スカイクレーン（着陸システム）

スカイクレーンは、 NASAジェット推進研究所が2台の最大の火星探査車、キュリオシティとパーサヴィアランスのために開発した、突入、降下、着陸（EDL）シーケンスの最後の部分で使用される軟着陸システムです。以前の探査車は着陸にエアバッグを使用していましたが、キュリオシティとパーサヴィアランスはどちらもこの方法で着陸するには重すぎました。代わりに、パラシュートとスカイクレーンを組み合わせた着陸システムが開発されました。スカイクレーンは、軟着陸するまで3本のナイロンテザーで探査車を降ろす、8つのエンジンを備えたプラットフォームです。

EDL は宇宙船が火星の大気圏の最上部に到達したときに始まります。エンジニアたちは火星着陸にかかる時間を「恐怖の 7 分間」と呼んでいます。^[1]

NASAの最初の探査車であるソジャーナ（火星探査機パスファインダーに搭載）と双子の探査車スピリットとオポチュニティは、着陸にパラシュート、逆噴射ロケット、エアバッグを組み合わせて使用​​した。 2011年に打ち上げられたキュリオシティは重量が約900kgで、この方法で着陸するには重すぎた。必要なエアバッグはロケットで打ち上げるには重すぎるためだ。^[2]代わりに、保護エアロシェル、超音速パラシュート、スカイクレーンを組み合わせた着陸システムが、アダム・ステルツナー率いるジェット推進研究所（JPL）によって開発された。^{[3] [4] [5]}スカイクレーンは「探査車に取り付けられた8つのロケットジェットパック」である。^[6]このシステムははるかに正確です。火星探査ローバーはそれぞれ93マイル×12マイル（150×20キロメートル）の着陸楕円の範囲内であればどこにでも着陸できましたが、マーズ・サイエンス・ラボラトリーは12マイル（20キロメートル）の楕円の範囲内に着陸しました。^[7]マーズ2020はさらに正確なシステムを備えており、着陸楕円は7.7×6.6キロメートルです。^[8]

キュリオシティチームは、古いバイキング着陸システム（そのエンジンは「バイキングのスロットルエンジンのアップグレードされた『再発明』」である）と以前のローバーの着陸経験を研究して、スカイクレーンシステムを発明した。^[5]スカイクレーンはヘリコプターとよく似た動作をするため、チームはシコルスキー・スカイクレーンのヘリコプターエンジニアやパイロットに相談した。^[9]

• 
  ソジャーナ、スピリット、オポチュニティ探査車に使用されたエアバッグ。
• 
  ソジャーナ、火星探査ローバー、キュリオシティの比較
• 
  パーセベランス、キュリオシティ、インサイト着陸船、フェニックス着陸船、マーズ・パスファインダーの着陸楕円の比較。

キュリオシティは、スカイクレーン操作で着陸した最初の探査車でした。パラシュートブレーキの後、高度約1.8 km (1.1 mi)で、まだ約100 m/s (220 mph) で移動中に、探査車と降下段はエアロシェルから落下しました。 ^[10]降下段は探査車の上にあるプラットフォームで、降下速度を遅くするために、このプラットフォームの周囲に伸びたアームに8つの可変推力一液性 ヒドラジンロケットスラスタが付いています。各ロケットスラスタは火星着陸エンジン (MLE) と呼ばれ、 ^[11] 400～3,100 N (90～697 lbf) の推力を生み出します。レーダー高度計が高度と速度を測定し、データを探査車のフライトコンピューターに送信しました。一方、探査車はスカイクレーンシステムによって降下段の下に降ろされながら、格納された飛行形態から着陸形態へと変形した。

このシステムは、3本のナイロンテザーでローバーを下ろすブライドルと、降下ステージとローバーの間で情報と電力を運ぶ電気ケーブルで構成されています。サポートケーブルとデータケーブルが巻き出されると、ローバーの6つの電動ホイールが所定の位置にカチッとはまりました。降下ステージの約7.5メートル（25フィート）下で、スカイクレーンシステムは減速して停止し、ローバーは着陸しました。着陸後、ローバーは車輪の重量を検知して地面に着いたことを確認するために2秒間待機し、ブライドルとアンビリカルコードのケーブルカッターを作動させるいくつかの花火ファスナーを発射して降下ステージから自分自身を解放しました。その後、降下ステージは650メートル（2,100フィート）離れた場所に墜落しました。^{[12] [7]}

• 
  好奇心EDLプロフィール
• 
  MSL宇宙船の分解図。中央にスカイクレーンがある(3)。
• 
  JPL のキュリオシティスカイクレーン
• キュリオシティの恐怖の7分間
• 
  動力降下ステージ
• 
  ロケット推進の降下段から降ろされるキュリオシティの想像図。
• 
  スカイクレーンの分離前の着陸の最終段階

スカイクレーンシステムは、前任機よりも重く、1,025kgの重さがあるパーサヴィア^{ランス探査車のためにさらにアップデートされました。 [13]}大気圏突入時に、宇宙船は下部の耐熱シールドを投棄し、バックシェルからパラシュートを展開して、降下速度を制御された速度まで減速しました。これは、突入後約240秒で、高度約7マイル（11キロメートル）、速度約940mph（1,512km/h）で発生します。EDLには、特殊なカメラを使用して表面の特徴をすばやく識別する新しい地形相対ナビゲーション技術が搭載されています。次に、搭載された地図と比較して、探査車がどこに向かっているかを正確に判断します。ミッションチームのメンバーは、着陸ゾーンの最も安全なエリアを事前にマップしました。パーサヴィアランスは、より危険な地形に向かっていると判断できた場合、到達できる最も安全な場所を選択し、次のステップに備えます。探査機が時速320km（200mph）以下で地表から約1.9km（1.2マイル）の地点まで移動すると、探査機とスカイクレーンのアセンブリがバックシェルから切り離され、スカイクレーンのロケットが惑星への残りの降下を制御した。降下段が水平になり、最終降下速度である時速約1.7マイル（時速2.7キロメートル）まで減速すると、スカイクレーン操作が開始される。着陸の約12秒前、地表から約66フィート（20メートル）の高さで、降下段は長さ約21フィート（6.4メートル）のケーブルで探査機を降ろし、着陸を確認するとケーブルを切り離し、探査機に損傷を与えないように少し離れた場所まで飛行した。その間に、探査機は移動システムを格納し、脚と車輪を着陸位置に固定した。^{[14] [15] [9]}

パーセベランスは2021年2月18日20時55分（UTC）に火星の表面に無事着陸した。^[16] インジェニュイティは翌日、パーセベランスの通信システムを介してNASAに報告し、その状態を確認した。 ^{[17] NASAはまた、}パーセベランスに搭載されたマイクが他の高性能映像記録装置とともにEDLに耐えたことを確認し、着陸直後に火星の表面で録音された最初の音声を公開した。^[18]火星の風の音を捉えた。^[19]

• 
  パーセベランスEDL プロファイル
• 
  火星2020の拡大イラスト。中央にスカイクレーンがあります。
• 
  パーセベランススカイクレーン
• 
  スカイクレーン分離試験
• パーサヴィアランスの火星への降下と着陸（搭載カメラの映像）
• 
  降下中の探査車から撮影されたスカイクレーン
• 
  降下中にスカイクレーンから撮影された探査車

• 『火星年代記』ニューヨーカー誌