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 着陸降下カプセルを放出するバイキング探査機の想像図 | |
| メーカー | ジェット推進研究所/ マーティン・マリエッタ |
|---|---|
| 原産国 | アメリカ合衆国 |
| オペレーター | NASA /ジェット推進研究所 |
| アプリケーション | 火星探査機/着陸機 |
| 仕様 | |
| 打ち上げ質量 | 3,527キログラム（7,776ポンド） |
| 力 | 探査機: 620 ワット (太陽電池アレイ) 着陸機: 70 ワット ( RTGユニット 2 台) |
| 政権 | 等心円 |
| デザインライフ | 周回機: 火星で4年間 着陸機: 火星で4～6年間 |
| 生産 | |
| 状態 | 引退 |
| 構築済み | 2 |
| 発売 | 2 |
| 引退 | バイキング1号軌道船 1980年8月17日[1] バイキング1号着陸船 1976年7月20日[1] (着陸) から 1982年11月13日[1] バイキング2号軌道船 1978年7月25日[1] バイキング2号着陸船 1976年9月3日[1] (着陸) から 1980年4月11日[1] |
| 初打ち上げ | ヴァイキング1号 1975年8月20日[1] [2] |
| 最後の打ち上げ | バイキング 2 1975 年 9 月 9 日[1] [3] |
バイキング計画は、1976年に火星に着陸したバイキング1号とバイキング2号という2機の同一のアメリカの宇宙探査機から構成されていました。 [1]ミッションの取り組みは1968年に始まり、NASAラングレー研究センターによって管理されていました。[4]各宇宙船は、軌道から火星の表面を撮影するように設計された周回機と、表面から火星を調査するように設計された着陸機の2つの主要な部分で構成されていました。周回機は、着陸機が着陸すると通信中継機としても機能しました。
バイキング計画は、NASAのそれ以前の、さらに野心的なボイジャー火星計画から発展したもので、 1970 年代後半の成功したボイジャー深宇宙探査機とは関係ありません。バイキング 1 号は 1975 年 8 月 20 日に打ち上げられ、2 番目の宇宙船であるバイキング 2号は 1975 年 9 月 9 日に打ち上げられました。どちらも、セントール上段を備えたタイタン IIIEロケットに搭載されていました。バイキング 1 号は1976 年 6 月 19 日に火星軌道に入り、バイキング 2 号は8 月 7 日に続きました。
1 か月以上火星を周回し、着陸地点の選択に使用する画像を送信した後、周回機と着陸機は分離しました。その後、着陸機は火星の大気圏に入り、選択された場所に軟着陸しました。バイキング 1 号の着陸機は、バイキング 2号が軌道に到着する2 週間以上前の 1976 年 7 月 20 日に火星の表面に着陸しました。その後、バイキング 2 号は 9 月 3 日に軟着陸に成功しました。着陸機が表面に 機器を展開する間、周回機は軌道上で画像の撮影やその他の科学的作業を続けました。
プロジェクトの費用は打ち上げ時点でおよそ10億ドルで、[5] [6] 2023年の価値に換算すると約60億ドルに相当する。[7]このミッションは成功したとみなされ、1990年代後半から2000年代初頭にかけて火星に関する知識の大部分を形成するのに貢献したとされている。[8] [9]
科学の目的
- 火星表面の高解像度画像を取得する
- 大気と地表の構造と組成を特徴付ける
- 火星の生命の証拠を探す
バイキング軌道船
2 機のバイキング軌道船の主な目的は、着陸船を火星に輸送し、着陸地点を見つけて確認するための偵察を行い、着陸船の通信中継役を務め、独自の科学調査を行うことでした。以前のマリナー 9宇宙船をベースにした各軌道船は、直径約 2.5 メートル (8.2 フィート) の八角形でした。燃料を満載した軌道船と着陸船のペアの質量は 3,527 kg (7,776 ポンド) でした。分離および着陸後、着陸船の質量は約 600 kg (1,300 ポンド)、軌道船の質量は 900 kg (2,000 ポンド) でした。打ち上げ時の総質量は 2,328 kg (5,132 ポンド) で、そのうち 1,445 kg (3,186 ポンド) が推進剤と姿勢制御ガスでした。リング状構造の 8 つの面は、高さが 0.457 m (18 インチ)、幅が交互に 1.397 メートルと 0.508 メートル (55 と 20 インチ) でした。全体の高さは、下部の着陸船取り付けポイントから上部の打ち上げロケット取り付けポイントまで 3.29 m (10.8 フィート) でした。モジュール コンパートメントは 16 個あり、4 つの長い面にそれぞれ 3 つ、短い面にそれぞれ 1 つありました。4 つの太陽電池パネル ウィングがオービターの軸から伸びており、反対側に伸びた 2 つの太陽電池パネルの先端から先端までの距離は 9.75 m (32 フィート) でした。
