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 パスファインダー着陸機が撮影したソジャーナー探査車 | |
| ミッションタイプ | 火星探査車 |
|---|---|
| オペレーター | 米航空宇宙局（NASA） |
| Webサイト | 公式サイト |
| ミッション期間 |
|
| 宇宙船の特性 | |
| 乾燥質量 | 11.5キログラム（25ポンド） |
| 力 | ソーラーパネル：13W |
| ミッション開始 | |
| 発売日 | 1996年12月4日 06:58:07 UTC |
| ロケット | デルタ II 7925 D240 |
| 発射場 | ケープカナベラル LC-17B |
| 請負業者 | マクドネル・ダグラス |
| 展開元 | 火星探査機 |
| 展開日 | 1997年7月5日 |
| ミッション終了 | |
| 宣言された | 1998年3月10日 |
| 最後の連絡 | 1997年9月27日 |
| 火星探査車 | |
| 着陸日 | 1997年7月4日 16:56:55 UTC |
| 着陸地点 | アレス渓谷、クリュセ平原 北緯19度7分48秒 西経33度13分12秒 / 北緯19.13000度 西経33.22000度 / 19.13000; -33.22000 (ソジャーナー探査車 (マーズ・パスファインダー)) |
| 走行距離 | 100メートル（330フィート） |
 火星探査機パスファインダーのミッションパッチ NASA火星探査車 | |
ロボット探査 車ソジャーナは、マーズ・パスファインダー計画の一環として、1997年7月4日に火星に到着した。ソジャーナは火星で92ソル（地球の95日間）活動し、地球や月以外の天体で活動した最初の車輪付き車両であった。着陸地点は、オキシア・パルス四分円のクリセ平原地域のアレス峡谷であった。[1]
ローバーには前後カメラと、いくつかの科学実験を行うためのハードウェアが搭載されていた。ミッションは 7 ソル (30 ソルまで延長可能) に及ぶように設計されており[2]、83 ソル (地球の 85 日) 活動していた。ローバーはパスファインダーベース ステーションを介して地球と通信し、1997 年 9 月 27 日午前 3 時 23 分 (PDT) に地球との最後の通信セッションが成功した。[3]ローバーからの最後の信号は 1997 年 10 月 7 日の朝に受信された。[4]
通信が途絶えるまでに、ソジャーナは100メートル（330フィート）を少し超える距離を移動した。 [5]確認された最終指令は、1997年10月5日（ソル91）まで静止し、その後着陸機の周りを回るというものだった。[6]それが可能だったという証拠はない。ソジャーナのミッションは、さらなる選択肢が尽きた後、1998年3月10日に正式に終了した。
ミッション
ソジャーナは実験用車両であり、その主な任務は、NASA 研究機関のエンジニアによって開発された技術的解決策を火星環境でテストすることであった。[7]限られた知識にもかかわらず、従った設計戦略が、遭遇する環境に適した車両の構築につながったかどうかを検証する必要があった。火星での運用を注意深く分析することで、特定された重大な問題の解決策を開発し、その後の惑星探査ミッションに改善を導入することが可能になる。ミッションの主な目的の 1 つは、「より速く、より良く、より安価な」宇宙船の開発が可能であることを証明することである。開発には 3 年かかり、着陸船には 1 億 5000 万ドル未満、ローバーには 2500 万ドルの費用がかかり、これまでのすべてのミッションよりも開発が速く、費用も少なかった。[8]
これらの目的を達成するには、技術的な要求と科学的な要求のバランスをとるために着陸地点を慎重に選択する必要があった。 [9]探査機が着陸するには広大な平原が必要であり、ローバーのシステムを検証するには岩だらけの地形が必要だった。選ばれたのは、沖積岩のような岩層が特徴のクリセ平原のアレス峡谷だった。学者たちは、巨大な排水路の出口と思われる場所にある岩石の分析によって、火星の表面に過去に液体の水が存在したことが確認され、岩石が浸食された周辺地域の詳細が得られる可能性があると考えていた。[9] [10]
技術的特徴
ソージャーナはNASAのジェット推進研究所（JPL）によって開発された。6輪で、長さ65cm（26インチ）、幅48cm（19インチ）、高さ30cm（12インチ）の乗り物である。ミッションの巡航段階では、高さ18cm（7.1インチ）のスペースを占有し、質量は11.5kg（25ポンド）であった。[11] [12]質量250kg（550ポンド）の四面体構造の着陸機によって支えられ、カメラ、科学機器、3枚の花びら状の太陽電池パネル、気象観測マスト、[13]およびローバーと着陸機間の通信を維持するために必要な6kg（13ポンド）の機器を備えていた。[12]ハードウェアには、70m（230フィート）のDeep Space Networkアンテナに毎秒約5.5キロビットを送信できる操縦可能な高利得Xバンドアンテナ、1日あたり1.1kW⋅hを生成し、1ソルあたり2～4時間の送信と、夜通し128メガバイトの動的メモリを維持するのに十分な電力を供給できる3.3m2（36平方フィート）のガリウムヒ素太陽電池アレイが含まれていました。 [14]
