸機のロールを制御するために使用される主要な反応制御システム（RCS）スラスタは、メインタンクからのメタンとLOXを使用します。[5] [24] 生成される推力は5〜15ポンド力（22〜67 N）です。[47]
- バックアップRCSはヘリウム（He）を使用する。[48]
- メインエンジンとRCSエンジンはNASA/JSCで設計・製造され、NASA/JSC、NASA/SSC、NASA/KSCで試験発射された[4] [47] [53]
- メインコンピュータとして、PowerPC 750プロセッサを搭載したAitech S950 CompactPCIボードが使用されています。[5]
- 最大16GBのデータを機内に保存できる。[5]
- データバスにはRS-422、RS-232、イーサネット、MIL-STD-1553などがある。[5]
- 飛行中は航空電子機器と動力装置（APU）は液体メタンを使用して冷却され、発生した蒸気は排出される。[54]
- 地上では液体窒素が航空電子機器の冷却に使用されています。飛行前には気体窒素を使用して航空電子機器から水分が除去されます。[5]
- 車載カメラ[5]
- テレメトリはスペクトル拡散無線通信を使用して返送されます。[5]
- 電力は8個のリチウムポリマー電池によって供給される。[5]
- GN&C センサー スイートには以下が含まれます:
- Javad 全地球測位システム (GPS) 受信機
- ハネウェルの宇宙統合 GPS/INS (SIGI)の国際宇宙ステーション (ISS) バージョン
- リトン LN-200 慣性計測ユニット (IMU)
- アキュイティレーザー高度計[5]
- ゴダード宇宙飛行センター（GSFC）のコアフライトソフトウェア（CFS）は、宇宙船のソフトウェアのアーキテクチャを提供します。[5]
- 4本の脚にはそれぞれ着地時の衝撃を和らげるために耐火材で覆われたフットパッドが付いています。[55]
- スタンドアロンの加速度計ユニットは、ジョンソン宇宙センターによって設計されたモジュラー計装システム（MIS）を使用して構築されました[56]
- オプションのALHATハードウェア。ALHAT機器とその質量はペイロードの一部とみなされます。[44]
コマンドは、別の超高周波（UHF）無線を使用して推力停止システム（TTS）に送信できます。射場安全装置によるTTSの使用により、2つの電動バルブが閉じられ、エンジンへの液体酸素とメタンの流れが遮断され、エンジンの推力が停止します。これらのTTSバルブは、車両の他のシステムから完全に独立しています。TTSは、ALHATの危険検出システムのレーザーの発射も停止します。タイプIVレーザーは目に安全ではないためです。[5] [57]
詳細については、「Morpheus: 人類探査のための先進技術」論文を参照のこと。[5]
- モーフィアス #1.5 ユニット B
プロトタイプのモーフィアス#1ユニットB着陸機は、プロトタイプのモーフィアス#1.5ユニットA着陸機と同じ設計を使用していますが、次の変更が加えられています。[14]
- 慣性計測装置のバックアップシステムが追加された[14]
- 試験の失敗の潜在的な要因に対処するとともに、操作性と保守性を向上させるために、車両と地上システムに70種類のアップグレードを実施しました。[24] これには以下が含まれます。
- 高度なエンジン性能、
- 強化された通信プロトコル、
- 必要に応じて冗長計装、
- 構造的マージンの増加、
- 打ち上げ時の振動音響環境を緩和した。[24]
- アップグレードされたHD4およびHD5モーフィアスエンジンは、5,400ポンド力（24,000 N）の推力を生み出します。[4] ：p.4
- このプロジェクトでは、新しいエンジンにより3～4人を乗せた有人着陸船の上昇段を月周回軌道まで打ち上げることができると見積もっている[58]。
- コネクタは軍用仕様のバージョンに置き換えられました。[59]
- 迅速な再利用が可能で、1日に複数回の飛行が可能。[31]
- ランダーは時速約10マイル（16km/h）の風に耐えることができる。[60]
- テザー試験中の振動音響打ち上げ問題を軽減するため、着陸機は地上15フィート（4.6メートル）の高さに持ち上げられ、軽量で溶けるコードが着陸機を固定するために使用された。[40] ：p.4
- ユニットBはブラボー車両とも呼ばれる。[29]
