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 ESOCのスキアパレリ着陸機の模型(2016 年) | |||||||||||||
| ミッションタイプ | 火星着陸船/技術実証機 | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| オペレーター | ESA · ロスコスモス | ||||||||||||
| コスパーID | 2016-017A | ||||||||||||
| SATCAT番号 | 41388 | ||||||||||||
| Webサイト | ESA ミッション ウェブサイト | ||||||||||||
| ミッション期間 | 計画期間: 2～8ソル[1] (水面滞在) 分離から進入まで3日間の航行が続く[2] | ||||||||||||
| 宇宙船の特性 | |||||||||||||
| メーカー | タレス・アレニア・スペース | ||||||||||||
| 打ち上げ質量 | 577 kg (1,272 ポンド) [3] | ||||||||||||
| 寸法 | 直径: 2.4 m (7.9 フィート) [3] 高さ: 1.8 m (5.9 フィート) [3] | ||||||||||||
| ミッション開始 | |||||||||||||
| 発売日 | 2016年3月14日 09:31 UTC | ||||||||||||
| ロケット | プロトンM /ブリズM | ||||||||||||
| 発射場 | バイコヌール サイト 200/39 | ||||||||||||
| 請負業者 | クルニチェフ | ||||||||||||
| ミッション終了 | |||||||||||||
| 廃棄 | 不時着 | ||||||||||||
| 破壊された | 2016年10月19日 | ||||||||||||
| 着陸地点 | メリディアーニ平原、火星 南緯 2度03分 西経6度13分 / 南緯2.05度 西経6.21度 / -2.05; -6.21 (スキャパレッリ EDM 着陸船墜落現場) | ||||||||||||
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エクソマーズ計画 | |||||||||||||
スキアパレリEDM（イタリア語: [skjapaˈrɛlli] ）は、欧州宇宙機関（ESA）とロシア宇宙機関ロスコスモスの共同ミッションであるエクソマーズ計画の失敗した突入・降下・着陸実証モジュール（EDM）である。 [4]イタリアで建造され、将来の火星表面への軟着陸のための技術をテストすることを目的としていた。 [5]また、火星の大気の電気と現地の気象条件を測定するための限定的だが焦点を絞った科学ペイロードも搭載していた。 [2] [6] [7]
2016年3月14日にエクソマーズ微量ガス探査機（TGO）とともに打ち上げられたスキアパレッリは、 2016年10月19日に着陸を試みた。スキアパレッリからのテレメトリ信号は、インドの巨大メートル波電波望遠鏡によってリアルタイムで監視され（マーズ・エクスプレスによって確認された）、着陸の最終段階で地表から約1分後に失われた。[8] 2016年10月21日、NASAはマーズ・リコネッサンス・オービターが撮影した、着陸機の墜落現場と思われる画像を公開した。[9] ESAのエクソマーズ微量ガス探査機とマーズ・エクスプレスによって蓄積され中継されたテレメトリデータは、採用された着陸技術の失敗モードを調査するために使用された。
同名の人物
スキアパレッリ突入・降下・着陸実証モジュールは、19世紀に活躍し火星観測を行った天文学者ジョヴァンニ・スキアパレッリ（ 1835年 - 1910年）にちなんで名付けられました。 [10]特に、彼は母国語であるイタリア語で「canali」と呼んだ地形を記録しました。 [10]英語で「channels」と訳されるものに関する彼の観察は、多くの人々にインスピレーションを与えました。[10]火星の暗い筋は、塵の分布に関連するアルベド特性です。火星のこれらのアルベド特性は時間の経過とともにゆっくりと変化し、過去数十年間、火星探査機によって監視されてきました。[11]スキアパレッリは、1877年の地球との衝の際の火星の手描きの地図を光学屈折望遠鏡で作成したことで有名です。[4]彼はまた、彗星の破片と毎年の流星群の関係を解明した最初の天文学者でもありました。[4]
スキアパレリにちなんで名付けられた他の天体としては、小惑星帯の小惑星4062スキアパレリ[12]（1989年9月15日に命名されたMPC 15090）[13] 、月のクレータースキアパレリ[12]、火星のクレータースキアパレリ[ 12]、水星のスキアパレリ・ドルサム[14]、2016年のエクソマーズEDM着陸船[4]などがある。