ランダー
着陸機の主な任務の1つは、探査車の活動を撮影し、探査車から地球にデータを送信することで探査車をサポートすることだった。着陸機は充電式バッテリーと、花びらに2.5メートル（8.2フィート）を超える太陽電池を備えていた。[15]着陸機には、Imager for Mars Pathfinder（IMP）と呼ばれる伸縮式のポールに取り付けられた空間フィルター付きの立体カメラ、 [16] [17]と、気圧、気温、風に関するデータを収集する火星気象ステーションとして機能する大気構造計測器/気象パッケージ（ASI/MET）[18]が搭載されていた。MET構造には、ポールの3つの高さに取り付けられた3つの吹流しが含まれており、最上部は約1メートル（3.3フィート）にあり、通常は西からの風を記録していた。[19]継続的なデータを提供するために、IMPは日中1時間に1回吹流しを撮影した。これらの測定により、着陸地点での粒子閾値や空気力学的表面粗さなどの風成プロセスを測定することができました。 [13]
IMP カメラの四角い目は 15 cm (5.9 インチ) 離されており、立体視と測距性能を提供してローバー操作をサポートしています。2 組のミラーによって二重の光路が折り畳まれ、光が単一の電荷結合素子(CCD) に送られます。可動部品を最小限にするために、IMP は電子シャッター付きです。CCD の半分はマスクされ、電子シャッターの読み出しゾーンとして使用されます。光学系の有効ピクセル解像度は 1 ピクセルあたり 1 ミリラジアンで、1 メートル (3.3 フィート) の範囲で 1 ピクセルあたり 1 mm (0.039 インチ) になります。カメラ シリンダーはジンバルに取り付けられており、方位角で 360°、仰角で -67° ～ +90° の回転自由度があります。このアセンブリは、AEC Able Engineering によって設計および構築された伸縮式マストによってサポートされています。このマストは火星の表面から約1.5メートル（4.9フィート）の高さにカメラを固定し、パスファインダーの地平線を特徴のない平面上で3.4キロメートル（2.1マイル）まで延長します。[14] [20] [21]
電力システム
ソージャーナには太陽電池パネルと、150ワット時の電力を供給でき、限られた夜間の運用も可能な、充電不可能なリチウムチオニル塩化物（LiSOCl 2 ）電池が搭載されていた。電池が切れると、ローバーは日中しか稼働できなかった。 [2] [22]電池により、火星への移動中、巡航ステージに閉じ込められた状態でローバーの状態を確認することも可能であった。[23]ローバーには0.22 m 2（2.4平方フィート）の太陽電池が搭載されており、火星上で条件に応じて最大約15ワットを生成できた。[22]セルはGaAs/Ge（ガリウムヒ素/ゲルマニウム）で、効率は約18パーセントであった。それらは約-140 °C（-220 °F）までの温度に耐えることができた。[23]火星に滞在して40日目頃、着陸機のバッテリーが充電されなくなったため、日没前に探査機の電源を切り、日の出とともに起動することが決定されました。[24]
移動システム
ローバーの車輪はアルミニウム製で、直径13cm（5.1インチ）、幅7.9cm（3.1インチ）であった。鋸歯状のステンレス鋼のトラックを備え、軟弱地盤の最適な条件下では1.65kPa（0.239psi）の圧力を生成できた。[25]運用段階ではそのような必要性は生じなかった。[25]各車輪は独立したモーターで駆動された。[7] 1番目と3番目の車輪はステアリングに使用された。6輪ステアリング構成も検討されたが、重すぎた。[25]ローバーが自転すると、幅74cm（29インチ）の円を描いた。[7]
車輪は特別に開発されたサスペンションを介してフレームに接続されており、起伏の多い地形でも6つの車輪すべてが地面に接するようになっていました。[25] [26] JPLのドン・ビックラーは、実験的な「ロッキー」車両用に「ロッカーボギー」と呼ばれる車輪を開発しました。ソジャーナはロッキーの8番目のバージョンです。[27] [28] [29]これらは2つの要素で構成されていました。「ボギー」は前輪を中央の車輪に接続し、「ロッカー」は後輪を他の2つの車輪に接続しました。このシステムには、各車輪によって加えられる圧力を高める可能性のあるスプリングやその他の弾性要素は含まれていませんでした。[25]このシステムにより、高さ8cm (3.1インチ) までの障害物を乗り越えることができました[11]が、理論的にはローバーは20cm (7.9インチ)、つまりローバーの長さの約30%の障害物を乗り越えることができました。[25]サスペンションシステムには折り畳み機能も備わっており、巡航状態ではローバーの占有面積は18cm（7.1インチ）となる。[30]
この移動システムは、非常に安定しており、前進と後進を同じように容易に行うことができるため、火星の環境に適していることが判明し[11] 、その後のスピリットとオポチュニティの探査車ミッションでも適切な予防措置を講じて採用されました[26]。