- モーフィアス #1.5 ユニット C
プロトタイプのモーフィアス#1ユニットC着陸機は、プロトタイプのモーフィアス#1.5ユニットA着陸機と同じ設計を使用していますが、次の変更点があります。[14]
- 上記ユニットBと同様の改良が施されている。この機体は飛行させられなかった。[14]
自律着陸危険回避技術
オプションの自動着陸危険回避技術（ALHAT）装置により、オペレーターの操作なしで着陸が可能になります。[44] ALHATにより、着陸機は指定された場所まで高精度で飛行し、5度を超える傾斜や30cmを超える高さの岩などの危険を自動的に回避できます。[45] アクティブセンサーには、フラッシュLIDAR、LIDARドップラー速度計、レーザー高度計が含まれます。[49] [61]
ソフトウェア
Project Morpheus のリーン開発哲学により、新しいソフトウェアと既存のソフトウェアが混在して使用されるようになりました。ソフトウェアは次の用途で使用されます。
- 垂直試験台（着陸機）。[62] NASAゴダード宇宙飛行センターが開発したコアフライトソフトウェア（CFS）は、特定のアプリケーションソフトウェアとカスタムセンサーおよびI/Oアプリケーションで強化されています。
- ハードウェア開発。[63] OVERFLOWパッケージ（および風洞試験）の使用を含む。
- ミッションコントロールを含む地上環境。[64]ミッションコントロールテクノロジーは、テスト発射中に燃料タンクの圧力やその他のパラメータを表示するために使用されてきた。[65]
- ALHATシステム[66 ]
- 飛行シミュレーションはオフラインと飛行ハードウェアに接続して行われます。[67]使用されたパッケージには、JSC Trick Simulation Environment、JSC Engineering Orbital Dynamics (JEOD) パッケージ、JSC generic models Valkyrie パッケージが含まれます。パラメータは、アクチュエータなどのMorpheus飛行ハードウェアと、テザーテスト飛行から得られたデータを反映するように調整されています。
- Microsoft SharePointパッケージは、エンジニアやマネージャーが計画を立て、文書を共有し、構成変更管理の方法を提供するために使用されました。[68]
- 文書はMicrosoft Officeを使用して作成されることが多かった。[68]
テストベッドテスト
- 2011
2011年4月現在、テストベッドの主な焦点は、月面降下プロファイルを飛行できる統合推進および慣性ベースの誘導、ナビゲーション、制御（GN＆C）システムを実証し、自律着陸および危険回避技術（ALHAT）、安全な着陸センサー、閉ループ飛行制御システムをテストすることです。[43]
その他の目的には、タンクの材質と製造、反応制御スラスタ、主エンジンの性能向上、ヘリウム加圧システム、地上運用、飛行運用、射撃場の安全性、ソフトウェア、航空電子機器のアーキテクチャなどの技術実証が含まれます。[7]
JSCの垂直試験台（VTB）飛行複合施設は、NASAエイムズで開発されたミッションコントロールテクノロジー（MCT）ソフトウェアを使用して、モーフィアス着陸船の試験飛行を制御しています。表示されるパラメータには、燃料タンクの圧力が含まれます。[69]
モーフィアス機には、ホットファイア、テザーホバリングテスト、およびテザーなしの「自由飛行」を含む一連の統合型機体テスト飛行が考案された。[5]
高温燃焼試験中に機体の排気煙を遮断するため、着陸機は地上20フィート（6.1メートル）の高さに係留された。係留試験では15フィート（4.6メートル）の高さが使用された。[40] : p. 4
2011年に実施されたテザーテスト6までのテスト、テスト結果、機器の改造は、モンタナ州ビッグスカイで開催された2012年IEEE航空宇宙会議の会議論文集に掲載されました[70]
- 2012
試験飛行のビデオはYouTubeのモーフィアス着陸船チャンネルに投稿されている。これには、着陸船が係留されている間に、より強力なV1.5エンジンを搭載した2012年の回帰試験飛行や、「これが私たちがテストする理由です」ということを示す問題のある初期の試験飛行が含まれている。[71]