推進
主推進ユニットはオービタバスの上に搭載されていた。推進力は、9度まで ジンバル調整可能な二元推進剤(モノメチルヒドラジンと四酸化窒素) 液体燃料ロケット エンジンによって供給された。エンジンは 1,323 N (297 lbf ) の推力を発揮し、 1,480 m/s (3,300 mph) の速度変化を実現した。姿勢制御は12 個の小型圧縮窒素ジェットによって行われた。
ナビゲーションとコミュニケーション
捕捉用太陽センサー、巡航用太陽センサー、カノープス社製 スタートラッカー、および6つのジャイロスコープからなる慣性基準装置により、3軸安定化が可能になりました。また、2つの加速度計も搭載されていました。
通信は、 20 W S バンド(2.3 GHz )送信機と 2 つの20 W TWTAによって行われました。Xバンド (8.4 GHz) ダウンリンクも、特に無線科学と通信実験を行うために追加されました。アップリンクはS バンド(2.1 GHz) 経由で行われました。直径約 1.5 m の2 軸操縦可能なパラボラ アンテナがオービター ベースの一方の端に取り付けられ、固定低利得アンテナがバスの上部から伸びていました。2 台のテープ レコーダーはそれぞれ 1280メガビットを保存できました。381 MHzリレー無線も使用できました。[要出典]
力
2 機の周回機への電力は、各翼に 2 枚ずつ、計 8 枚の 1.57 m × 1.23 m (62 インチ × 48 インチ) の太陽電池パネルによって供給されました。太陽電池パネルは合計 34,800 個の太陽電池で構成され、火星で 620 W の電力を生成しました。電力は 2 個の30 A·hニッケルカドミウム電池にも蓄えられました。
4 つのパネルの合計面積は 15 平方メートル (160 平方フィート) で、安定化された直流電力と安定化されていない直流電力の両方を供給しました。安定化されていない電力は無線送信機と着陸船に供給されました。
2つの30アンペア時のニッケルカドミウム充電式電池は、打ち上げ中、修正操作中、そして火星掩蔽中に宇宙船が太陽を向いていないときに電力を供給した。[10]
主な調査結果
探査機からの画像は、通常大量の水から形成される多くの地質学的形態を発見し、火星の水に関する私たちの考えに革命をもたらした。多くの地域で巨大な川の谷が発見された。洪水がダムを破壊し、深い谷を削り、岩盤に溝を浸食し、何千キロも移動したことがわかった。南半球の広い地域では枝分かれした水路網があり、かつて雨が降ったことを示唆している。いくつかの火山の側面は、ハワイの火山で発生するものと似ているため、降雨にさらされていたと考えられている。多くのクレーターは、衝突体が泥の中に落ちたように見える。それらが形成されるとき、土壌の氷が溶けて地面が泥になり、表面を流れていった可能性がある。通常、衝突による物質は上昇し、次に下降する。火星の一部のクレーターのように、障害物を迂回して表面を流れることはない。[11] [12] [13] 「混沌とした地形」と呼ばれる地域では、大量の水が急速に失われ、大きな水路が形成されたようです。その水の量はミシシッピ川の流量の1万倍と推定されています。[14]地下の火山活動により凍った氷が溶け、水が流れ出て地面が崩壊し、混沌とした地形が残りました。
バイキングのモザイク
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流線型の島々は火星で大規模な洪水が発生したことを示しています。
（ルナエ・パルス四角形） -
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タウマシア四角形の分岐した水路は、火星に過去に雨が降った証拠となる可能性がある。 -
これらの分岐した水路は、火星に過去に雨が降った証拠となる可能性がある。（マルガリティファー洞四角形） -
バイキングの着陸船
各着陸機は、長さが交互に 1.09 メートルと 0.56 メートル (43 インチと 22 インチ) の 6 面アルミニウム ベースで構成され、短い方の辺に 3 本の延長脚が取り付けられていました。脚のフットパッドは、上から見ると 2.21 メートル (7.3 フィート) の正三角形の頂点を形成し、ベースの長い辺は 2 つの隣接するフットパッドと一直線を形成していました。計測機器はベースの内部と上部に取り付けられ、延長脚によって地表から持ち上げられました。[15]
