シャラド

SHARAD（Mars SHAllow RADar sounder）は、火星探査機（MRO）に搭載された地下探査レーダーです。これは、Mars Express軌道船のMARSISレーダーを補完するもので、^[1]貫通能力は低い（数百メートル）ものの、はるかに高い解像度（自由空間で15メートル - テーパーなし -）を提供します。^[要出典]

SHARAD はイタリア宇宙機関(ASI、Agenzia Spaziale Italiana)の責任で開発され、 NASA/ASI 協定の枠内で NASA の火星探査機に搭載するためにJPLに提供されました。この協定では、イタリア/米国の合同チームによるデータ活用が見込まれています。ローマ ラ・サピエンツァ大学の INFOCOM 部門が機器の運用を担当し、Thales Alenia Space Italia (旧 Alenia Spazio) が機器の設計と構築を行いました。SHARAD の運用は、ローマ郊外のAlcatel Alenia Space施設内にある SHARAD 運用センター (SHOC) から INFOCOM によって管理されています。

SHARAD は火星表面から 1 キロメートル下の地図を作成し、^{[要出典]高い垂直解像度 (15 メートル) で}地下散乱層の画像を提供し、水/氷の堆積物の位置を特定し、上部地下層の垂直構造を地図化することを目的としています。

SHARAD は20 MHz の搬送周波数で動作し、 10 MHz の帯域幅を持つ「チャープ」信号を送信します。パルス幅は 85 μs、公称パルス繰り返し周波数は 700.28 Hz です。送信電力は最大 10 W です。アンテナは 10 m ダイポールです。地上で合成開口が生成され、地下エコーと同じ範囲にあるオフナディア散乱体からの不要な表面反射が低減されます。

SHARAD は物理的に 2 つの要素に分かれています。

• SEB (SHARAD 電子ボックス) には、すべての電子機器 (計器コントローラ、送信機、受信機、アンテナ インピーダンス整合ネットワーク) が、内部の電子モジュールの放熱器として機能する金属フレーム内に収められています (火星探査機はオープン フレームの宇宙船であり、SHARAD には自律的な熱制御があります)。
• アンテナは2 本のファイバー チューブでできており、折り畳まれてクレードルに収納されています (空力ブレーキによる加熱から保護するために断熱材で覆われています)。解放されると、アンテナは素材の弾性特性のみによって所定の位置に伸びます。非導電性チューブ内を走る金属ワイヤが、アンテナの実際の放射要素を表しています。アンテナは、カリフォルニア州カーピンテリアのノースロップ グラマン アストロ エアロスペースによって設計および製造されました。

装置は固定PRF (700.28 Hz) で動作し、エコーはランク 1 (つまり、2 番目の送信パルスの後) で受信されます。拡張されたミッション軌道範囲に対応するために、2 つの代替 (高い方と低い方) PRF が利用可能です。表面地形の事前知識に基づくオープン ループ追跡システムは、135 μs 受信ウィンドウを予想されるエコー位置に配置するための公称手段です (バックアップとしてクローズド ループ追跡装置が利用可能です)。

機器のオンボード信号処理は最小限で、受信したエコーの一貫した推定（1 ～ 32 の間で 2 の累乗ステップでプログラム可能）で構成され、プログラム可能なビット数（8、6、4）を使用して、生成されるデータ レートを削減します。

チャープ信号は、デジタル チャープ ジェネレータによって20 MHz の搬送波上で直接生成され、パワー アンプに送られ、その後、送信/受信スイッチとマッチング ネットワークに送られます。受信機は、RF で直接増幅、フィルタリング、デジタル ゲイン制御を行い、アンダーサンプリング技術を使用して 26.6 MHz のレートでデジタル化します。単一のデジタル信号プロセッサが、制御機能と処理機能の両方を提供します。