2012年5月10日、テストベッドはホバリングとソフトアボートのテストに合格し、その様子はビデオ「モーフィアステザーテスト15」で紹介されている。[71]着陸機はALHAT機器を取り付けるためにワークショップに戻された。反応制御システム（RCS）スラスターも取り付けられた。[72] [73]
2012年夏、モーフィアス着陸機V1.5ユニットAは、無索飛行試験のためフロリダのケネディ宇宙センターに移送された。また、ALHATシステムが自動的に安全な着陸地点にナビゲートできるかを試験するため、スペースシャトルの滑走路の端に岩やクレーターなどの危険物を含む「危険フィールド」が構築された。[74]写真でわかるように、ケネディの広々とした空間は、滑走路と危険フィールドを含む飛行経路全体を、水で満たされた堀で構成された防火帯で囲むことを可能にしている。
330×330フィート（100×100メートル）の危険地帯には、5つの着陸パッド、311の岩山、そして月の南極の地域を模倣した24のクレーターが含まれていました。 [11]
2012年7月20日、アポロ11号の月面着陸43周年にあたる日、モーフィアス試験機が高度な試験のためにケネディ宇宙センター（KSC）に到着した。高性能のモーフィアスエンジンHD5バージョンは、 2012年夏にステニス宇宙センターで性能試験された。試験と危険フィールドの構築は、NASAの先進探査システムプログラム（AES）によって資金提供された。[53]
- 2013
2012年秋から2013年初頭にかけて、第4世代と第5世代のモーフィアスメタン/LOXロケットエンジンがステニス宇宙センターで試験発射された。長時間燃焼に成功し、123秒間続いた。その他の試験では、能力とスロットルレベルが検証された。[6]
ALHAT装置は、ケネディ宇宙センターの危険地帯でヘリコプターを使用してテストされました。風向を考慮する必要があったモーフィアスのような軌道を使用して複数回の飛行が行われました。[6]
着陸船の燃料タンクは、溶接部の欠陥のチェックやタンク圧力のサイクル試験など、一連の検査と試験を受け、タンクの最小サイクル寿命を確定した。最大圧力能力は、犠牲タンクを破裂するまで加圧することで検証された。[6]
2013年5月1日、JSCでは、交換用のユニットBモーフィアステストベッドが完全にテザーされた状態で50秒間発射されました。統合されたメタン反応制御システム（RCS）と推力ベクトル制御（TVC）ジェットも発射されました。車両と地上システムに多くの機能強化が組み込まれました。[24]
2013年5月16日、JSCでは、テストベッドが地面に固定された状態で発射され、その後、地上3フィート（0.91メートル）の高さで固定され、反応制御システムのテストが行われた。小さな漏れが修復され、振動の影響のテストが名目上のものになった。テストの準備として、テストエリアの周囲の防火帯が舗装され、小さな「火炎塹壕」が掘られた。[50] [75]
2013年5月24日、JSCでV1.5Bテストベッドが高所でテザー飛行された。点火と上昇は良好だった。機体が安定しようとして内部で設定された限界を超えたため、ソフトアボートにより飛行は終了した。[58]
2013年6月6日、JSCのテザーテスト22で、テザーテストベッドは74秒間の飛行に成功しました。ホバリングは60秒間続き、スムーズでした。[76]プライマリIMUを使用しました。[77]
2013年6月11日、JSCでの係留試験で、バックアップ慣性計測装置（IMU）が飛行試験に合格した。飛行時間は17秒間のホバリングを含めて27秒間続いた。[77]
2013年6月14日、2回のテザー飛行が行われた。最初の発射は、燃料負荷の不均衡により機体が安全地帯を超えたためソフトアボートされた。2回目の発射は成功した。これはエンジンの再始動とみなされる。2回目の飛行中、機体はプライマリ慣性計測装置（IMU）からセカンダリIMUへの切り替えに成功した。[31]
2013年7月2日、ALHATをモーフィアス着陸船に取り付けて統合テストが行われた。これらのテストには、着陸船の脚をさまざまな高さのブロックの上に上げて姿勢を垂直からずらす「傾斜」テストが含まれていた。[78]
2013年7月11日、上部に統合された自動着陸および危険回避技術（ALHAT）レーザーセンサーを備えたモーフィアス機「ブラボー」の最初のテザー飛行テストが実施されました。2回目の試みでは点火は良好でしたが、上昇中に機体が下方に移動し、テザーテスト用に内部設定された範囲の安全境界制限（+/-4 m）を超えたため、自動ソフトアボートが発生しました。[32]