このミッションは2013年11月に命名されました。以前はエクソマーズ進入・降下・着陸実証モジュール、略してエクソマーズEDMと呼ばれていました。[4]別名はエクソマーズ静止着陸船でしたが、静止着陸船の一部の設計は、設計のさまざまな段階とプログラムの再構築により、かなり異なっています。[15]別名、特にオービターと着陸船の両方を合わせたものは、エクソマーズ2016です。[16]
起源と発展
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EDM は、ESA のAurora プログラムに遡ります。このプログラムの目的は、有人宇宙探査であり、この目標を支える基礎となるミッションを生み出しています。[19] ExoMars はこのプログラムから生まれ、EDM を理解するための背景を提供しています。[19] Schiaparelli は、将来の有人ミッションに不可欠な、火星に重いペイロードを着陸させる方法を学ぶという重要な「ブロック」を形成しています。[19]もう 1 つの「ブロック」は ExoMars ローバーで、火星の表面を数 km/マイル移動できる能力を実証することを目的としています。[19] Aurora プログラムは、2 種類のミッションに焦点を当てています。1 つは、より大型の旗艦宇宙船で、もう 1 つは、特に大規模ミッションのリスクを軽減することを目的とした小規模ミッションです。[17]
2005年にESAの評議会は火星探査車と静止着陸機に6億5000万ユーロを承認した。[20]この時点でのアイデアは、より単純な巡航段階で火星探査車クラスの探査車と計測機器を搭載した静止着陸機の両方を火星に運ぶ1回の打ち上げだった。この場合、静止着陸機は探査車を着陸させるとともに独自の調査も行う。[19] [20]しかし、打ち上げにソユーズロケットを使用するという制約の中でミッションの目標を達成するために、探査車の予算はわずか6kgだった。[20]より大きな探査車を実現するために、アリアネV、アトラスV、プロトンが評価された。[20] 180kgから600kgまでの探査車が検討され、最終的に、探査車着陸機からリスクを軽減するためのテスト着陸機のアイデアが浮上した。[20]
開発初期には、着陸機はキャリアモジュールと呼ばれる専用の巡航ステージで運ばれる予定だった。[21]最終的に、トレースガスオービターミッションはエクソマーズに統合され、EDMのキャリアとなった。[20]
概要
着陸機は墜落したが、スキアパレッリから送信されたデータは、ESAとロスコスモスに、制御された軟着陸で火星の表面に着陸するための技術を提供することが期待されている。この技術は、2022年に打ち上げが予定されていたエクソマーズ計画の一部であるロザリンド・フランクリン探査車で使用される予定である。 [3] [22]
発売前
577kg（1,272ポンド）の降下モジュールSchiaparelliとオービターは試験を完了し、2016年1月中旬にバイコヌール宇宙基地でプロトンMロケットに搭載された。[23] TGOとEDMは2015年12月にバイコヌールに到着した。[20] 2月に宇宙船はBriz-M上段に搭載され、3月初旬にプロトンロケットに取り付けられた。[20]
打ち上げ
打ち上げは2016年3月14日09:31 GMT（現地時間15:31）に行われた。[24]その後10時間で4回のロケット燃焼が行われ、その後降下モジュールとオービターが切り離された。[25]オービターからの信号は同日21:29 GMTに受信され、打ち上げが成功し、宇宙船が正常に機能していることが確認された。[26]探査機から分離された直後、ブリズM上部ブースター段が数キロ離れた場所で爆発したが、オービターや着陸船に損傷はなかった。[27]
巡航、分離、到着
打ち上げ後、トレースガスオービター（TGO）とEDMは一緒に宇宙を火星に向かって惰性で移動した。[28]この間、EDMはTGOへのアンビリカル電力線から電力を供給され、EDMの限られた内蔵バッテリーを節約した。[28] 7月28日と8月11日には、TGOメインエンジンによる2回の深宇宙操作が実行され、突入飛行経路の角度と着陸地点をターゲットにした。[29] 2016年10月14日、TGOはスキアパレッリ分離前に軌道の最終調整を行った。[30] 2機の宇宙船の打ち上げ質量は、600kgのスキアパレッリモジュールを含めて4332kgである。[31]これはこれまで火星に送られた宇宙船の中で最も重いものだった。[32] 2016年の地球から火星への旅は約7か月かかった。[32]