ソジャーナの実現につながった10年の開発段階では、JPLで月や火星用の車両の開発で得られた長年の経験を活用できる代替ソリューションが検討されました。[27] 4本以上の脚の使用は、3つの理由で除外されました。脚の数が少ないとローバーの動きと行動の自由度が制限され、数を増やすと複雑さが大幅に増加するためです。この構成で進むには、前方のスペース（次のステップに対応する地面）に関する知識も必要になり、さらに困難になります。[26]車輪付き車両を選択すると、安定性の問題のほとんどが解決され、重量が軽減され、以前のソリューションと比較して効率と制御が向上しました。[26]最も単純な構成は4輪システムでしたが、障害物を克服するのが困難でした。より良い解決策は、後輪で押して障害物を克服できる6輪または8輪を使用することでした。より軽量でシンプルな6輪オプションが好まれました。[26]
ローバーは着陸機から500メートル（1,600フィート）の距離を移動することができ、これが通信範囲のおおよその限界であった[13]。また、最大速度は1センチメートル/秒（0.39インチ/秒）であった[11] 。
ハードウェアとソフトウェア
ソージャーナの中央処理装置（CPU）は、2MHzクロックのIntel 80C85で、64キロバイト（Kb）のメモリをアドレス指定し、巡回実行プログラムを実行していました。[31]メモリストアは4つあり、メインプロセッサ用にIBM製の64KbのRAM、ハリス製の16Kbの耐放射線性PROM、Seeq Technology製の176Kbの不揮発性ストレージ、およびMicron製の512Kbの一時データストレージがありました。電子機器はローバーの耐熱電子機器ボックス（WEB）内に収納されていました。[2] WEBは、アルミニウムのスパーに接着されたグラスファイバーの表面シートで形成された箱のような構造です。表面シート間の隙間は、断熱材として機能するエアロゲルのブロックで埋められました。[32]ソージャーナで使用されたエアロゲルの密度は約20mg/ccでした。[33]この絶縁体はローバーの電子機器から発生する熱を閉じ込めるように設計されており、閉じ込められた熱は夜間にパッシブ絶縁体を通して浸透し、WEB内の電子機器の温度を-40～40℃（-40～104℉）に維持したが、ローバーの外部の温度は0～-110℃（32～-166℉）の範囲となった。[2]
パスファインダー着陸船のコンピュータは、Rad6000 SC CPU、128メガバイト（Mb）のRAM、6MbのEEPROMメモリを搭載した耐放射線IBM RISC 6000シングルチップであり、 [34] [35]オペレーティングシステムはVxWorksであった。[36]
このミッションは着陸船の同時発生ソフトウェアバグ[37]によって危険にさらされた。このバグは飛行前テストで発見されていたが、予期せぬ高負荷状態でのみ発生し、突入および着陸コードの検証に重点が置かれていたため、不具合とみなされ優先度は低かった。この問題は、地球上で実験室の複製を使用して再現され修正されたが、優先度の逆転によって引き起こされたコンピュータのリセットが原因であった。コンピュータのリセット後、科学的または工学的なデータは失われなかったが、その後のすべての操作は翌日まで中断された。[38] [39]リセットはミッション中の7月5日、10日、11日、14日に発生し[40]、 7月21日にソフトウェアにパッチが適用され、優先度の継承が可能になった。[41]
コミュニケーションとカメラ
ソジャーナは9,600ボーの無線モデムを使用して基地局と通信したが、エラー チェック プロトコルにより、通信は 2,400 ボーの機能速度に制限され、理論上の範囲は約 0.5 キロメートル (0.31 マイル) であった。通常の動作では、定期的に「ハートビート」メッセージを着陸機に送信する。応答がない場合、ローバーは最後にハートビートを受信した場所に自動的に戻ることができる。必要に応じて、同じ戦略を使用して、ローバーの動作範囲を無線トランシーバーの範囲を超えて意図的に拡張することもできたが、ミッション中にローバーがパスファインダーから 10 メートル (33 フィート) 以上離れることはほとんどありませんでした。 [2]超高周波(UHF) 無線モデムは半二重モードで動作し、データの送信または受信のいずれかが可能で、同時に両方を行うことはできません。データは 2 KB のバーストで通信されました。[42]
火星探査車はベースステーションのIMPカメラシステムによって撮影され、探査車の進むべき方向の決定にも役立った。[43] 探査車は前面に2台のモノクロカメラ、背面に1台のカラーカメラを備えていた。各前面カメラは高さ484ピクセル、幅768ピクセルのアレイを備えていた。カメラはイーストマン・コダック社製のCCDを使用し、CPUによってクロックアウトされ、自動露出、ブロック切り捨て符号化（BTC）データ圧縮、不良ピクセル/列処理、画像データのパケット化が可能であった。[44]
両方の前方カメラは5つのレーザーストライププロジェクターと連動しており、探査車の進路上の危険を検知するための測定とともに立体画像を撮影することができた。光学系は窓、レンズ、視野平坦化装置で構成されていた。窓はサファイア製で、レンズ対物レンズと平坦化装置はセレン化亜鉛製であった。[44]