2013年7月23日、テザーテスト26が成功裏に実施された。着陸機とALHATは2つの異なる高度まで飛行し、ホバリングした。主RCS（メタン/LOX）とバックアップRCS（ヘリウム）の両方が使用され、テザーの端で「着陸」が成功した。横方向の移動は最大で約0.2mであった。ALHATの追跡と画像は正常で、危険対象を特定することができた。[48]
2013年7月27日、モーフィアス/ALHATテザーテスト27号が成功しました。着陸機は離陸し、ALHATの撮影を行った後、横方向の移動を行いました。[79]
2013年8月7日、テザーテスト28が成功裏に実施された。約80秒間の飛行で、機体はエンジン点火、上昇、模擬火星土壌上での3メートルの横方向移動、頂点での40秒間のホバリング、自由飛行誘導による斜め下降による「着陸」を実行した。火星模擬土壌は、噴煙研究の一環としてジェット推進研究所（JPL）から提供された。 [80]
2013年8月23日、ブラボー着陸機はJSCでテザーテスト29を成功裏に実施した。約50秒間の飛行中、ブラボーの動作には点火、上昇、3メートルの横方向の移動が含まれていた。頂点で10秒間ホバリングし、自由飛行誘導を使用してクレーン「着陸」まで斜めに降下した。[81]
2013年8月29日、ブラボー着陸船はJSCで約63秒間のテザーテスト30飛行に成功しました。頂点で15秒間ホバリングしながら5メートル上昇した後、3メートル後方に横方向に移動しました。その後、さらに15秒間ホバリングし、前方に斜めに降下しました。[29]
2013年9月18日、強風の中、ブラボー着陸船はテザーテスト31を成功裏に実施した。この飛行は前日のテストが中止された後の急遽の飛行であり、チームによってさまざまな問題が解決された。[60]
2013年9月24日、着陸船は地上から打ち上げられた。いくつかの問題が検知され、打ち上げは中止された。問題には、誤った「エンジンノズルのバーンスルー」警告やエンジン始動時の不安定性などが含まれていた。2013年9月26日、HF10テストが実施された。これは、同日にさまざまな圧力、温度、出力レベルでエンジンを20回短時間点火するテストである。調査の目的は、始動時のエンジンの不安定性の限界を探ることであった。[33] [82]
2013年10月29日、着陸機とロケットエンジンのメタン/LOXは、JSCの溝の上で600ミリ秒の燃焼を6回実行しました。不安定性はありませんでした。[83] 2013年11月1日、ソフトウェアとハードウェアのすべての機能強化が含まれた着陸機は、テザー飛行テストに成功しました。車両はテザーに支えられながら空中始動を実行しました。[84] 2013年11月7日、プロジェクトは、JSCでの地上試験離着陸（GTAL）による着陸機のテストを完了しました。車両は通常どおり飛行し、意図したターゲットの横方向1インチ（2.5cm）以内、ダウンレンジ6インチ（15cm）以内に着陸しました。 GTALテストでは、地上の発射台から離陸し、21フィート（6.4メートル）の高さまで飛行し、ホバリングと降下プロファイルを実行し、発射地点から10フィート（3.0メートル）離れた別のパッドに着陸するまでの機体の性能を検査しました。これは、2012年8月9日の下記のインシデント2で明らかになった欠陥が現在では発見され、修正されたことを示しています。[35] [85]
2013年12月6日、統合型ロケットはフロリダ州ケネディ宇宙センターでテザーテスト33に合格した。これはテザーテスト29の繰り返しだった。このテストは主に、ブラボー着陸機がテキサスから輸送された後に問題がないことを確認するために実施された。[86] 2013年12月10日、ケネディ宇宙センターのシャトル着陸施設で、モーフィアスプロトタイプ着陸機の最初の自由飛行が成功裏に実施された。54秒間のテストは、モーフィアス着陸機が炎の溝を越えて地上から打ち上げられ、約50フィート上昇した後、約15秒間ホバリングすることから始まった。その後、着陸機は前方に飛行し、発射地点から約23フィート、目標地点から約6インチ離れたパッドに着陸した。[16] [87] [88]