計測機器産業チームは次のように構成されています。

• 機器の設計、統合、テスト: Alcatel Alenia Space Italia (ローマ工場)
• DES (デジタル エレクトロニクス サブシステム): Alcatel Alenia Space Italia (ミラノ工場 - 旧 Laben)
• チャープジェネレータ、レシーバ：Alcatel Alenia Space Italia（ローマ/ラクイラプラント）
• 送信機、マッチングネットワーク: Galileo Avionica (ミラノ、イタリア)
• アンテナ: Astro Aerospace (米国カリフォルニア州カーピンテリア)

初期の研究は 2001 年に遡りますが、本格的な開発が開始されたのは 2003 年 2 月になってからでした。この機器のエンジニアリング モデル (EM) は、 2004 年 3 月にデンバーのLockheed Martin Space Systems (宇宙船を担当) に納品され、オービター テスト ベッドに統合されました。プロトフライトモデル (PFM) は、2004 年 9 月にデンバーで 火星探査機に搭載され、搭載されました。火星探査機は、2005 年 8 月 12 日にケープ カナベラル空軍基地からアトラス V -セントールロケットで打ち上げられ、2006 年 3 月 10 日に火星の軌道に到達しました。運用軌道に到達するために必要なエアロブレーキフェーズは、2006 年 8 月 30 日まで続きました。2006 年 9 月 17 日に SHARAD アンテナが展開され、9 月 19 日にレーダーの最初の飛行テストが成功裏に実施されました。SHARAD は 2006 年 11 月から運用されています。

SHARADレーダーは火星の北極の層状氷床を貫通し、その下にある岩石の最大たわみが比較的小さい（約100メートル）ことを明らかにしました。これは、厚さ300キロメートルを超える強力な岩石圏を示唆しています。 ^[2]中緯度に大量の水氷が堆積していることと一致するレーダーの結果は、デブリで覆われた氷河の仮説を支持しています。^[3]

2016年11月22日、NASAはSHARADを使用して火星のユートピア平原地域で大量の地下氷を発見したと報告した。検出された水の量はスペリオル湖の水量と同等と推定されている。^{[4] [5] [6]}

この地域の水氷の体積の計算は、火星探査機（MRO）に搭載された地中探査レーダー装置「SHARAD」の測定結果に基づいて行われた。

SHARADレーダーデータを組み合わせて3Dモデルを作成すると、北極冠に埋もれたクレーターが明らかになります。これらを使用して、特定の層の年代を特定できる可能性があります。^[7]

2011年4月に発表された研究では、南極近くに凍った二酸化炭素の大きな堆積物があると説明されている。この堆積物のほとんどは、火星の傾きが増すと火星の大気圏に入ると考えられる。これが起こると、大気が厚くなり、風が強くなり、表面のより広い領域が液体の水を支えることができる。 ^[8] さらに分析した結果、これらの堆積物がすべてガスに変わると、火星の大気圧が2倍になることがわかった。^[9] これらの堆積物は3層あり、それぞれが30メートルの氷の層で覆われており、二酸化炭素が大気中に昇華するのを防いでいる_。昇華では、固体物質が直接ガス相になる。これらの3層は、気候が変化して大気が崩壊した時期に関連している。^[10]

• LRS、月レーダーサウンダ（LRS）は、地球の月の上を周回する低周波レーダーサウンダおよび高度計です。
• MARSIS（火星地下および電離層探査用高度レーダー）は、火星上空を周回する低周波レーダー探査機および高度計です。
• RIME、氷衛星探査レーダー（RIME）は、木星の氷衛星を周回する低周波レーダーサウンダーおよび高度計です。
• 天問1号、天問1号ミッションは火星探査機の地中レーダー（OSR）と探査車ベースの地中探査レーダー（GPR）を計画している。
• WISDOM（レーダー）、火星の水氷と地表下堆積物の観測（WISDOM）は、エクソマーズ探査車に搭載された地中探査レーダーである。

• R. Croci 他 - 「SHARAD の設計と運用」 - IGARSS 2007 Proceedings、バルセロナ、2007 年。

• 火星探査機サイトの SHARAD ページ
• Agenzia Spaziale Italiana サイトの SARAD ページ
• SHARAD の NASA PDS 機器プロファイル
• PSIホストSHARADウェブサイト