もう1台のカラーカメラはローバーの背面、APXSの近くに設置され、90度回転した。このカメラはAPXSのターゲットエリアとローバーの地上軌跡の画像を提供した。[44]
このカラーカメラのセンサーは、4×4ピクセルブロックの16ピクセルのうち12ピクセルが緑色光に敏感になるように配置されており、2ピクセルは赤色光に敏感で、他の2ピクセルは赤外線と青色光に敏感でした。[44]
ローバーのカメラには500ナノメートル（nm）より短い波長の光を遮断する亜鉛セレン化レンズが付いていたため、青色光は実際には青色と赤外線に敏感なピクセルに到達せず、赤外線のみが記録されました。[44]
ローバー制御ソフトウェア
ソジャーナの運用は、地球上のシリコングラフィックスの Onyx2コンピューターで実行され、グラフィカル インターフェイスを使用してコマンド シーケンスを生成できる「ローバー コントロール ソフトウェア」(RCS) によってサポートされました。ローバーのドライバーは、ベース ステーションからの画像が提供される 3D ゴーグルを着用し、専用のジョイスティックで仮想モデルを動かします。コントロール ソフトウェアにより、ローバーと周囲の地形をあらゆる角度から見ることができ、地形の特徴の調査、ウェイポイントの配置、仮想フライオーバーがサポートされます。ダーツは、ローバーが行くべき場所を示すアイコンとして使用されました。目的の場所はシーケンスに追加され、実行するためにローバーに送信されました。通常、長いコマンド シーケンスが 1 日に 1 回作成され、送信されました。[45] [46]ローバーのドライバーは、ブライアン K. クーパーとジャック モリソンでした。[5]
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探査車の運転手が使用する火星の表面を視覚化したスクリーンの例 -
運転手が探査車の周囲のあらゆる角度から地表を見ることができる「仮想現実」インターフェースの例 -
ブライアン・K・クーパー、主任ローバードライバー、ステレオゴーグルを装着 -
ステレオゴーグルを装着したクーパー氏がRCSを操作する
科学ペイロード
アルファ陽子X線分光計
アルファ陽子X線分光計（APXS）は、火星の土壌、岩石、塵の化学組成を、機器に内蔵された放射性物質にサンプルをさらすことで生じるアルファ線、陽子線、X線成分の戻り放射線を分析することで判定するように設計された。[47] [48]この機器にはキュリウム-244線源[49]があり、5.8 MeVのエネルギーと18.1年の半減期を持つアルファ粒子を放出する。分析対象サンプルの表面に衝突した入射放射線の一部は反射され、残りはサンプルと相互作用した。[14]
APXS 技術の原理は、放射性同位元素源からのアルファ粒子と物質との相互作用に基づいています。戻り放射線には、単純なラザフォード後方散乱、軽元素の原子核との反応による陽子の生成、アルファ粒子の衝撃によって生成された原子殻空孔が最も内側の軌道の電子と相互作用して再結合する際のX 線の生成という 3 つの要素があります。 [14]この機器は、戻り放射線の 3 つの要素すべてのエネルギーを検出するように設計されており、分析サンプルの表面から数十マイクロメートル下にある原子とその量を特定できます。[50]検出プロセスはかなり遅く、各測定に最大 10 時間かかる場合があります。[51]
感度と選択性はチャネルによって異なります。アルファ後方散乱は炭素や酸素などの軽い元素に対して高い感度を持ち、陽子放出は主にナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、硫黄に対して感度が高く、X線放出はナトリウムから鉄以上の重い元素に対してより感度が高いです。3つの測定を組み合わせることで、APXSは1パーセント未満の濃度で存在する水素を除くすべての元素に対して感度を持つようになります。 [14]この機器は失敗したロシアの火星96ミッションのために設計されました。[49]アルファ粒子検出器と陽子検出器はマックスプランク研究所の化学部門から提供され、X線検出器はシカゴ大学で開発されました。[48]
各測定中、機器の前面がサンプルに接触していなければなりませんでした。[48]これを可能にするために、APXSはアルファ陽子X線分光計展開機構（ADM）と呼ばれるロボットアームに取り付けられました。ADMは、±25°の回転が可能な手首を備えた人型アクチュエータでした。 [51]ローバーとADMの二重のモビリティにより、この機器の可能性は高まりました。これは、火星に到達した最初の種類の機器です。[49]
車輪の摩耗実験
ホイール摩耗実験 (WAE) は、アルミニウム、ニッケル、プラチナの薄層に対する火星の土壌の摩耗作用を測定し、着陸地点の土壌の粒径を推定するために設計された。この目的のために、厚さ 200 ～ 1000 オングストロームの 2 つの中央ホイールの 1 つに、各金属を 5 層ずつ合計 15 層が取り付けられ、ローバーの残りの部分から電気的に絶縁された。ホイールを適切に向けると、太陽光が近くの光起電センサーに反射された。収集された信号は、必要な情報を決定するために分析された。[52]ミッションスケジュールで摩耗作用が重要になるように、ローバーは頻繁に停止し、他の 5 つのホイールにブレーキをかけ、WAE ホイールを回転させて摩耗を増加させるようにスケジュールされた。[53]火星での WAE 実験の後、実験室で観察された効果を再現する試みがなされた。[53]