2013年12月17日、モーフィアス着陸機はフリーフライト4に成功した。計画された軌道は完璧に飛行し、目標地点から3.5インチ以内に着陸した。モーフィアスは目標上昇速度を維持するために82フィート（25メートル）で一時停止した後、炎溝の上空から約164フィート（50メートル）の高度まで上昇した。その後、機体は前方に飛行し、30秒間で約154フィート（47メートル）を移動した後、ALHATハザードフィールド内の専用着陸パッドに降下して着陸した。[89] [90]
- 2014
2014年1月16日、ケネディ宇宙センターのシャトル着陸施設でフリーフライト5が成功裏に実施された。ブラボー機はこれまでのすべての飛行よりも高く、速く飛行した。事前に計画されていた軌道は、57メートル（187フィート）まで急速に上昇し、下降しながら47メートル（154フィート）を横断し、打ち上げから約1分後にハザードフィールド内の目標地点から約11インチ離れた場所に着陸することだった。[91] 2014年1月21日、ブラボーはフリーフライト6を実施した。64秒間の飛行で、機体は305フィート（93メートル）まで上昇し、その後25秒間で358フィート（109メートル）前進した。計画通り、ブラボーは目標地点から0.38メートル（15インチ）離れたハザードフィールドに着陸した。最大上昇速度は11.4m/s（25.5mph）であった。[92]
2014年2月10日、フリーフライト7がケネディ宇宙センターで行われた。ブラボーは高度467フィート（142メートル）まで飛行し、その後30秒間で637フィート（194メートル）を横断して危険地帯に着陸した。機体は事前に計画された軌道を完璧に飛行し、最大上昇速度13メートル/秒に達し、打ち上げから74秒後に目的の地点に着陸した。[93]エンジニアは、テスト中の高度は重要ではなく、チェックアウト、地上積み込み、飛行、回収操作のすべての段階を含む飛行経験が重要であると述べている。[8]
2014年2月14日と2014年3月3日、ケネディ宇宙センターで、さまざまな短パルスと長パルスを使用した着陸機のロール制御システム（RCS）のホットファイアテストが行われました。[94] [95]複数のセンターからなるモーフィアスチームは、2014年3月5日水曜日にケネディ宇宙センター（KSC）シャトル着陸施設（SLF）でフリーフライト8を無事完了しました。ブラボー機は高度467フィート（142メートル）まで飛行し、その後、飛行中のコース変更を含めて36秒間で637フィート（194メートル）を横断し、元のターゲットから56フィート（17メートル）離れた危険領域に着陸しました（危険回避をシミュレーション）。機体は最大上昇速度13メートル/秒に達し、打ち上げから79秒後に意図したターゲットから約10インチ離れた場所に着陸しました。[96]
2014年3月11日火曜日、モーフィアスチームはケネディ宇宙センターのSLFでフリーフライト9（FF9）を成功裏に完了した。これはモーフィアスにとってこれまでで最も高い（177メートル（581フィート）で、VABやワシントン記念塔よりも高い）、最も速い（垂直および水平速度13.4メートル/秒（30マイル/時）、最も遠い（255メートル（837フィート））飛行であった。[36]
2014年3月の残りの期間、ALHATハードウェアが再び挿入され、2014年3月27日にアセンブリのテザーテストが成功しました。テザーテスト34の飛行軌道はTT33およびTT29と同様で、2回のホバリングと3.25m（10.7フィート）の上昇中の3m（9.8フィート）の移動でした。[97]フリーフライト10（FF10）は、ALHATがオープンループモードで2014年4月2日に行われました。ALHATはハザードフィールドを画像化し、リアルタイムでナビゲーションソリューションを計算しました。モーフィアスは最高高度約804フィート（245メートル）まで上昇し、最初は30度のグライドスロープで前方下降し、その後水平飛行し、最初の目標から78フィート（23.8メートル）離れた着陸地点に迂回しながら50秒間で合計約1334フィート（406.5メートル）を水平に飛行し、その後下降してALHATハザードフィールドの前方（南）にある専用の着陸パッドに着陸した。総飛行時間は約96秒で、これまでで最長の飛行となった。[98] 2014年4月24日のフリーフライト11は、ALHATにいくつかの変更を加えたフリーフライト10の繰り返しであった。[99] 2014年4月30日のフリーフライト12はFF10の繰り返しであったが、着陸場所をALHATが選択した。[100]