2016年10月16日、TGOとEDMが分離し、オービタは火星軌道投入に向かい、EDMは火星大気圏突入に向かった。[28] [33]分離前に、EDMは2.5 RPMでスピンアップされ（スピン安定化も参照）、その後TGOに対して約1 km/hの速度で切り離された。[34] EDMは、火星への単独飛行中に約3日間、低電力の冬眠モードに入るように設計された。[28] EDMは、火星の大気圏に到達する約1時間半前に冬眠から目覚めた。[28]一方、分離後、TGOは火星軌道投入に向けて軌道を調整し、2016年10月19日までに139分間のロケットエンジン燃焼を行って火星軌道に突入した。[30]同日、スキアパレリモジュールは時速21,000km（時速13,000マイル、秒速5.8km）で火星に到着し、突入、降下、着陸という主要任務に従事した。[35]大気圏突入に成功した後、火星の大気による抗力のため、モジュールの速度は突入時の秒速5.8kmから数百メートルに減速された。飛行のこの段階では、ペイロードを厳しい熱負荷から保護するために熱シールドが使用された。加速度計が予想通り9m/ s2の非重力加速度を検知すると、搭載ソフトウェアによってパラシュートが作動した。公称値通り膨張したパラシュートによって亜音速領域に到達した後、スキアパレリモジュールに異常が発生し、バックシェルとパラシュートの放出が予想よりも早く発生し、逆噴射ロケットによる降下速度低下が妨げられた。 [ 29]火星探査機マーズ・リコネッサンス・オービターのデータを用いて再現されたハード・タッチダウンの位置は、予想着陸地点にかなり近く、そこから約6.4kmの近距離であると特定された。[29] TGOは火星の軌道に入り、速度と軌道を調整するために数か月間のエアロブレーキングを受け、2017年後半から科学活動が開始された。[35] TGOは2022年まで将来の火星着陸ミッションの中継衛星として機能し続ける。 [36]
着陸地点
着陸地点として選ばれたのはメリディアニ平原で、火星探査機に高く評価されている平原で、平坦な地形と低い標高により、探査機が地面に到達する前に減速する時間と距離を確保できる。[38] EDMは降下中に障害物を避けることができないため、障害物が最小限の広く平坦な地域を選ぶことが重要だった。[37]着陸楕円は長さ約100km、幅約15kmで、東西に6°西と2°南を中心とし、東端にはオポチュニティ探査車の着陸地点と、EDMが打ち上げられ着陸を試みたときにまだ稼働していたエンデバー・クレーターの近くにある。[39]オポチュニティ探査車（MER-B）の着陸地点は、チャレンジャー記念ステーションと呼ばれている。[40]また、火星が全球的な砂嵐を経験[39]この場所は科学的にも興味深い場所として知られています。オポチュニティ探査車が水の存在下で形成される鉄鉱物を発見したため、過去にはそこにかなりの量の水があったと推測されています。[37]
砂嵐の目標
着陸は砂嵐の季節にメリディアニ平原[3]で行われる予定だった。これにより、突入時と降下時の塵の多い大気の特性を調べ、塵の静電気（通常は粒子間の接触による電荷移動によって生成される）を測定し、塵の多い環境に関連する表面測定を行う機会が得られるはずだった。[41]
1924年以降、1977年、1982年、1994年、2001年、2007年など少なくとも9回、地球規模の砂嵐が発生している。2007年の砂嵐は、太陽光発電の米国火星探査車スピリットとオポチュニティの機能をほぼ終了させた。[42] 1971年にマリナー9号が火星に到着したとき、地球規模の砂嵐は火星を覆い隠し、塵が落ち着いて火星の表面を鮮明に撮影できるようになるまで数週間を要した。[43]火星の地球規模の砂嵐は2016年の秋に発生する可能性が高いと予測されていたが、EDMが着陸を試みた時点ではまだ始まっていなかった。[42]地球規模の砂嵐は2018年の夏に襲来し、スキアパレッリ着陸地点の近くでまだ活動していた太陽光発電のオポチュニティ探査車への光を遮断した。 [44]
進入、降下、着陸の一連の流れ
スキアパレリ着陸機は火星到着の3日前の2016年10月16日にTGO周回機から分離し、2016年10月19日に時速21,000km（13,000マイル）で大気圏に突入した[35]（火星大気圏突入も参照）。着陸機は周回機から切り離されると、内部バッテリー電源に切り替え、火星の大気圏に突入する直前の3日間、低電力の冬眠モードを使用して惰性で飛行した。[2] スキアパレリは突入の数時間前に冬眠から目覚め、時速21,000km（13,000マイル）の速度で火星表面から高度122.5km（76.1マイル）に達した。[2]熱シールドは大気圏突入時に使用され、高度11km（6.8マイル）に達するまでに着陸機を時速1,650km（時速1,030マイル）まで減速させた。[46]突入中はCOMARS+計測装置EDMが作動し、突入カプセルの周囲の熱と空気の流れに関するデータを収集した。[47]
大気圏への最初の突入を減速させた後、モジュールはパラシュートを展開し、ドップラーレーダー高度計センサーと搭載された慣性測定ユニットに基づく閉ループ誘導、航法、制御システムを使用して逆噴射ロケットで着陸を完了することになっていた。降下中、さまざまなセンサーがいくつかの大気パラメータと着陸機のパフォーマンスを記録した。[48]計画では、高度7 km (4.3 mi)で前部の耐熱シールドを投棄してレーダー高度計をオンにし、火星の高度1.3 km (0.81 mi)で後部の耐熱カバーとパラシュートを投棄することになっていた。[46]