ファーガソンらが提案した結果の解釈によれば、着陸地点の土壌は、粒径が40μm未満の、硬度が限られた細粒の塵でできていると考えられる。[53]この機器は、グレン研究センターのルイス太陽光発電および宇宙環境部門によって開発、構築、管理された。[53]
材料接着実験
材料付着実験（MAE）は、グレン研究センターのエンジニアによって、ローバーの背面に毎日蓄積されるほこりと、太陽光発電パネルのエネルギー変換能力の低下を測定するために設計されました。[54] [55]これは2つのセンサーで構成されていました。[54]
最初のものは、指示に応じて取り外すことができる透明なガラスで覆われた太陽電池で構成されていました。現地の正午近くに、ガラスが取り付けられている状態と取り外された状態の両方で、セルのエネルギー収量の測定が行われました。比較から、塵によって引き起こされたセル収量の減少を推測することができました。[54]最初のセルの結果は、火星の環境にさらされた2番目の太陽電池の結果と比較されました。 [ 54] 2番目のセンサーは、水晶振動子マイクロバランス（QCM）を使用して、センサーに堆積した塵の表面積あたりの重量を測定しました。[54]
ミッション中、太陽電池のエネルギー効率は毎日0.28%低下したことが記録された。これはローバーが静止しているか動いているかには関係なかった。[55]これはローバーに付着した塵は大気中に浮遊しており、ローバーの動きによって舞い上がったものではないことを示唆している。[52]
制御システム
ソジャーナの運転に関する通信は1ソルごとに1回行われることになっていたため、ローバーにはその動きを独立して制御するためのコンピュータ制御システムが装備されていました。[56]
一連のコマンドがプログラムされており、障害を克服するための適切な戦略が提供されています。主要なコマンドの 1 つは「ウェイポイントへ移動」です。着陸機を起点とするローカル参照システムが想定されていました。座標方向は着陸の瞬間に固定され、北の方向を基準とします。通信セッション中 (1 ソルにつき 1 回)、ローバーは地球から到着地点の座標を含むコマンド文字列を受信し、自律的にそこに到達する必要があります。[56]
搭載コンピューターに実装されたアルゴリズムは、最初の選択肢として、開始位置から直線で障害物に到達しようとした。写真用対物レンズとレーザーエミッターのシステムを使用して、ローバーはこの経路上の障害物を識別することができた。搭載コンピューターは、カメラの画像でレーザーによって生成された信号を検索するようにプログラムされていた。平坦な表面で障害物がない場合、この信号の位置はコンピューターに保存されている参照信号に対して変化しなかった。この位置からのずれによって、障害物の種類を識別することが可能になった。[56]写真スキャンは、車輪の直径に等しい13cm（5.1インチ）前進するたびに、および各ターンの前に実行された。[7]
障害物の存在が確認されると、[a]コンピューターはそれを避けるための最初の戦略の実行を指示した。ローバーは、障害物が視界から消えるまで、まだ単独で回転した。その後、ローバーは長さの半分進んだ後、到着地点に導く新しい直線経路を再計算した。この手順の最後には、コンピューターは障害物の存在を記憶していなかった。[56]車輪の操舵角はポテンショメーターで制御された。[7]
特に不均一な地形では、多数の障害物が存在するため、上記の手順は妨げられたであろう。そのため、「針の穴を通す」として知られる2番目の手順があり、これは、2つの障害物の間の二等分線に沿って、ローバーが通過できる十分な間隔がある場合に、障害物の間を進むというものである。ローバーが所定の距離に到達する前に空き地に遭遇した場合、目標に到達するための新しい直線軌道を計算するために、ローバーは回転しなければならなかった。逆に、ローバーは戻って別の軌道を試さなければならなかった。最後の手段として、接触センサーがローバーの前面と背面に取り付けられた。[56]
ローバーの方向転換を容易にするために、適切な回転を地球からその場で命令することができた。その命令は「ターン」であり、ジャイロスコープを使用して実行された。[7] 3つの加速度計が3つの垂直方向に沿って重力の加速度を測定し、表面の傾斜を測定することを可能にした。ローバーは30°を超える傾斜を必要とするルートから外れる様にプログラムされていたが、[56] 45°に傾けても転倒しないように設計されていた。[7]移動距離は車輪の回転数によって決定された。[56]
マリー・キュリー
マリー・キュリーはソジャーナの予備機である。火星での運用段階では、ソジャーナに送信される最も複雑なコマンドのシーケンスが、JPLのこの同一のローバーで検証された。[57] NASAは、中止されたマーズ・サーベイヤー2001ミッションにマリー・キュリーを送る予定だったが、2003年に送ることが提案され、マリー・キュリーを「着陸機に取り付けられたロボットアームを使用して」展開することを提案した。[58]これに代わって、火星探査ローバープログラムが2003年に開始された。2015年、JPLはマリー・キュリーをスミソニアン国立航空宇宙博物館（NASM）に移送した。 [59]
