NASAの宇宙船が小さな小惑星を周回しているが、これは大きな出来事だ

ニューホライズンズが休暇中に世界の宇宙ニュースへの渇望のほとんどを吸収した一方で、もう一つ取り上げる価値のあるサクセスストーリーがあった。NASAのオシリス・レックス宇宙船が、2年以上も宇宙を猛スピードで駆け抜け、ついに小惑星ベンヌの軌道に入ったのだ。12月31日の午後、地球から約7000万マイル離れたところで、ベンヌは軌道上に人工の宇宙船が入った宇宙物体としては最小の記録を打ち立てた。

これはNASAにとって日常的な作業ではなかった。ベンヌのような物体の軌道に宇宙船を投入することは困難な作業である。NASAのチームは結局、計画全体を台無しにする可能性があった無数の変数を考慮しなければならなくなった。

OSIRIS-RExは現在、ベンヌの中心から約1マイル離れた楕円軌道上にあり、1周するのに61時間かかります。ベンヌ自体の直径は約0.3マイル、質量は約780億キログラムです。質量が大きいほど重力が大きくなり、小さな物体が大きな物体の周りの安定した軌道に乗ることができます。ベンヌにとって残念なことに、その小さな質量は地球の0.000005倍の重力を持っていることを意味します。つまり、どんな物体でも重力場から簡単に抜け出して宇宙空間に漂い続けることができます（または、ベンヌが速すぎる場合はベンヌ自体に衝突します）。ひどい。

「[ベンヌ]は、天体の周りを安定して周回できる最小の物体に近づいています」と、OSIRIS-RExミッションの軌道決定チームのリーダー、ジェイソン・レナード氏は言う。「[ベンヌ]の大きさが最大の障害でした」。しかし、この小惑星の大きさは、彼らがこの小惑星を選んだ理由でもある。ある種の軌道は実際に達成可能だったからだ。「他のどんなものでも、探査機は[軌道]から脱出できたかもしれないのです」

小型であることと重力は、他の力と相互作用すると、しばしば悪化することがある。例えば、OSIRIS-REx チームは当初、円軌道が可能かどうかを調べたかったのだが、レナード氏の説明によると、太陽光による圧力とベンヌの弱い重力が組み合わさって探査機を押し出し、軌道に揺れや歪みを生じさせるのに十分である可能性があることにチームはすぐに気付いた。

「ベンヌの形状、質量、動きが本当にわかるようになるまで、初期の課題はたくさんありました。そのため、軌道はあちこちと揺れ動くことになりました」と彼は言う。チームは、OSIRIS-REx が 12 月初旬にようやく小惑星に到着するまで、ベンヌの質量や重力場がどのようなものかは知らなかった。これらの未知の要素はどれも、OSIRIS-REx が突然軌道から外れたり、宇宙空間に投げ出されたりするといった深刻な懸念を生じさせることはなかったが、当然ながら、安定した軌道がなければ、安定した科学研究を進めることはできない。

チームの対応は、「他の摂動力を考慮して [OSIRIS-REx] の軌道を固定し、その他の制約が影響しないようにする固定軌道を確保すること」だったとレナード氏は言う。地球上の人工衛星は、太陽の圧力、重力、宇宙船の動きが軌道ドリフトに与える影響を最小限に抑えるために、固定軌道をとることが多い。

今後、軌道決定チームは、重力、小惑星上の質量再分配、熱圧力、スラスターの噴射、太陽圧力、および宇宙船が小惑星の周りを移動する方法に影響を与える可能性のあるその他の物理的要因によって引き起こされるあらゆる影響を注意深く監視します。6月に、チームはOSIRIS-RExを表面から半マイルに近いより近い軌道に移動させる予定です。

万が一、予期せぬ事態が発生した場合（宇宙船のハードウェアやソフトウェアに予期せぬ問題が発生した場合、または搭載センサーが異常を感知した場合など）には、問題が解決するまで OSIRIS-REx をベンヌの軌道から離脱させて太陽に向かわせるという安全策がチームに組み入れられている。

「これまでのところ、すべてが信じられないほど順調に進んでいます」とレナード氏は言う。「到着時に、私たちは多くの緊急時対応策を用意していました。考えられるあらゆる可能性について計画を立てていました。しかし、どれも実現しませんでした。」ベンヌの質量は予想より小さかったが、軌道投入計画への影響は最小限だった。「探査機は、私たちが予想していたよりもはるかに良いパフォーマンスを見せています。」

ベンヌのような小さな天体の軌道投入を成功させるために考案された技術の多くは、ここ 10 年ほどの間に生まれたばかりだ。中には、欧州宇宙機関のロゼッタや宇宙航空研究開発機構のはやぶさ 1 号、2 号などのミッションでの経験に基づいて改良された技術もある。おそらく最大の教訓は、地球近傍小惑星エロスを研究した 90 年代後半から 2000 年代前半の NASA の地球近傍小惑星ランデブー・シューメーカー ミッションから得られたものだ。

主な違いは、それらのミッションでは「この小さなサイズの小惑星の表面に到達するのに必要な精度がまったく必要なかった」ことだとレナードは言う。結局のところ、OSIRIS-REx ミッションの最も重要な部分の一つは、実験室での研究のために地球に持ち帰ることができる小惑星サンプルを収集することだ。

OSIRIS-REx とベンヌには多くのことが待ち受けており、物事が展開するにつれて興奮は高まるばかりです。「ベンヌが最初にカメラに光点として映ってから数ヶ月経ちますが、今では岩や地形が密集した世界として現れ、チームの熱意が本当に高まりました」とレナードは言います。「私たちは深宇宙探査において工学と科学の岐路に立っています。」