着陸の最終段階は、パルス噴射液体燃料エンジンまたは逆噴射ロケットを使用して実行されることになっていた。地上約2メートルの高さでエンジンが停止し、プラットフォームが最終的な着陸の衝撃を吸収するように設計されたクラッシュ可能な構造物に着陸するように設計された。[3] [48]最終着陸では、約31センチメートル（12インチ）の高さの岩に耐えられるように設計されており、特大の岩やクレーターに遭遇しないことが期待されていたが、保証はされていなかった。[49]最終接触では、着陸機は最大19度の傾斜と最大38センチメートル（15インチ）の高さの岩を処理するように設計された。[50]
オポチュニティ探査車はその地域で活動しており、2つのチームは協力して降下中のEDMの撮影を試みましたが、条件によっては、特にEDMが着陸楕円内で「長く」移動した場合、可能だったかもしれません。しかし、探査車のカメラは降下中の着陸機を捉えませんでした。[51] [52]これは、火星の表面から別の車両の着陸を撮影しようとした最初の表面探査機でした。[52] (他の宇宙船は、特に軌道上のものを観察する軌道船など、互いの画像を撮影しており、2005年にはマーズ・グローバル・サーベイヤーが火星の軌道上のマーズ・エクスプレスを撮影しました。 [53] )
EDL概要（計画通り）: [54]
着陸予定時刻の50秒前にモジュールとの連絡が途絶えた。2016年10月21日、ESAはデータを調査した結果、パラシュートが早く開き、エンジンが始動したが、あまりにも短い時間で停止したため、問題が発生した可能性が高いと発表した。[55]
クラッシュ
スキアパレリ着陸機は2016年10月19日に自動着陸を試みたが、予定の着陸時刻の少し前に予期せず信号が失われた。[8] [56] ESAのマーズ・エクスプレスとNASAの火星探査機（MRO）とMAVENは着陸機の信号を聞き続けたが、無駄だった。[8]
スキアパレッリは着陸試行中に約600メガバイトのテレメトリを送信し、[57]詳細な分析により、大気圏突入は正常に行われ、パラシュートは高度12km (7.5マイル)、速度1,730km/h (1,070mph)で展開し、耐熱シールドは7.8km (4.8マイル)で解除されたことが判明した。しかし、回転を測定する着陸機の慣性測定装置が約1秒間飽和状態(それ以上の読み取りが不可能)になった。この飽和状態と航法コンピュータからのデータにより、高度の読み取り値がマイナス、つまり地表レベル以下になった。これにより、パラシュートとバックシェルが予定より早く解放された。その後、ブレーキスラスタが予想された30秒ではなく約3秒間噴射され、その後、機体がすでに着陸したかのように地上システムが起動した。実際には、高度はまだ3.7km (2.3マイル)にあった。[58] [59]着陸機はスラスタが切断された後も19秒間通信を続けたが、信号が途絶えたのは着陸予定時刻の50秒前だった。[60] スキアパレッリは終端速度に近い時速300キロメートル（190マイル）で火星の表面に衝突した。[61]
着陸の試みから1日後、 NASAのMROのコンテキストカメラは、着陸機の衝突とパラシュートによる新しい地面の跡を確認した。[63]墜落現場は、NASAの火星探査車オポチュニティが着陸時に活動していた場所から約54km（約33.5マイル）離れている。[64] 2016年10月27日、ESAは、2016年10月25日にMRO HiRISEカメラで撮影された墜落現場の高解像度画像を公開した。 [65] [66]前部のヒートシールド、モジュールの衝突現場、後部のヒートシールドとパラシュートが特定されている。[65]クレーターの深さは約50センチであると考えられており、後日このクレーターについてさらに調査することが可能である。[65]関連して、人工的に作られたクレーターは、フェニックスとMAVENを生み出したマーズスカウト計画の下で提案されたTHORミッションの実際の目標であり、その目標は地下の掘削でした。 [67]そのミッションは見送られましたが、別の探査機が自然に発生した新鮮な衝突クレーターを発見し、その中に氷が見つかりました。[68]
着陸機は墜落したが、ESAの職員は、当時計画されていた2020年のカザチョク着陸機の着陸システムのテストと降下中のテレメトリデータの送信という主な機能を果たしたため、スキアパレリは成功だったと宣言した。 [56] [70] 10月20日までに、降下データの大部分は地球に返還され、分析中だった。[71] 2003年にマーズ・エクスプレスから切り離されて以来消息がわからなくなったビーグル2号着陸機とは異なり、エクソマーズのモジュールは降下中に通信を行っていたため、衝突で宇宙船が破壊されても降下中に収集・送信されたデータは失われなかった。[72]
墜落原因の調査
2017年5月に終了した調査では、事故の根本原因として4つが特定されました。「パラシュートのダイナミクスのモデル化における不確実性と構成管理が不十分で、飛行中に観測されたよりもはるかに低いダイナミクスが予想されたこと、IMU [慣性計測装置] 飽和フラグの持続時間が不十分で、GNC [誘導航法制御] による IMU 飽和の処理が不十分だったこと、障害検出、分離、回復および設計の堅牢性に対するアプローチが不十分だったこと、下請け業者の管理とハードウェアの受け入れにおける事故」[73]