2014年5月22日、自由飛行中にALHATは危険地帯内の安全な場所を着陸地点として決定し、着陸機をそこへ飛行させた。[101]
モーフィアス/ALHAT チームは、2014 年 5 月 28 日水曜日にケネディ宇宙センター SLF でフリー フライト 14 (FF14) を無事完了しました。これは、ブラボーの 12 回目、ALHAT の 5 回目のフリー フライトであり、史上初の夜間フライトでした。初期データでは、すべての車両システムの公称パフォーマンスが示されていました。ALHAT 危険検出システム (HDS) は適切に機能しましたが、着陸パッドの中心付近の保守的に設定された制限のわずか 0.5 メートル (1.6 フィート) 外側に安全な場所を特定しました。その後、ALHAT は、接近中ずっとクローズド ループ モードで車両をナビゲートし、ALHAT がすでに推測航法を開始していた軌道の降下フェーズで車両がナビゲーションを引き継ぎました。より保守的でない位置誤差制限によって ALHAT が着陸までナビゲートし続けることができたとしても、車両は安全にパッドに着陸していたでしょう。
チームは、非臨界温度が限界を超えたために点火に失敗するなど、飛行前のいくつかの問題を克服し、2回目の試みでこれを修正して成功させた。[37]
2014年11月19日、ケネディ宇宙センターでモーフィアス着陸機の試験が行われた。ALHATのハードウェアは、ナビゲーション・ドップラー・ライダーが機体の地上に対する速度を正確に測定できる新しい光学系で強化された。[42]試験はリモートコントロールシステムの故障により中止された。これまでのところ、エンジンは合計1,134秒間燃焼している。[102] 2014年12月2日火曜日にケネディ宇宙センターの地上実験室で行われたテザーテスト36（TT36）は回帰試験であった。ブラボー機体は計画された40秒間の軌道を完璧にたどったが、いくつかの矛盾が特定された。これらの異常を評価し、機体と地上システムが自由飛行試験をサポートする準備ができていることを確認するためにデータがレビューされた。[103]
2014年12月15日、試作着陸機はフロリダ州ケネディ宇宙センターのシャトル着陸施設の北端から800フィート上空まで自由飛行試験第15回で飛行した。97秒間の試験中、ALHATは安全な着陸地点を探すために危険地帯を調査し、着陸機を前方下方に誘導して着陸を成功させた。[1]
- 結論
2015年2月現在、[アップデート]計画されていた試験は完了しており、着陸船はJSCに持ち帰られた。[18] [104]試験を含むプロジェクトレビューは2015年3月12日に行われた。[2]
試験装置と地上作業
通常のエンジニアリングツールに加えて、いくつかのテスト機器が製作または調達されました。これには、熱や破片から保護するためにシールドで包まれたクレーン、 テザー、テザーを制御するためのバンジー、 エネルギー吸収装置が含まれます。エネルギー吸収装置は、耐火性のアルミニウムハニカムで満たされた金属管でした。[40] : p. 3
コンクリート製の発射台と着陸台が建設された。ケネディ宇宙センターでは、危険地帯の近くに地上発射用の小さな火炎溝が掘られた（ALHATをテストするために建設された）。カメラと記録装置が設置された。コンピューターと無線通信機器が使用された。[40]
着陸船、バッテリー、消耗品を移動するための台車が使用された。カテゴリーIVレーザーに対する安全服と目の保護具が支給された。[57] [105]
典型的な試験日には、地上運用スタッフはロールアウトからモーフィアスが格納庫に戻るまで約10時間働く。その日の作業内容は、安全ブリーフィングと機体のロールアウト、充填前点検、推進剤充填（液体酸素と液体メタン）、漏れ点検、最終準備、飛行、事後試験である。作業は発射台クルーと管制センターに分かれている。着陸機の地上電源用電気バッテリーだけでなく、クレーン、ロードセル、推進剤タンカーも発射台にロールアウトする必要がある。[57]
コラボレーション
NASA のジョンソン宇宙センターは、アルファおよびブラボーのプロトタイプのモーフィアス着陸船を製造およびテストしながら、いくつかの企業、学術機関、およびその他の NASA センターと協力しました。