宇宙史家でありNASMキュレーターのマット・シンデル氏は次のように述べている。
マリー・キュリー探査機は完全に機能するユニットであり、どの時点でどれが飛行し、どれが地上に留まるかが決定されたのかは定かではないが、すぐにメインユニットと交代する準備ができていた。[60]
マースヤード
JPL は、自然光条件下でロボットのプロトタイプとアプリケーションをテストするために、「マーズ ヤード」と呼ばれる火星の地形を模した施設を建設しました。テストエリアは 21 x 22 m (69 x 72 フィート) の大きさで、さまざまなテスト条件をサポートするためにさまざまな地形が配置されています。土壌は、海岸の砂、風化した花崗岩、レンガの粉塵、火山灰の組み合わせです。岩石は、赤と黒の両方の細粒で気泡のある玄武岩を含む、数種類の玄武岩です。岩石のサイズ分布は火星で見られるものと一致するように選択され、土壌の特性は火星の一部の地域で見られるものと一致しています。大きな岩石は、密度が低く、テストのために移動しやすいため、組成が火星に似ていません。レンガや溝などの他の障害物は、特殊なテストによく使用されました。[61]マーズ ヤードは、1998 年に拡張され、その後 2007 年に他の火星探査車ミッションをサポートするために拡張されました。[62]
ネーミング
「ソジャーナー」という名前は、1994年3月に惑星協会がJPLと共同で開催したコンテストで選ばれました。コンテストは1年間開催され、18歳以下のあらゆる国の学生が参加できました。参加者は「ローバーを捧げるヒロイン」を選び、彼女の功績と、その功績を火星の環境にどのように応用できるかについてエッセイを書くよう求められました。[63]この取り組みは、全米科学教師協会が発行する雑誌「サイエンス・アンド・チルドレン」の1995年1月号を通じて米国で宣伝されました。[63]
カナダ、インド、イスラエル、日本、メキシコ、ポーランド、ロシア、米国などから約3,500件の論文が寄せられ、そのうち1,700件は5歳から18歳の学生によるものだった。受賞者は、作品の質と独創性、火星探査車の名前の適切さ、ヒロインと探査ミッションに関する参加者の知識に基づいて選ばれた。[63]優勝した論文は、コネチカット州ブリッジポートの12歳のヴァレリー・アンブロワーズが書いたもので、南北戦争時代のアフリカ系アメリカ人奴隷制度廃止論者で女性の権利運動家であるソジャーナ・トゥルースに探査車を捧げることを提案した。[ 63 ] 2位は、ノーベル賞を受賞したフランス系ポーランド人の化学者マリー・キュリーを提案したメリーランド州ロックビルの18歳のディープティ・ロハトギだった。 3位はテキサス州ラウンドロック出身の16歳のアダム・シーディで、1986年のチャレンジャー号爆発事故で亡くなったアメリカの宇宙飛行士でスペースシャトルの乗組員であるジュディス・レズニックを選んだ。[63]このローバーはマイクロローバー飛行実験、略してMFEXとしても知られている。[43]
オペレーション
ソジャーナは1996年12月4日にデルタIIブースターで打ち上げられ、1997年7月4日に火星に到着した。1997年7月5日[66]から9月27日[65]まで、オキシア・パルス四角形内のクリセ平原のアレス・ヴァリス水路で活動し、この日、着陸機は地球との通信を切断した。[65] 83ソルの活動期間中（ローバーの予想活動期間の12倍）に、ソジャーナは104メートル（341フィート）を移動し、常に着陸機から12メートル（39フィート）以内の距離を飛行した。[49] 550枚の画像を収集し、[65] APXSで16回の分析（9回は岩石、残りの土壌）を実行し、 [49]着陸機と協力して11回の車輪摩耗実験と14回の土壌力学実験を行った。[7] [67]
着陸地点
探査車の着陸地点は、1994年4月にヒューストンの月惑星研究所で選ばれた。着陸地点は、アレス峡谷と呼ばれる古代の氾濫原で、火星の北半球に位置し、火星で最も岩の多い場所の1つである。ここが選ばれたのは、着陸するのに比較的安全な表面であり、洪水中に堆積したさまざまな岩石を含むと考えられていたためである。この地域はバイキング計画によって写真に撮られており、よく知られていた。[68] [69] [70]着陸が成功した後、着陸機は天文学者に敬意を表して正式に「カール・セーガン記念ステーション」と名付けられた。[71]
展開
火星探査機パスファインダーは1997年7月4日に着陸した。花びらは87分後に展開され、内部にはソジャーナ探査車と太陽電池パネルが取り付けられていた。翌日、探査車は着陸船から脱出した。[15]
岩石分析
着陸地点の岩には漫画のキャラクターの名前が付けられていた。その中には、ポップタルト、エンダー、ミニマッターホルン、ウェッジ、ベーカーズベンチ、スクービードゥー、ヨギ、バーナクルビル、プーさん、ピグレット、ラム、サメ、ジンジャー、スフレ、キャスパー、モー、スティンピーなどがあった。砂丘はマーメイドデューンと呼ばれ、一対の丘はツインピークスと名付けられた。[72] [73] [74]
