「セーフモード」はハッブルやTESSのような宇宙望遠鏡をどのように保護するのか

クマと宇宙望遠鏡に共通点があるとしたら何だろうか。先月、ハッブル宇宙望遠鏡とトランジット系外惑星探査衛星（TESS）は、どちらも一種の冬眠状態に陥った。何らかの脅威に直面すると、これらの望遠鏡は必須ではないシステムをすべてシャットダウンし、生き延びて、可能であればさらなる被害を防ぐために最低限のことだけを行う。クマが長い冬を乗り切るのと似ている。

望遠鏡の場合、休止状態は「セーフ モード」として知られています。しかし、望遠鏡には自己保存の本能が備わっているわけではなく、望遠鏡がセーフ モードに入るルーチンは、望遠鏡を設計するエンジニアによってコードに書き込まれています。

セーフモードは「まさにその名の通りです」とテキサス大学オースティン校の天文学者サム・ファクター氏は説明する。「望遠鏡が自動的に回復できない問題に遭遇すると、繊細な科学機器を安全に保つために、必須ではないシステムをすべてシャットダウンします。」これには、安定したエネルギー供給を確保するために太陽電池パネルを太陽に向けることや、次に何をすべきかの指示を確実に受け取れるようにアンテナを地球に向けることなどが含まれる。

セーフ モードは「地上の管制官が問題を評価して解決するまで望遠鏡を稼働させ、できれば事態を悪化させない状態です」とファクター氏は付け加えます。「冬に休暇に出かけるときに家を出るときのことを考えてみてください。すべての照明は消え、コンピューターはシャットダウンされていますが、パイプが凍結しないように暖房は最低限のレベルでオンのままで、冷蔵庫は動いています。家に帰れば、すべてが準備完了になっているはずです。」

望遠鏡がセーフ モードに入る状況はいくつか考えられます。センサーが壊れて、望遠鏡が故障しているように見える奇妙な測定値が出ることがありますが、実際にはそのセンサー以外はすべて正常です。また、ハードウェア コンポーネントが実際に摩耗して壊れたり、ソフトウェアに予期しないバグが発生したりすることがあります。

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いくつかの問題は宇宙に特有のものだ。例えば、「宇宙の過酷な環境では、宇宙線と呼ばれる高エネルギー粒子がメモリチップに衝突してビットを反転させる可能性があり、機能を回復するにはリセットが必要になる」とNASAゴダード宇宙飛行センターの通信担当官クレア・アンドレオリ氏は言う。激しい宇宙天気が予測される場合、望遠鏡の運用チームは太陽嵐を乗り切る間、繊細な電子機器を保護するために意図的に望遠鏡をセーフモードにすることもある。

「すべての宇宙船は、そのようなシナリオに対処できるようにプログラムされています」とアンドレオリ氏は付け加えた。

NASA の宇宙船には、地上でその運用を担当する専任チームもいます。望遠鏡がセーフ モードに入ると、チームは望遠鏡に搭載されたセンサーとコンピューターからできる限り多くの情報を収集し、本当の問題を特定する必要があります。望遠鏡の修理に関しては、すべての修理はリモートで行う必要があります。JWST などの望遠鏡は、宇宙飛行士が修理するには遠すぎるし、ハッブル望遠鏡のようにスペース シャトル プログラムの終了以来何年も修理されていない望遠鏡もあります。つまり、科学者は、コードのバグをつぶすか、故障したハードウェアを回避するために新しいコードを導入するかなど、ソフトウェア ソリューションで創造性を発揮する必要があります。

多くの場合、セーフ モードのインシデントは望遠鏡の寿命の一部に過ぎません。健康上の問題が起きた後、時々医者に行って、正常に動作しているかどうか確認しなくてはなりません。しかし、これらのインシデントは、天文学者を不安にさせることがよくあります。さらに、セーフ モードで過ごす時間は、科学研究を行うための時間の損失です。宇宙望遠鏡の観測は数か月前にスケジュールされているため、運用が中断されると、慎重に計画されたタイムラインが変わってしまいます。

「観測予定だったものは、すべて後回しにされてしまいます」とファクター氏は説明する。通常、これは計画された観測が遅れるだけで予定通りに行われることを意味するが、「望遠鏡の修理に長い時間がかかると、例えば、観測対象が時間に敏感であったり、太陽の位置によって観測できなくなった空の領域にある場合、観測が失われる可能性がある」と同氏は付け加える。

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ハッブル宇宙望遠鏡とTESSはともに4月23日にセーフモードに入り、現在では健康上の懸念からすでに回復している。

ハッブル宇宙望遠鏡の事故は、宇宙船のジャイロスコープの1つに問題があったために起きたもので、望遠鏡を天体目標に正しく向けるために必要なものだ。老朽化したジャイロスコープに対処した宇宙船はこれが初めてではない。惑星探査機ケプラー宇宙望遠鏡が2013年にジャイロスコープの故障に見舞われたことはよく知られているが、ハッブル宇宙望遠鏡のチームは何年も前からそのような故障の可能性を認識していた。実際、問題を未然に防ぐため、2009年の最終整備ミッションで宇宙飛行士がハッブル宇宙望遠鏡に6つの新しいジャイロスコープを設置したほどだ。4月30日現在、これらのジャイロスコープのうち3つが現在機能しており、その中には最近のセーフモードイベント（および2023年11月の同様の事故）を引き起こしたジャイロスコープも含まれている。ありがたいことに、この問題のあるジャイロスコープが再び発生した場合、NASAは3つの部品のうち1つだけを稼働させてハッブル宇宙望遠鏡を機能させる計画を立てている。

TESS もこの扱いにくいハードウェアの被害に遭いました。4 月 8 日の以前の事故による再起動の失敗後、リアクション ホイール (ジャイロスコープの一種) の 1 つが故障しました。この問題は修正され、5 月 3 日に運用が再開されましたが、チームは 4 月 8 日の最初のセーフ モード イベントの原因をまだ解明しようとしています。

宇宙船を遠くから生きたまま維持するのは大きな課題だが、セーフ モードでは、ミッション チームが、さらなる損傷が発生する前に何が問題なのかを突き止める時間が得られる。たとえば、クマが吹雪の中に飛び出すのではなく、暖かい洞窟の中に留まる、あるいは、緊急治療室が必要になるまで待つのではなく、新たな痛みを感じたらすぐに医者に行く、といった具合だ。もちろん、何か問題が起きるといつも少しストレスがたまるが、少なくとも今のところは、ハッブルと TESS はどちらも安全で健全であり、さらなる科学研究を行う準備ができている。