各着陸機は、突入段階で着陸機の速度を落とすために設計されたエアロシェル熱シールドで覆われていた。地球の生物による火星の汚染を防ぐため、各着陸機は組み立てられエアロシェル内に収納された後、加圧された「バイオシールド」で覆われ、その後111℃（232℉）の温度で40時間殺菌された。熱上の理由から、バイオシールドのキャップは、セントール上段がバイキング軌道船/着陸機の組み合わせを地球軌道から離脱させた後に投棄された。[16]
天文学者カール・セーガンは、バイキング探査機2機の着陸地点の選択に協力した。[17]
進入、降下、着陸（EDL）
各着陸機は、軌道船に取り付けられた状態で火星に到着した。着陸機が軌道船から切り離され、表面に降下する前に、着陸機は火星を何度も周回した。降下は、軌道離脱噴射から始まる4つの異なる段階で構成された。着陸機はその後、火星の大気との摩擦熱が始まってから数秒後に、最大の加熱を伴う大気圏突入を経験した。高度約6キロメートル（3.7マイル）で時速900キロメートル（600マイル）の速度で移動しているときに、パラシュートが展開され、エアロシェルが解放され、着陸機の脚が展開された。高度約1.5キロメートル（5,000フィート）で、着陸機は3つの逆エンジンを起動し、パラシュートから解放された。着陸機はその後すぐに逆噴射ロケットを使用して降下を減速および制御し、火星の表面に軟着陸した。 [18]
着陸時（ロケット燃料使用後）の着陸機の質量は約 600 kg でした。
推進
軌道離脱のための推進力は、一元推進剤 ヒドラジン(N 2 H 4 ) によって、3 つずつ 4 つのクラスターに配置された12 個のノズルを備えたロケットによって提供され、32ニュートン(7.2 lb f ) の推力を提供し、速度の変化は 180 m/s (590 ft/s) になりました。これらのノズルは、着陸機の 移動と回転を制御するためのスラスタとしても機能しました。
最終降下（パラシュート使用後）と着陸には、 3基（ベースの各長辺に120度離して1基ずつ固定）の一元推進剤ヒドラジンエンジンが使用された。エンジンには排気ガスを拡散させて地上への影響を最小限に抑えるための18個のノズルがあり、276～2,667ニュートン（62～600 lb f ）の範囲で調整可能であった。ヒドラジンは、火星表面が地球の微生物で汚染されるのを防ぐため精製された。着陸船は打ち上げ時に85 kg（187ポンド）の推進剤を搭載しており、これは着陸船の反対側のRTG風防の下に取り付けられた2つの球形チタンタンクに格納されており、打ち上げ時の総質量は657 kg（1,448ポンド）であった。制御は、慣性基準装置、4 つのジャイロ、レーダー高度計、ターミナル降下および着陸レーダー、および制御スラスタ を使用して達成されました。
力
電力は、着陸船のベースの反対側に固定され、風よけで覆われたプルトニウム238を含む2つの放射性同位元素熱電発電機（RTG）ユニットによって供給されました。各バイキングRTG [19]は高さ28cm（11インチ）、直径58cm（23インチ）、質量13.6kg（30ポンド）で、4.4ボルトで30ワットの連続電力を供給しました。ピーク電力負荷を処理するために、湿式密閉型ニッケルカドミウム8Ah （ 28,800 クーロン）、28ボルトの充電式バッテリー4個も搭載されていました。
ペイロード
コミュニケーション
通信は、2 本の進行波管を使用した 20 ワットの S バンド送信機によって行われました。2 軸操作可能な高利得パラボラ アンテナが、着陸機のベースの端近くのブームに取り付けられました。全方向性の低利得 S バンド アンテナもベースから 伸びていました。これらのアンテナは両方とも地球と直接通信できるため、バイキング 1 号は両方のオービターが故障した後も長期間動作し続けることができました。UHF (381 MHz)アンテナは、30 ワットのリレー無線を使用してオービターへの一方向リレーを提供しました。データ ストレージは 40 メガビットのテープ レコーダーにあり、着陸機のコンピューターにはコマンド命令用の 6000ワードのメモリがありました。
楽器
着陸船には、着陸船ミッションの主要な科学的目的、すなわち火星の表面と大気の生物学、化学組成（有機および無機）、気象学、地震学、磁気特性、外観、および物理的特性を調査するための機器が搭載されていました。 2台の360度円筒形スキャンカメラが、ベースの長い側面の近くに取り付けられました。 この側面の中央からサンプラーアームが伸びており、その先端にはコレクターヘッド、温度センサー、および磁石がありました。 温度、風向、および風速センサーを保持する気象ブームが、着陸船の脚の1つの上部から上方に伸びていました。地震計、磁石とカメラのテストターゲット、および拡大鏡が、カメラの反対側の高利得アンテナの近くに取り付けられています。 内部の環境制御コンパートメントには、生物学実験とガスクロマトグラフ質量分析計がありました。X線 蛍光分光計も構造物内に取り付けられていました。圧力センサーは着陸船本体の下に取り付けられました。 科学的ペイロードの総質量は約91 kg（201ポンド）でした。