最初の分析は、第3ソルに「バーナクルビル」と呼ばれる岩石で実施されました。岩石の組成はAPXS分光計で決定され、完全なスキャンには10時間かかりました。岩石「ヨギ」は第10ソルに分析されました。[66] [75]周囲の表面よりも視覚的に低いレベルであっても、岩石に近い土地の形状は洪水水の蒸発に由来すると示唆されています。[76]
どちらの岩石も安山岩であることが判明した。安山岩は地殻とマントルの物質の相互作用を必要とする地質学的プロセスによって形成されるため、この発見は一部の学者を驚かせた。周囲の高地に関する情報が不足していたため、この発見が意味するすべてのことを把握することは不可能であった。[77]
その後、探査車は次のターゲットに向けられ、14日目に「スクービー・ドゥー」と名付けられた岩を分析し、「キャスパー」岩を撮影した。[66]どちらも固められた堆積物であると判断された。[52]「モー」と呼ばれる岩には風食の痕跡が見られた。分析された岩のほとんどは、高いケイ素含有量を示した。「ロックガーデン」というニックネームの地域では、探査車は地球の砂丘に似た三日月形の砂丘に遭遇した。[74]
着陸地点には多様な岩石が豊富に存在し、その中には「ヨギ」のように明らかに火山起源のものもあれば、起源については複数の提案がある礫岩もある。ある仮説では、それらは火星の遠い昔に水が存在したために形成されたとされている。 [52]この仮説を裏付けるように、高いシリコン含有量が検出される。これは堆積作用の結果である可能性もある。様々な大きさの丸い岩石が発見され、谷の形状は河川の流路環境と一致する。[10]表面衝突イベント中に、より小さく丸い石も生成された可能性がある。[52]
ミッションの最終結果がサイエンス誌（1997年12月5日号）の一連の記事で説明されたとき、ヨギ岩は塵で覆われているが、バーナクルビル岩に似ていると考えられていました。計算によると、両方の岩は主に斜方輝石（マグネシウム鉄ケイ酸塩）、長石（カリウム、ナトリウム、カルシウムのアルミニウムケイ酸塩）、石英（二酸化ケイ素）を含み、少量の磁鉄鉱、イルメナイト、硫化鉄、リン酸カルシウムが含まれています。[78] [79]
ソジャーナー大衆文化において
- 2000年の映画『レッド・プラネット』では、火星への最初のミッションの乗組員が突入機の不時着を生き延びる。彼らの通信機器は破壊され、軌道上の回収機と連絡が取れなくなる。乗組員は火星に取り残されて死亡したとみなされる前に連絡を取り戻すため、パスファインダー探査車の現場に行き、そこから部品を回収して基本的な無線機を作った。[80]
- 2001年の『スタートレック:エンタープライズ』のオープニングタイトルでは、ソジャーナが休眠状態で埃に覆われている様子が描かれている。別のシーンでは、カール・セーガン記念ステーションに搭載された探査車の着陸地点を示す銘板が映っている。[81]エピソード「テラ・プライム」では、ソジャーナが記念碑として火星の表面に短時間映っている。
- アンディ・ウィアーの2011年の小説『オデッセイ』 [82]と、それを原作とした2015年の映画[83]では、主人公のマーク・ワトニーは火星に取り残される。マークはパスファインダー着陸船を回収し、それを使って地球と連絡を取る。映画では、着陸船と探査車はジェット推進研究所の協力を得て再現された。映画に携わった美術デザイナーのアーサー・マックスは、「完全に実用的なパスファインダーがあり、それを映画全体で使用している」と語っている。[24]映画では、後にマーク・ワトニーが火星の前哨基地であるアレスIIIハブで、ソジャーナに乗って周囲を巡回している姿が見られる。
受賞と栄誉
- 1997年10月21日、ユタ州ソルトレイクシティで開催されたアメリカ地質学会の年次総会で、ソジャーナーは同学会の惑星地質学部門の名誉会員に選出された。[84]
- 1997年11月、火星探査機パスファインダーの功績を記念して、3ドルのプライオリティメール切手が発行された。1500万枚の切手が印刷された。この切手は、1997年7月4日に火星表面に着陸した火星探査機パスファインダーから最初に受信された画像に基づいており、パスファインダーに載ったソジャーナ探査車と、その背景にあるアレス渓谷地域のパノラマ風景が写っている。切手の裏面には、パスファインダーのミッションに関する文章が書かれている。[85]
- ソジャーナはカーネギーメロン大学のロボット殿堂入りを果たした。[86]
- 2021年に着陸したパーサヴィアランス探査車には、その外部プレートの1つに、ソジャーナから始まるこれまでのNASA火星探査車すべての簡略化された表現が施されている。 [87]
主要人物
探査車とその機器の開発、火星での活動中の誘導は、NASAのエンジニアのグループによって行われ、総称して「探査車チーム」と呼ばれています。主な人員は以下のとおりです。[13]
- マイクロローバー飛行実験マネージャー: Jacob Matijevic、JPL
- マイクロローバー飛行実験主任エンジニア: ウィリアム・レイマン、JPL
- マイクロローバー飛行実験の組み立ておよび主任テストエンジニア、アレン・シロタ、JPL
- マイクロローバーミッション運用エンジニア: Andrew Mishkin、JPL
- IMP主任研究者: ピーター・H・スミス、アリゾナ大学
- ASI/MET 施設機器科学チームリーダー: John T. Schofield、JPL
