NASAの新しい火星着陸船は月曜日に「7分間の恐怖」に直面することになる

NASA が火星の表面に宇宙船を着陸させてから 6 年が経ちましたが、状況は変わりつつあります。11 月 26 日、InSight と呼ばれる新しいミッションが、火星の薄い大気圏に突入し、キュリオシティ ローバーが移動している場所のすぐ北にあるエリシウム平原と呼ばれる地域に着陸しようとします。砂のクレーターの周りを走行したり、表面の特徴を調査したりするために送られる着陸機やローバーなどの他の火星ミッションとは異なり、InSight は火星で惑星の内部構造を観察するために時間を費やす最初の宇宙船になります。

火星の表面には科学者の興味を引くものがたくさんありますが、内部で何が起こっているかについてはほとんどわかっていません。火星の核が何でできているか、どれくらい大きいか、火星の地質学的活動がどの程度活発であるかは正確にはわかっていません。これらの謎を解明するには、表面下を観察する必要があります。それがインサイトの得意分野です。

しかし、まず着陸機は、大気圏突入、降下、着陸（EDL とも呼ばれる）の「恐怖の 7 分間」を乗り切らなければなりません。「私たちは本当に興奮しています」と、InSight プロジェクト マネージャーの Tom Hoffman 氏は言います。「火星への着陸ほどエキサイティングなことはありません。これまでのところ、私たちは順調です。基本的に、準備のためにできることはすべてやりました。」

インサイトが正式に火星へのEDLを開始する前に、地球にいるチームはあらゆる可能性のあるシナリオをカバーしていることを確認する必要があります。

インサイトはどうなるのか

EDL の約 24 時間前に、NASA のジェット推進研究所のチームが最終的な修正操作を行います。EDL がスムーズに進むためには、宇宙船が正確な角度で大気圏に衝突する必要があります。角度が急すぎると、もうだめだと言う間もなく蒸発して燃え尽きてしまいます。角度が浅すぎると、大気圏で跳ね返って宇宙空間に漂ってしまいます。

着陸の数日前から EDL の 22 時間前まで、NASA のディープ スペース ネットワークがドップラー効果を利用して宇宙船を追跡します。これは、インサイトの軌道を修正するコマンドを発行する最後の機会です。

EDL への最終カウントダウンは、宇宙船が火星に着陸する 3 時間前の太平洋時間午前 9 時頃に始まります。このとき、ディープ スペース ネットワークは DELTA DOR と呼ばれる追跡方法の使用を開始します。地球上の大型アンテナが連携して宇宙船を追跡し、科学者は 2 つのアンテナ間の信号応答の遅延を記録して、物体の位置を正確に特定します。大気の状態、宇宙天気、地上での小さな干渉による誤差を修正するため、NASA はアンテナでクエーサー (非常に明るい銀河核) も測定します。これらの明るい物体がどれだけ離れているかはほぼ確実であるため、ディープ スペース ネットワーク アンテナからの電波源と連携してその電波源を正確に特定することで、NASA は宇宙船の正確な位置を把握できます。

EDL の約 10 分前に、InSight は巡航段階を解放します。これは、打ち上げ以来宇宙船を覆ってきた保護カバーです。これが外されると、7 分間の恐怖の時間がやって来ます。ミッション コントロールが安心できるようになるまでに、InSight が達成しなければならないことは次のとおりです。

EDL の内訳:

• インサイトは火星の大気圏に初めて突入する際、時速約13,000マイルで飛行することになる。

• 耐熱シールドは華氏2500度まで熱くなり、鋼鉄を溶かすほどの熱さになります。パラシュートが開くまで、この熱さは約3.5分間続きます。パラシュートは30秒間満杯の状態を保ち、その時点でインサイトは耐熱シールドを下ろします。

• この直後、インサイトの搭載レーダーが起動し、惑星の探査を開始します。探査機はレーダーの反射ごとに、表面からの距離だけでなく、移動速度も測定します。

• 着陸の約 40 秒前に、インサイトはこれらの装備をすべて投棄し、約 1 分間自由落下します。回転するパラシュートと耐熱シールドから離れて回転し、損傷を回避します。

• インサイトは着陸の数秒前に、接触に備えてスラスターを噴射する。わずか7分足らずで、着陸機の速度は時速13,000マイルからわずか5マイルにまで加速する。

InSightが自宅に電話

ミッションが安全に着陸したかどうかを知るためには、通常、ちょうどいいタイミングで通信衛星が上空にいて、データを地球に送り返す必要があります。しかし、インサイトは独自の衛星を搭載しました。これは、MarCO A と MarCO B (ミッションコントロールの人たちは「Marco/Polo」と呼んでいます) という 2 つの個別の通信キューブサットを搭載して打ち上げられた最初の惑星ミッションです。これらのシリアルボックスサイズの衛星は、7 分間の恐怖の間、「曲がったパイプ」リレーの役割を果たします。宇宙船が巡航段階の解放からスラスタの噴射までの各タスクを完了すると、MarCO ペアにデータが送信され、その情報は直ちに JPL のディープ スペース ネットワークとミッションコントロールに中継されます。

そのデータには時間的な遅れがあるため、インサイトが着陸しない場合、ミッションコントロールがそれを知るまでに 8 分かかる。しかし、チームは楽観的だ。そして、インサイトは着陸後すぐに最初の画像を撮影し、地球に送り返す予定だが、その画像はかなり埃っぽいものになる可能性が高い。着陸時に舞い上がった細かい土の粒がまだ周囲に漂っているからだ。

「着陸に成功したという兆候が見られ、最初の画像が返ってきたら、EDL の作業員とナビゲーション チームの人たちは祝うでしょう」とホフマン氏は言う。「しかし、残りの私たちはミッションの科学的な部分を開始しなければなりません。火星着陸の目的は、クールな科学を行うことなのです。」

インサイトが着陸し、周囲の写真を撮影し、着陸機付近の地表の詳細な調査を行った後、チームは再び EDL のミニチュア版を手掛けることになります。機器がシャーシの一部として設計されている他の着陸機とは異なり、インサイトはデッキに科学機器を搭載しており、関節式アームを使用して機器を持ち上げ、移動させ、火星の表面にゆっくりと降ろす必要があります。これは他の惑星ではこれまでに行われておらず、このプロセスには約 3 か月かかります。しかし、今はロボット自体の着陸に焦点を当てましょう。成功は保証されていません。

「火星着陸に成功すれば、いつでもとても興奮します。なぜなら、国際的な成功率は全体的に高くないからです」とホフマン氏は言う。「約40％で、常に挑戦なのです。」

インサイトの恐ろしい降下の様子を追うには、11月26日にポピュラーサイエンス誌がNASAのジェット推進研究所（パサデナ）を訪れ、着陸を直接目撃する予定だ。

訂正: この記事の以前のバージョンでは、音速について誤った記述がありました。誤りをお詫び申し上げます。