調査委員会の調査により、着陸機がパラシュートを展開した時点で予想外に高速で回転し始めたことが明らかになった。この超高速回転により、スキアパレリの回転測定器が一時的に飽和状態となり、誘導、航行、制御システムのソフトウェアに大きな姿勢推定誤差が生じた。その結果、コンピューターは着陸機が地上レベルより低いと計算し、パラシュートとバックシェルの早期解放、スラスターの30秒ではなく3秒だけの短時間の噴射、スキアパレリが着陸したかのように地上システムの起動が行われた。[74]調査委員会はまた、「持続時間をより低い値に設定していれば、IMU [慣性計測装置] 飽和によって引き起こされた姿勢認識誤差によってミッションが危険にさらされることはなかっただろう」と結論付けた。[73] : 19
モジュールの墜落現場の画像は、衝突時に燃料タンクが爆発した可能性があることを示唆している。[65]着陸機は時速約300キロメートル（秒速83メートル、時速190マイル）で表面に衝突したと推定されている。 [75] 11月までに現場の追加画像が撮影され、宇宙船の部品の正体がさらに確認された。[76]追加画像はカラーで、パラシュートがわずかにずれていることが記録された。[76]
超解像再構成（SRR）と呼ばれる技術を使用してより多くの画像を撮影することで解像度を向上させることができ、これは以前失われたビーグル2号探査機で行われました。[77]より多くの画像による他の2つの利点は、宇宙線の衝突などの画像ノイズと実際の物体、および明るいスポットの間で高アルベド物体と瞬間的な鏡面反射を区別しやすくなることです。[61]最後に、時間の経過とともに複数の画像を使用すると、風がパラシュートを吹き飛ばすなどの動きや変化を観察できます。[61]
機器およびセンサー搭載
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ミッションの主目的は、パラシュート、ドップラーレーダー高度計、ヒドラジンスラスタなどの着陸システムをテストすることだった。 [79]副目的は科学的なものだった。着陸機は風速と風向、湿度、気圧、地表温度を測定し、大気の透明度を判定することだった。[41]地表科学ペイロードはDREAMSと呼ばれ、着陸後数日間気象データを取得することと、[80]火星の大気電気の最初の測定を行うことを目的として設計された。[6] [46]
ペイロードには降下カメラ（DECA）が含まれていた。[46]撮影された画像は着陸後に送信されることになっていた。[2] AMELIA、COMARS+、DECAは、突入、降下、着陸中に約6分間データを収集した。[3]このデータの多くは降下中に送信された。[81] EDL部分は文字通り数分間、表面観測は最大で数日間持続するように設計されていたが、INRRIという機器は受動型レーザー反射鏡であり、着陸機のレーザー距離測定にできるだけ長く、数十年後でも使用できるようにした。[82]
INRRIは着陸機の上部（天頂）側に搭載され、上空の宇宙船が目標とすることができる。その質量は約25グラムで、イタリア宇宙機関（ASI）が提供した。設計では、入射するレーザー光を反射するためにキューブコーナーリフレクターが使用された。キューブは溶融シリカで作られており、アルミニウムのサポート構造に取り付けられている。[83] INRRIはインサイト火星着陸機にも搭載された。[84]
- 科学技術ペイロードの概要
- [3] [79]
- DREAMS (火星表面の塵の特性評価、リスク評価、環境分析装置)
- MetWind（風検知）
- DREAMS-H（湿度検知）
- DREAMS-P（圧力検知）
- MarsTem (温度検出)
- 太陽放射照度センサー（大気の透明度）
- マイクロARES（大気電気検出器）
- AMELIA（火星大気圏突入・着陸調査・分析）
- DECA（ディセントカメラ）
- COMARS+ (複合空力熱センサーパッケージ)
- 火星の大気圏突入時に測定された熱。
- INRRI（着陸用移動式レーザー反射鏡調査装置）[85]
- レーザー測距により着陸機を検出するための小型レーザー反射鏡
夢
着陸機の表面科学的ペイロードは気象学的なDREAMS（火星表面の塵の特性評価、リスク評価、環境分析装置）パッケージであり、風速と風向（MetWind）、湿度（MetHumi）、気圧（MetBaro）、表面温度（MarsTem）、大気の透明度（太陽放射照度センサー – SIS）、大気の帯電（大気緩和および電界センサー – Micro-ARES）を測定するための一連のセンサーで構成されています。[80] [87] DREAMSの科学ペイロードに貢献した機関には、イタリアのINAFとCISAS、フランスのLATMOS、オランダのESTEC 、フィンランドのFMI、スペインのINTAがあります。[88]