- ASI/MET チーフエンジニア: Clayton LaBaw、JPL
- APXS 主任研究者: ルドルフ・リーダー、マックス・プランク研究所、化学部門、マインツ、ドイツ
- 車輪摩耗実験、主任研究者: D. ファーガソンおよび J. コレッキ、NASA ルイス研究センター
- 材料接着実験、主任研究者: G. ランディスおよび P. ジェンキンス、NASA ルイス研究センター
- JPL 火星探査プログラム マネージャー:ドナ・シャーリー
ギャラリー
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制作段階の滞在者。 -
1996 年 10 月、JPL のパスファインダーとソジャーナが打ち上げ位置に「折り畳まれている」ところ。 -
マーズ・パスファインダーがロケットに積み込まれている。
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![ソジャーナのソル2「保険パノラマ」。530、600、750 nmのフィルターで撮影。[b]](https://img-server.japedia.wiki/wikipedia/commons/thumb/8/8d/PIA01551.jpg/500px-PIA01551.jpg)
ソジャーナのソル2「保険パノラマ」。530、600、750 nmのフィルターで撮影。[b] -
ソジャーナーは「ヨギ」岩で分光計測定を実施します。 -
着陸機が撮影した画像に投影された探査機のルート。 -
着陸船とローバーを上空から撮影したモザイク画像。特徴のコントラストを高めるために色が強調されており、IMP スペクトル フィルター 5、9、0 から取得されています。 -
ヨギ近くのローバー、ソル10。
後の火星探査車との比較
- ソジャーナ、スピリット、オポチュニティ、キュリオシティ探査車の車輪の比較。
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ソジャーナー'文脈における位置
(表示•議論)
火星の地球全体の地形を示すインタラクティブな画像マップ。火星探査車と着陸機の位置が重ねて表示されています。ベースマップの色は火星表面の相対的な標高を示しています。
クリック可能な画像:ラベルをクリックすると新しい記事が開きます。（ アクティブ• 非アクティブ• 予定）
（参照：火星地図、火星記念碑リスト）
ソジャーナー
参照
- 火星探査
- 火星3号（着陸機）
- バイキング1号（着陸船）
- バイキング2号（着陸船）
- スピリット（ローバー）
- オポチュニティ（ローバー）
- キュリオシティ（探査車）
- パーセベランス（探査車）
- 朱容（ローバー）
- ロザリンド・フランクリン（ローバー）（計画ミッション）
- 火星探査車に搭載された組み込みコンピュータシステムの比較
脚注
- ^ 20回の検出のうち3回が誤検出となる可能性が予測された。
- ^ この画像はマスト展開前にIMPが撮影したもの。展開中に何か問題が起こった場合でも、着陸地点のパノラマ写真が残るため「保険パノラマ」と呼ばれた。マスト展開後はIMPの高さは一定であった。[20]
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- ^ “Presidential Panorama”. mars.nasa.gov . NASA. 2021年6月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年8月30日閲覧。この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
この記事の一部は、もともとイタリア語版ウィキペディアの記事から翻訳されたものです。原文については、Sojourner を参照してください。
さらに読む
- アンドリュー・ミシュキン(2004)。バークレー・ブックス (編)。『ソジャーナー: 火星探査機パスファインダーミッションの内側からの視点』バークレー・ブックス。ISBN 978-0-425-19839-1。
- ローバーチーム (1997)。「パスファインダーマイクロローバー」。J . Geophys. Res . 102 (E2): 3989– 4001。Bibcode : 1997JGR ...102.3989M。doi :10.1029 / 96JE01922。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、火星探査機「マーズ・パスファインダー」に関連するメディアがあります。
- JPL、NASA (編)。「ローバー・ソジャーナー」。火星探査機パスファインダー・ミッション。2010年9月24日閲覧。
- JPL、NASA (編)。「ソジャーナ・ローバーの目を通して見た火星」。マーズ・パスファインダー・ミッション。 2010年9月24日閲覧。
- 公式サイト
- 火星探査機フォトギャラリー
- パスファインダー画像のディレクトリ
- ローバー運用日誌
- 火星探査機の時代はいかに始まったか、ローレン・J・ヤング著、サイエンス・フライデー
- JPL による YouTube の Mars Pathfinder メディア リール
- ソジャーナー特許