モーフィアスとALHATについては、JSCは飛行試験のためにケネディ宇宙センター（KSC）、エンジン試験のためにステニス宇宙センター（SSC）、エンジン開発と着陸機の専門知識のためにマーシャル宇宙飛行センター（MSFC）、コアフライトソフトウェア開発のためにゴダード宇宙飛行センター（GSFC）、ALHAT開発のためにラングレー研究センター（LaRC）およびジェット推進研究所（JPL）と提携している。ジェイコブスエンジニアリング、アルマジロエアロスペース、ドレイパーラボなどの企業との商業提携により、プロジェクトの多くの側面の開発と運用が強化された。" [106]
パデュー大学のズクロウ研究所は、初期のモーフィアスエンジンの設計を支援した。2014年にインディアナ州ウェストラファイエットのズクロウ研究所でテストが行われ、エンジンの複数回のホットファイアが成功した。この作業はウィリアム・アンダーソン博士と複数の修士課程および博士課程の学生の指導の下で行われた。[107]
健康と安全の問題
液体酸素/液体メタンの混合推進剤はヒドラジンよりも取り扱いがかなり簡単で安全ですが、推進剤が発火したり、極低温燃料タンクやデュワーが爆発したりする恐れがあります。[105] [108]
事件
- 2011年6月1日、モーフィアス着陸船の試験によりジョンソン宇宙センターの敷地内で大規模な草地火災が発生した。軽微な事故で負傷者はおらず、着陸船も無事だった。[109]その後、草地火災の拡大を防ぐため、試験エリアの周囲に幅10フィート（3.0メートル）の防火帯が掘られた。[110]
- 2012年8月9日、ケネディ宇宙センターでの最初の自由飛行試験中に、着陸機は転倒、墜落、火災、2度の爆発を起こした。[108]タンクが爆発した後、火は消し止められた。負傷者はいなかったが、機体は回復可能な状態ではなかった。[14]事故後、機体設計と地上システムに約70の異なるアップグレードが行われ、冗長計器の追加や打ち上げ時の振動音響環境の緩和などが実施された。[24]代替機には軍用グレードのケーブルコネクタとバスカプラが取り付けられ、発射台には振動を減らすための火炎溝が作られた。[59]調査報告書を兼ねた論文がアメリカ航空宇宙学会のSPACE 2013会議で発表された。[111]
状態
モルフェウスのプロトタイプの液体酸素とメタン（LOx/メタン）推進システムは、性能、シンプルさ、信頼性、再利用性において優位性を示した。[112] LOx/メタンは、火星表面で製造された推進剤を上昇帰還に使用し、電力および生命維持システムと統合する新しい機能を提供する。Lox/メタンは、火星アーキテクチャの多くの輸送要素のために有人宇宙船に拡張可能であると判断された。推進剤は、宇宙真空での信頼性の高い点火、および宇宙船の信頼性の高い安全確保またはパージに大きな利点をもたらす。「このテストを通じて、NASAは惑星着陸技術に関連する技術準備レベル（TRL）のレベル6を取得しました」[113]
モーフィアス着陸機の飛行実証により、ディスカバリー計画のミッションである月老化レゴリス実験（MARE）でLOx/メタンを使用し、サウスウェスト研究所の科学ペイロードを月面に着陸させるという提案が生まれました。[112]このミッションの着陸機はNAVIS（NASA Autonomous Vehicle for In-situ Science）と呼ばれています。[114]
開発された技術は、 2024年2月22日に月面に着陸したNova-C月面着陸船[115]にも適用されている。[116] [117]
参照
注記
a. ^メタンは環境に優しい（つまり無毒な）推進剤であり、NASAはこれをその場で製造することで輸送コストを削減できると期待している（ISRU）。例えば、サバティエ反応は、地球で見つかった水素または地球から輸送された水素、触媒、熱源を使用して、火星の大気中にある二酸化炭素（CO2 ）をメタンに変換するのに使用できる。水素は、地球の月と火星の両方に存在する水氷から生成できる。[8]
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、モーフィアス (着陸船)に関連するメディアがあります。
- Project Morpheus ホームページ 2012 年 8 月 11 日にWayback Machineにアーカイブされました
- 自律着陸および危険回避技術 (ALHAT) ホームページ