DREAMSのペイロードは、着陸後の火星表面ミッション期間中、環境ステーションとして2～8火星日間機能することになっていた。[3] [48]着陸機の到着は火星の砂嵐の季節と一致するように計画され、塵の多い火星の大気に関するデータを収集した。[41] DREAMSは、砂嵐を引き起こすメカニズムである塵の持ち上げに対する電気力の役割について新たな知見を提供することが期待されていた。さらに、MetHumiセンサーは、湿度に関する重要なデータでMicroARESの測定を補完し、科学者が塵の帯電プロセスをよりよく理解できるようにすることを目的としていた。[87]
火星の大気電気はまだ測定されておらず、砂嵐や大気化学におけるその役割は不明のままである。[89]大気電気は、バイキング着陸船の生命実験の決定的な結果には影響を与えていないのではないかと推測されている。この実験では、微生物の代謝は陽性であったが、質量分析計では有機化合物は検出されなかった。[86]有力な説明として挙げられるのは、紫外線によって生成された過酸化水素やオゾンとの反応、または砂嵐中の大気の電気プロセスである。[86]
DREAMS-Pは圧力センサー、DREAMS-Hは湿度センサーであり、センサーは単一のデータ処理回路基板にデータを供給します。[90]
表面ペイロードに加えて、着陸機には降下中に作動するDECA（降下カメラ）と呼ばれるカメラが搭載されていた。これは、画像の形で追加のコンテキスト情報と正確な位置データを提供することを目的としていた。[91] DECAは、プランクとハーシェルのミッションの視覚監視カメラ（VMC）の再飛行である。[92]
塵に焦点を当てたもう一つの表面実験は、エクソマーズより約 20 年前に行われた、 火星パスファインダー着陸船による物質付着実験です。
降下カメラ
降下カメラ（DECA）は、火星の表面に接近する際に、約15枚の下向きの画像を撮影することを目的としていました。[92]下部の耐熱シールドが排出された後に画像の取得を開始することになっていた。[93]このカメラは、降下に関する技術的知識をサポートするために、グレースケール画像を撮影するために60度の視野を持っていました。 [92] DECAは、同時に打ち上げられたハーシェル宇宙望遠鏡とプランクミッションの視覚監視カメラのフライトスペアでした。カメラの寸法は9cm（3.5インチ）四方で、質量は0.6kg（1.3ポンド）です。[1] DECA降下カメラのデータは降下中に保存され、着陸後まで地球に中継されることは想定されていなかったため、[2]これらの画像は墜落で失われました。この転送遅延の目的は、宇宙船とデータを静電放電から保護することでした。[93] DECAは、ベルギーのOptique et Instruments de Précision（OIP）によって設計および製造されました。 [2]
DECAの主な目標は以下の通りである。[2]
予備結果
スキアラペリ実証着陸機は降下中に通信を行ったため、大量のテレメトリが正常に返送されました。[81]テレメトリの約80％に相当する約600メガバイト[57]のデータが地球に中継され、採用された着陸技術の故障モードを調査するために使用されました。[70] [94] [95]
仕様
質量についての注意: 火星の表面の重力は地球よりも小さいため、重量は地球の重量の37%になります。[96]
電力システム
ロスコスモスは、 EDM着陸船が火星の1年間にわたって地元の表面環境を監視できるように、100ワットの放射性同位元素熱電発電機（RTG）電源を提供することを申し出たが[100] [101] 、ロシアの複雑な輸出管理手続きのため、後に2〜8ソルに十分な電力を持つ非充電式電池の使用を選択した。[1] [102]より重く複雑な着陸船でサポートされたより長いミッション（1〜2か月）が検討されていたとき、太陽電池パネルも検討された。[103] 2010年代までに、着陸システムに重点を置いた、短期間（表面滞在時間数日）の技術デモンストレーションの実行に焦点が当てられた。[104]
スキアパレリは充電式ではないバッテリーのみを搭載している点で異例であり、そのためその活動寿命は火星でのわずか数日に限られる。これは、その主な目的が突入、降下、着陸技術の実証にあるためである。
ESA、2016年[45]
通信システムとネットワーク
スキアパレッリは火星探査機と通信するためのUHF無線を持っていた。 [99]着陸機には2つのアンテナがあり、1つは背面シェルに、もう1つは着陸機にあった。[99]背面シェルが排出されると、着陸機本体のスパイラルアンテナから送信できる。 [ 99]探査機が着陸機と通信できるタイミングは、着陸機が軌道上のどこにいるかによって異なり、火星の球体が着陸機への視線を遮るため、すべての探査機が着陸機と録音または会話できるわけではない。 [99] ExoMars TGOもUHFシステムを使用して着陸機と通信できた。[99] EDMは着陸の約90分前に冬眠から「目覚め」、着陸前の15分間連続して送信した。[99]
