NASAは次の火星ミッションに小型自律ヘリコプターを追加した。

人類がこれまでに火星に探査した 54 回の探査のうち、成功したのはわずか 23 回です。なんと 30 回は火星にたどり着くことができなかったか、到着しても探査の目的を達成できず失敗しました。54 回目の探査である NASA のインサイト着陸機は現在火星に向かっており、11 月に着陸するまで成功か失敗かは判断されません。

成功率が半分以下というのは、特に数百万ドル規模の宇宙ベンチャーにとっては厳しい状況だ。しかし、こうした統計があっても、私たちは隣の惑星に到達して探査しようとしたり、その過程でより技術的に野心的な課題に挑戦したりするのをやめてはいない。ちょうど先週、NASA は最新の火星実験を発表した。それは、火星 2020 年の 7 月に火星探査車とともに打ち上げられるヘリコプターだ。最終的には、このモデルのような火星ヘリコプターが偵察に使用され、探査車、そして最終的には宇宙飛行士に、周回衛星よりも詳細な偵察を提供する。周回​​衛星は全体の地形を見ることができるが、地表近くを飛行する偵察機は、複数の角度から表面の極めて詳細な画像を提供できるため、将来の着陸地点や探査地点を特定したり、途中で現れる新しい科学ターゲットを調査したりするのに役立てることができる。

それは壮大な目標だが、その追加情報を得るための第一歩は離陸することだ。そして、空気より重い宇宙船を火星に飛ばすという課題は途方もないものだ。

ヘリコプターは新しい技術ではありません。ヘリコプターの設計の初期の試みは、レオナルド ダ ヴィンチが「空中スクリュー」の設計図を描いた 15 世紀にまで遡り、飛行可能な試作機は 20 世紀に開花しました。イゴール シコルスキーが設計した最初の近代的なヘリコプターである VS-300 は、1939 年 9 月 14 日にコネチカット州で初飛行を行いました。しかし、もちろん、私たちが設計したヘリコプターは地球上で飛行するものだけであり、火星のヘリコプターはまったく別のものです。

揚力を生み出すために、ローターは高速で回転し、ブレード上の空気を動かします。地球上では、ヘリコプターの最高飛行高度記録は海抜約 40,000 フィートです。ほとんどのヘリコプターはそこまで到達できず、はるかに低い高度にしか到達できません。ある高度を超えると、空気が薄すぎてヘリコプターの飛行を維持できなくなります。火星の大気は非常に希薄で、密度は地球の約 100 分の 1 です。つまり、火星ヘリコプターは地球上空 100,000 フィートで見られるのと同じような大気条件で飛行する必要があります。「火星の大気は地球よりもはるかに薄いため、ヘリコプターのローターははるかに高速で回転する必要があります」と、火星の人類探査の推進に取り組む非営利団体 Explore Mars, Inc. の CEO である Chris Carberry 氏は説明します。地球のヘリコプターのブレードは毎分約300回転（rpm）で回転しますが、NASAの火星ヘリコプターには、毎分約3,000回転に達する2枚の逆回転ブレードが搭載されます。

低密度の大気圏では揚力を得るのが難しいため、ヘリコプターは小型で、重量は4ポンド未満、胴体はソフトボールほどの大きさです。つまり、人間が操縦する本格的な乗客用ヘリコプターではなく、自律型ドローンになります。火星から数光分の距離にあるため、地球上のパイロットがヘリコプターをリアルタイムで遠隔操縦することはできません。NASAはミッション開始の信号を送るだけで、ヘリコプターは自動的に飛行し、画像とデータを地球に送信します。

「ほとんどの惑星探査と同様に、火星探査は全体的に小型化と自律化の方向に向かっています」とNASAジェット推進研究所の契約者として働く宇宙史家で作家のロッド・パイル氏は言う。JPLとしても知られるこの研究センターは、太陽系でのヘリコプターミッションやその他のロボット探査ミッションを監督している。

「将来的には、火星用に設計された小型ドローンがさらに多く登場し、火星探査機より先に飛び立つでしょう。おそらく群れをなして飛び立ち、火星ヘリコプターのように地図作成やルート計画の支援を行うだけでなく、探査機や小型探査機の訪問先として有望なターゲットを特定できるように小さな科学パッケージを運ぶでしょう。接触科学やマイクロサンプル採取を可能にするために着陸する可能性もあります」とパイル氏は言う。

今後のエキサイティングなヘリコプター探査ミッションに着手する前に、ヘリコプターを搭載した Mars 2020 ローバーが実際に火星に着陸する必要がありますが、前述したように、これは簡単な作業ではありません。「メインのローバーはキュリオシティの近縁種であるため、信頼性が高いです」とパイル氏は言います。NASA のキュリオシティ ローバーは 2012 年に火星への着陸に成功しています。「しかし、ヘリコプターはまったく新しい、試されていない技術です」と彼は指摘します。「激しい突入、降下、着陸の後にローバーから展開する必要があることが 1 つの課題です。火星ヘリコプターは、良好な状態で地面に到達するためにローバーにしっかりと固定する必要があります。」

探査機とヘリコプターが無事に火星に到着すれば、探査機はヘリコプターを腹部のパンから地表に展開し、ヘリコプターにスペースを与えるために安全な距離まで離れる。太陽電池がヘリコプターのリチウムイオン電池を充電し、加熱装置が夜間の凍結を防ぐ。NASA の指示により、ヘリコプターは 30 日間のキャンペーンを実施し、30 秒間の垂直ホバリングから数百メートルにわたる 90 秒間の飛行まで、最大 5 回の小規模なテスト飛行を行う。飛行距離は短く、時間も短い。少なくとも最初は。これらの小規模な飛行が成功すれば、火星探査の新しい時代が切り開かれる。「火星ドローンがマリネリス峡谷に降りたり、オリンポス山に登ったり、火星の洞窟に飛び込んだりすることを想像してください」とカーベリーは言う。「驚くべき可能性が開かれます。」