生物学実験
バイキング着陸船は、火星の土壌に生命が存在するかどうかを調べる生物学的実験を実施した。実験は、NASAの主任科学者ジェラルド・ソッフェンの指揮の下、3つの別々のチームが計画した。1つの実験では代謝（現在の生命）の検出に成功したが、他の2つの実験では土壌に有機分子が存在しないことが判明したため、科学者の多くは、この結果は、高度に酸化した土壌条件による非生物学的化学反応によるものである可能性が高いと確信した。[20]
ミッション中にNASAは、バイキング着陸船の結果では2つの着陸地点の土壌に決定的な生物学的特徴は示されなかったと発表しましたが、テスト結果とその限界はまだ評価中です。 陽性の「ラベル付き放出」（LR）結果の妥当性は、火星の土壌に酸化剤が存在しないことに完全に依存していましたが、後にフェニックス着陸船によって過塩素酸塩の形で酸化剤が発見されました。[21] [22]バイキング1号とバイキング2号の両方で分析された土壌には有機化合物が存在していた可能性があるが、2008年にフェニックスによって検出された過塩素酸塩の存在により気付かれなかったと提案されています。 [23]研究者は、過塩素酸塩は加熱されると有機物を破壊し、クロロメタンとジクロロメタンを 生成することを発見しました。これは、両方のバイキング着陸船が火星で同じテストを行ったときに発見された同一の塩素化合物です。[24]
火星に微生物が存在するかどうかという疑問は未解決のままである。しかし、2012年4月12日、国際的な科学者チームが、 1976年のバイキング計画のラベル放出実験の複雑性分析による数学的推測に基づき、「火星に現存する微生物」の検出を示唆する研究結果を報告した。[25] [26]さらに、ガスクロマトグラフ質量分析計（GCMS）の結果の再調査による新たな知見が2018年に発表された。[27]
カメラ/画像システム
撮影チームのリーダーは、ロードアイランド州プロビデンスにあるブラウン大学の地質学者、トーマス・A・マッチ氏でした。カメラは可動ミラーを使用して 12 個のフォトダイオードを照射します。12 個のシリコンダイオードはそれぞれ異なる光の周波数に反応するように設計されています。
いくつかの広帯域ダイオード（BB1、BB2、BB3、BB4と指定）は、着陸船から6フィートから43フィートの距離に正確に焦点を合わせるために配置されています。[28] 低解像度の広帯域ダイオードはSURVEYと名付けられました。 [ 28]また、カラー画像を 取得するための3つの狭帯域低解像度ダイオード（BLUE、GREEN、REDと指定）と、赤外線画像用の3つ（IR1、IR2、IR3）があります。[28]
カメラは1秒間に5本の垂直走査線をスキャンし、各走査線は512ピクセルで構成されていた。300度のパノラマ画像は9150本の走査線で構成されていた。カメラのスキャンは非常に遅かったため、画像システムの開発中に撮影されたクルーのショットでは、カメラのスキャンに合わせてメンバーが動いたため、数人がショットに何度も映っていた。[29] [30]
バイキング着陸船の大量破壊
制御システム
バイキング着陸船は、18Kのメッキワイヤメモリを備えた2台のハネウェルHDC 402 24ビットコンピュータで構成される誘導、制御、シーケンスコンピュータ（GCSC）を使用し、一方バイキング軌道船は、2つのカスタム設計された18ビットシリアルプロセッサを使用したコマンドコンピュータサブシステム（CCS）を使用しました。[32] [33] [34]
バイキング計画の財務コスト
2機の周回機の費用は当時2億1,700万ドルで、2023年のドル換算で約10億ドルに相当します。[35] [36]このプログラムで最も費用がかかったのは着陸機の生命探知ユニットで、当時の費用は約6,000万ドル、2023年のドル換算で約4億ドルになります。[35] [36]バイキング着陸機の設計開発には3億5,700万ドルかかりました。[35]これはNASAの「より速く、より良く、より安く」というアプローチの数十年前のことで、バイキングは冷戦と宇宙開発競争の余波による国家的な圧力の下、初めて地球外生命を発見する可能性を秘めた前例のない技術を開拓する必要がありました。[35]実験は1971年の特別指令に従わなければなりませんでした。この指令では、1つの故障で複数の実験の帰還が阻止されてはならないと定められていましたが、これは4万点を超える部品を持つ装置にとっては困難で費用のかかる作業でした。[35]
バイキングカメラシステムの開発には2,730万ドルかかり、2023年のドル換算で約2億ドルとなった。[ 35] [36]撮像システムの設計が完了したとき、その先進的な設計を製造できる企業を見つけるのは困難だった。 [35]プログラムマネージャーは、特に画像が送られてきたときに、より単純でそれほど先進的ではない撮像システムを採用するようにという圧力をかわしたことで後に賞賛された。[35]ただし、このプログラムでは、3番目の着陸船を削減し、着陸船での実験の数を減らすことで、いくらかの費用を節約した。[35]