着陸中、EDM信号は火星でマーズ・エクスプレス探査機によって監視され、遠隔地ではインドのプネーにある巨大メートル波電波望遠鏡によって監視された。 [99] マーズ・エクスプレスはメラコム通信システムを使用して他の着陸機や探査車とも通信している。[99]火星偵察探査機（MRO）は着陸から2時間後に着陸地点上空を飛行し、スキアパレッリからの信号を確認することができた。[99]エクソマーズTGOもUHFシステムを使用してスキアパレッリと通信することができた。[99]
火星の通信システムの標準はエレクトラ無線で、2006年にマーズ・リコネッサンス・オービターが到着して以来使用されている。これ以前には、マーズ・グローバル・サーベイヤー、マーズ・オデッセイ、マーズ・エクスプレスなど、いくつかのオービターが第1世代のUHF中継システムを使用していた。[99]オービターを使用して火星着陸船やローバーからのデータを中継することは、エネルギー効率が良いことで知られている。[105]
2016年10月19日、火星から地球まで、およそ光速で無線送信が完了するまでに9分47秒かかりました。[106]そのため、プネーの無線アレイは「リアルタイム」で受信していましたが、約6分かかるEDLシーケンス全体は、大気圏に突入し始めたと記録されている間にすでに発生していました。[106]火星と地球の空気によって光速が遅くなるため、わずかな変動があります（屈折率を参照）。また、探査機が地球の無線局とは大幅に異なる速度と異なる重力場（比較的小さいですが）で存在していたため、時間の遅れという別の要因もあります。[107] [108] [109]
コンピューティング
スキアパレリ着陸機には2台のメインコンピュータがあり、1台は中央端末および電源装置（CTPU）と呼ばれ、上部の暖かいボックスに収納されており、もう1台は遠隔端末および電源装置（RTPU）[110]と呼ばれ、着陸機の下側にあります。[111]全体として、CTPUは表面操作を処理し、RTPUは突入と降下を処理します。RTPUは下側にあるため、最終的に地表に着陸すると実際に破壊されます。[111]トレースガスオービタとエントリデモンストレータモジュールが接続されている場合は、RTPUがインターフェイスを処理し、オービタからモジュールに電力を送ります。[111]オービタから切断されると、内部バッテリーで動作する必要があります。[111] CTPUは、サンマイクロシステムズのRISCベースのSPARCプロセッサアーキテクチャに基づくLEON中央プロセッサを使用し、RAM、PROM、およびタイマーも備えています。[111] CTPUはUHF無線通信システムに送られるデータも処理する。[111]着陸機が周回機から切り離されると、火星の大気圏に入る前に宇宙空間を惰性飛行する間、ほとんどの時間を低電力の冬眠モードで過ごす。[2]着陸機は着陸前に約3日間宇宙空間を惰性飛行する必要があり、その間に周回機は火星軌道投入を行う必要がある。[2] DECA降下カメラのデータは着陸後まで地球への中継のためにコンピュータにダウンロードされず、降下中は送信されない。[2]
パラシュート
ディスクバンドギャップパラシュートは火工迫撃砲によって展開された。[97]開発の一環として、世界最大の風洞で実物大の試験が行われた。[97] 2011年には小型パラシュートが地球の大気圏で試験された。気球で高度24.5キロメートルまで上昇させてから放出し、一定期間の自由落下後に火工展開システムを試験した。[112] 2016年10月19日、火星でパラシュートの展開に成功した。[65]
2019年の夏、EDM技術テストにもかかわらず、プロジェクトの次のトランシェのパラシュートに関する問題がテスト中に発生しました。パラシュートシステムの問題により、そのフェーズが遅れる可能性があります。[113]
逆噴射ロケット
スキアパレッリモジュールには、3基ずつ計9基のスラスタがあり、高度約1km（半マイル）からパルスモードで作動し、宇宙船を70m/sから4m/s（252km/hから14km/h）に減速します。[114] 9基のエンジンはそれぞれCHT-400ロケットエンジンで、400ニュートンの推力を生成できます。[114]これらのロケットエンジンは、ヒドラジン推進剤を保持する3つの球形17.5リットルタンクによって燃料が供給されます。[114] [115]タンクには、タンク1つあたり約15～16キログラム（約34ポンド、2.4ストーン）のヒドラジン燃料が保持され、全体で46kg（101ポンドまたは7.24ストーン）になります。[114] [115]推進剤はヘリウムで加圧されており、170バール（2465psi）の圧力で15.6リットルの単一のタンクに保持されています。[115]スラスタは地表から1〜2メートル/ヤードのところで停止し、その後、着陸機の下の衝撃緩和帯が最終的な停止を処理します。[114]タイマー、ドップラーレーダー、慣性測定装置からのデータは、着陸機のコンピューターに統合され、スラスタの動作を制御します。[114]
エクソマーズへの影響
