NASAの新しい小惑星探査機が宇宙で故障したとき、エンジニアたちはどうやってそれを救ったのか

ハル・レヴィソンは悪い知らせを聞いたとき、昼寝をするつもりだった。

NASAのルーシー宇宙船は2021年10月16日午前5時34分に地球から打ち上げられたため、レヴィソン氏と彼のチームは一晩中準備をしていた。コロラド州ボルダーのサウスウエスト研究所でルーシー・ミッションの主任研究員を務めるレヴィソン氏は、それは壮観で「絵に描いたような」打ち上げだったと回想する。宇宙船は間もなくトロヤ群小惑星に向かう予定だ。トロヤ群小惑星は太陽から木星とほぼ同じ距離にある太陽系の未踏の化石だ。惑星を作ったのと同じプロセスから形成されたと考えられているこれらの小さな宇宙の岩石は、私たちの世界がどのように生まれたのかを明らかにする可能性がある。

しかし、打ち上げからわずか数時間後、チームはルーシーからのデータを受け取り、宇宙船のシステムに電力を供給する2つのソーラーパネルのうち1つが完全に開いていないことが判明した。ソーラーパネルが両方とも展開されていないため、チームはルーシーが目的地に到着できるかどうか確信が持てなかった。

「基本的な任務が危ぶまれていた」とレヴィソン氏は言う。昼寝する時間もなかった。「とてもつらい一日だった」

チームは、何が問題だったのかを解明し、解決策を考案するためにすぐに行動を起こした。何ヶ月もかけてデータを調べ、コンピューター モデルや地上の予備部品でアイデアをテストし、科学ミッションの代替軌道を検討した後、ルーシー エンジニアリング チームは計画を考案し、今年の夏の初めに実行に移した。現在、宇宙船の厄介なソーラー アレイはほぼ完全に展開されており、ミッションは計画どおりに続行できる状態である。

「宇宙船の状態ははるかに良好です」とレヴィソン氏は言い、チームのエンジニアたちが成し遂げた偉業を「まったく驚くべき、素晴らしい」と評した。

ミッションエンジニアが最初に問題を発見したとき、彼らは何が起こったのかすぐにはわからなかった。データからわかったのは、太陽電池パネルの 1 つが完全に展開しておらず、所定の位置に固定されていないということだけだった。ルーシーのカメラは外を向いているため、エンジニアは映像を撮ることができなかった。すべては宇宙船の性能に関するデータからわかった。

ルーシーの太陽電池アレイは、大きな扇子のような形をしています。宇宙船が打ち上げられたとき、アレイは折りたたまれていました。展開するには、各アレイに取り付けられた紐をモーターで引っ張ります。その後、完全に展開すると、ラッチがアレイの端を所定の位置に保持し、動かないようにします。

「展開のどこかの段階で、ストラップがずれて、ストラップをラッチ機構に運ぶスプールから外れたのではないかと考えています」と、宇宙船を製造したロッキード・マーティン社のルーシー宇宙船主任エンジニア、マーク・エファーツ氏は説明する。チームはストラップが絡まったという直接的なデータは持っていなかったが、「モーターが引っ張り続けるうちに、スプールの両側でストラップが絡まり始め、ストラップの束のようなものができた」とエファーツ氏は付け加えた。

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電源供給が危険にさらされたため、エンジニアたちは主に2つの選択肢があると判断したとエファーツ氏は言う。ルーシーをそのまま飛ばしてミッションの進路を変えるか、ひもを引っ張り続けるかだ。

レヴィソン氏によると、もしチームが太陽電池パネルを部分的に折り畳んだままにしておくことに決めたら、科学チームはおそらく、探査機の新たな、より電力を消費しない軌道を選択しなければならなかっただろう。そしてそれは、手作業で選ばれた8つのトロヤ群小惑星には行かなかっただろう。

代わりに、探査機は3つの小さなトロヤ群小惑星まで短い距離を移動することになる、と彼は言う。レヴィソン氏はその代替案について遠慮なく語り、それらの小惑星は「科学的にはあまり興味深くない」と言う。

ルーシーの当初の軌道では、非常に多様な小惑星群のそばを通り過ぎたからだ。小惑星は大きさも色も灰色から赤までさまざまで、互いに接近しているため、探査機は 1 回の飛行で多数の小惑星を調査できる。レヴィソン氏らの興味をそそったのはその多様性だ。それは、これらの小惑星が太陽系の遠く離れた場所で形成された可能性が高いことを意味するからだ。おそらく、一部の小惑星は太陽系外縁部から来たものと思われる。

レヴィソン氏はトロヤ群小惑星を「化石」と呼ぶのが好きで、初期の人類の祖先に関する現在の理解に重要な洞察を与えた有名なホミニン化石にちなんで、このミッションを「ルーシー」と名付けた。同氏によると、このミッションは、別の方法で人類の起源に関する疑問に答えることを目指しているという。

「惑星は真空中で形成されるわけではありません。しゃれを許していただければ」とレヴィソン氏は言う。「惑星系は、成長中の惑星が食物をめぐって競争し、重力で互いにぶつかり合い、動き回る生態系の一部として形成されるのです」。トロヤ群小惑星は、その進化過程の初期段階の名残であり、したがって惑星の起源を知るための窓となる。

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そこでチームは、ルーシー宇宙ミッションの当初の軌道を回復する価値があると判断し、引っかかった太陽電池アレイを完全に展開するために、ひもをもう少し強く引っ張る計画を考案した。宇宙船には、ひもを引っ張る主モーターが故障した場合に備えて、システム内にバックアップモーターが組み込まれていた。

「私たちは、2 つのモーターを同時に作動させるように設計したことはありません。しかし、宇宙船にそうするように指示する方法があることを発見しました」とエファーツ氏は言います。両方のモーターを同時に使用すると、トルク、つまり牽引力が増すと彼は説明します。この操作では絡まったロープが解けるわけではありませんが、絡まったロープの上のスプールにロープをさらに巻き取ることができるため、アレイが開き、ロープに張力をかけることができます。

研究チームは、ルーシーの故障した太陽電池パネルはラッチで固定されていないものの、ほぼ完全に開いていると推定している。この構成では、ルーシーを当初の目標であるトロヤ群星まで到達させるのに十分な電力を生成しているようだ。

エンジニアたちは、ひもをさらに引っ張って引っ掛かりをなくすことを検討している。しかし、それにはリスクが伴うとエファーツ氏は言う。ひもがどんどん絡まって、探査機に擦れて新たな問題を引き起こす可能性がある。しかし、ルーシーは現在、探査機のアンテナを使って必要なデータをダウンロードできない地域を飛行しているため、エンジニアたちには決断する時間がある、とエファーツ氏は言う。そのため、さらなる調整は11月頃まで待たなければならない。