NASAによれば、このプログラムには1970年代の価値で10億ドルが費やされたとのことで、[5] [6]インフレ調整後の2023年の価値で約60億ドルとなる。[36]
ミッション終了
最終的に、宇宙船はすべて次のように次々と失敗しました。[1]
バイキング計画は1983年5月21日に終了した。火星への差し迫った衝突を防ぐため、バイキング1号の軌道は1980年8月7日に引き上げられたが、10日後に停止された。火星表面への衝突と潜在的な汚染は2019年以降に起こる可能性がある。[5]
2006年12月、火星探査機マーズ・リコネッサンス・オービターによって、バイキング1号着陸船は予定着陸地点から約6キロメートル離れていることが判明した。[37]
メッセージアーティファクト
バイキングの各着陸船には、ミッションに携わった数千人の名前が入った小さなマイクロフィルムが搭載されていた。[38]以前の宇宙探査機には、パイオニアの銘板やボイジャーのゴールデンレコードなど、メッセージの入った遺物が搭載されていた。後期の探査機には、ミッションに 名前を載せることを申し込んだ約1100万人を称える記念碑や名前のリストが搭載されていた。
バイキング着陸船の位置
(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。
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（参照：火星地図、火星記念碑リスト）
参照
- 火星探査
- 火星の生命 – 火星の微生物の居住可能性に関する科学的評価
- 火星へのミッションのリスト
- マーズ・サイエンス・ラボラトリー – 2012年に火星にキュリオシティ探査車を送り込んだロボットミッション
- マーズ・パスファインダー – 火星で活動する最初のロボット探査車を含むミッション (1997)
- ノーマン・L・クラビル – NASA エンジニア (1926–2024)
参考文献
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- ^ abcdefghi McCurdy, Howard E. (2001). 「より速く、より良く、より安く：米国宇宙計画における低コストのイノベーション」 JHU Press. p. 68. ISBN 978-0-8018-6720-0。
- ^ abcdバイキング計画は政府の支出であったため、 インフレ調整計算には米国の一人当たり名目国内総生産のインフレ指数が使用される。
- ^ チャンドラー、デイビッド（2006年12月5日）。「探査機の強力なカメラが火星のバイキングを発見」。ニューサイエンティスト。2013年10月8日閲覧。
- ^ 「火星のビジョン：過去と現在」惑星協会。
さらに読む
- 火星：赤い惑星の探査 2007年2月5日アーカイブ、Wayback Machine
- バイキング探査機が捉えた火星
- 火星の風景 SP-425
- バイキング宇宙船の科学的ミッションに関する分析化学特集記事
- バイキング '75 宇宙船の設計とテストの概要。第 1 巻 着陸機の設計 – NASA レポート 2020 年 10 月 27 日にWayback Machineにアーカイブされました
- バイキング '75 宇宙船の設計とテストの概要。第 2 巻 オービターの設計 – NASA レポート 2020 年 10 月 27 日にWayback Machineにアーカイブされました
- バイキング '75 宇宙船の設計とテストの概要。第 3 巻エンジニアリング テストの概要 – NASA レポート 2020 年 10 月 28 日にWayback Machineにアーカイブされました
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、バイキングの任務に関連するメディアがあります。
- NASA 火星バイキングミッション 2007 年 2 月 23 日アーカイブ、Wayback Machineにて
- バイキング火星ミッション（NASA SP-334）2013年8月7日アーカイブ、Wayback Machine
- ソーラービューズプロジェクトバイキングファクトシート
- ヴァイキング火星ミッション 2011年7月16日アーカイブ、Wayback Machineビデオ
- バイキングとその飛行プロファイルの図
- スミソニアン航空宇宙ウェブサイトの記事
- バイキング火星ミッション教育・保存プロジェクト (VMMEPP)
- VMMEPPオンライン展示会
- 45年前:バイキング1号が火星に着陸