次回のエクソマーズミッションの「シャットダウン」の瞬間となった可能性のある出来事は、2016年12月に開催されたESAの閣僚会議で、エクソマーズへの3億ユーロの資金提供や、これまでのエクソマーズ2016ミッションから得られた教訓など、いくつかの問題が検討された。[116]懸念されたのはスキアパレッリの墜落であり、この着陸システムは、機器を搭載した2020年のカザチョク着陸船によって運ばれたロザリンド・フランクリン探査車で構成されるエクソマーズ2020ミッションに使用されている。[116]
エクソマーズチームは、起こったことを「勇敢に受け止め」、衝突にもかかわらず、EDMが主任務である突入、降下、着陸に関するデータという非常に信頼できる成果を得られたことに前向きであったとして称賛されている。[117]
もう一つのプラス面は、エクソマーズ計画の一環として実証モジュールが開発されたことであり、これにより、より価値の高い貨物を運ぶ前に着陸技術が実世界でテストされた。[118]
故障に関する予備報告書は、2016年12月のESA閣僚会議で発表された。[119] 12月までに結果は判明し、エクソマーズはESAから財政支援を受け続けることになった。[120]ミッション完了のために4億3600万ユーロ（4億6400万ドル）が承認された。[120] [121]
2016 年の多くの挑戦的で困難な、そしてやりがいのある瞬間を経て、これはヨーロッパの宇宙探査にとって大きな安堵と素晴らしい結果です。
— ESAエクソマーズプロジェクトマネージャー[120]
着陸地点
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火星の地球全体の地形をインタラクティブな画像マップに重ねて表示し、火星探査車と着陸機の位置を示します。ベースマップの色は火星表面の相対的な標高を示します。
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（参照：火星地図、火星記念碑リスト）
スキャパレリ EDM
用語集
- ASI: アジェンツィア スパツィアーレ イタリアーナ
- EDL:進入、降下、着陸
- EDM: EDL デモンストレーター モジュール
- ESA: 欧州宇宙機関
- ESTEC: 欧州宇宙研究技術センター
- GMT: グリニッジ標準時
- INAF:国立宇宙科学研究所
- NASA: アメリカ航空宇宙局
- ロスコスモス：ロシアの国家宇宙計画
- TGO:トレースガスオービター
- UKSA: 英国宇宙庁
参照
- ビーグル2号 – 2003年に打ち上げられたが失敗した火星着陸機
- ホイヘンス（宇宙船） – 土星の衛星タイタンに送られたヨーロッパの偵察着陸機
- 火星へのミッションのリスト
- 充電式でない電池で動く宇宙船のリスト
- 火星着陸 – 火星の表面への宇宙船の着陸
- はやぶさ2 – 小惑星リュウグウへの日本の宇宙ミッション
- フィラエ（宇宙船） - ロゼッタ宇宙船に同行した欧州宇宙機関のロボット着陸機
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- ^ ライヒハルト、トニー（2016年10月20日）。「エクソマーズ着陸船、最後の瞬間に沈黙」エア＆スペース/スミソニアン。
- ^ 「ロボット火星着陸船が2016年のミッションに向けて実験を実施」Space.com 2011年6月13日。
- ^ エイモス、ジョナサン（2016年11月7日）。「火星衝突報告を検討する重要会議」BBCニュース。 2016年11月7日閲覧。
- ^ abc ヴィラ、アリクサンドラ・カオレ (2016 年 12 月 7 日)。 「エクソマーズ探査車、スキャパレリ火星着陸船墜落にもかかわらず資金調達」ネイチャーワールドニュース。
- ^ 「ESA各国、墜落事故にもかかわらずエクソマーズへの資金提供を承認」エンジニアリング・アンド・テクノロジー、2016年12月2日。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、スキアパレリ EDM 着陸船に関連するメディアがあります。
- エクソマーズEDM着陸地点
- 惑星協会が火星探査機マーズ・リコネッサンス・オービターで撮影したスキアパレッリの墜落現場と思われる場所（EDM 着陸楕円と MER-B トラバースを重ねた図）
- 墜落現場のより詳細な画像 ESA (2016 年 10 月 27 日)
- 電気砂嵐と大気の電気（EDM は大気の電気を測定する予定でした）
- Micro-Ares、ExoMars 2016 向け電界センサー
- 衝撃吸収バンパーの衝撃吸収材のテスト中の ESA ビデオ
- TPS – 火星の気象の動きを捉える – 2016 年 11 月 4 日
- 2011 年頃の ExoMars 設計概要
- スキアパレッリの写真
- [1] （建設中の着陸船の写真）
- スキアパレッリの火星への降下（表面への降下計画の ESA ビデオ）
- 墜落現場の3D画像（11.15.16）
- エクソマーズ 2016 – スキアパレリ異常調査 (2017 年 5 月 18 日)
