火星着陸が秒読みに入ったNASAの探査機「パーサヴィアランス」の機能と任務まとめ

by NASA/JPL-Caltech

2020年7月にNASAが打ち上げを成功させた火星探査機「Perseverance(パーサヴィアランス)」が、アメリカ東部時間の2021年2月18日16時前(日本時間の19日6時前)に火星に到着します。そこで、電気工学技術を専門に扱う学会誌「IEEE Spectrum」が、パーサヴィアランスと従来の探査機との違いや、火星で遂行する任務についてまとめました。

Everything You Need to Know About NASA's Perseverance Rover Landing on Mars - IEEE Spectrum
https://spectrum.ieee.org/automaton/aerospace/robotic-exploration/nasa-perseverance-rover-landing-on-mars-overview

パーサヴィアランスは、NASAが実施している火星探査ミッション「マーズ2020」の一環として、火星ヘリコプター「Ingenuity(インジェニュイティ)」とともに2020年7月に打ち上げられた火星探査ローバーです。

太陽系の主要な天体や宇宙探査ミッションをリアルタイムで表示するNASAのサイト「Eyes on the Solar System」にアクセスすると、パーサヴィアランスを搭載したマーズ2020のロケットが、記事作成時点では火星から43万kmのところまで接近しているのが分かります。

by NASA

IEEE Spectrumは、火星入りを目前に控えたパーサヴィアランスについて次の7つのポイントに絞って解説しました。

◆1：パーサヴィアランスの目的と機能
NASAはパーサヴィアランスについて、「この探査ローバーの究極的な目標は、特定のポイントを詳細に調査して過去に存在した生命の痕跡を見つけ出すことです。その実現に向けて、パーサヴィアランスは資料的価値の高い岩石コアと土壌サンプルを特定および収集して、将来のミッションで地球に持ち帰ることができるよう保管します。パーサヴィアランスはまた、今後行われる火星探査に必要な技術のテストも兼ねています」と説明しています。

パーサヴィアランスは、パノラマ撮影と立体撮影が可能なカメラの「Mastcam-Z」、岩石を蒸発させるレーザーと分光計などのリモートセンシング機器を備えた「SuperCam」、有機分子の発見に特化したセンサー群の「SHERLOC」、顕微鏡を搭載した測定ツールの「PIXL」、地下10メートルの水や氷をレーダーで検出できる「RIMFAX」、温度・気圧・湿度・風速・風向・大気中の塵の組成などを観測する「MEDA」、二酸化炭素から酸素を生成する技術のテストを行う「MOXIE」、回収したサンプルを長期保管できる「Sample Caching System」を搭載しており、これらを駆使して火星の調査と将来のミッションのための準備を進めるとのことです。

by NASA

◆2：パーサヴィアランスと従来の火星探査機との違い
NASAは、2011年にも火星探査機「Curiosity(キュリオシティ)」を打ち上げており、2012年の火星ミッション開始から記事作成時点まで運用を続けています。

キュリオシティ(左)とパーサヴィアランス(右)は、全体的なデザインや放射性同位元素を用いた原子力電池を電源として採用している点などはよく似ているものの、機能や耐久性には大きな違いがあります。

by NASA/JPL-Caltech

IEEE Spectrumによると、パーサヴィアランスはキュリオシティとほとんど同じ大きさですが、重量は100kg近くも重いとのこと。この重量差の大半は、前述のSHERLOCやPIXL、掘削用ドリルなどを満載したロボットアームの重さの違いから来ています。また、パーサヴィアランスはキュリオシティよりも5台多い合計23台のカメラを搭載しているほか、火星探査機としては初めて「火星の音」を捉えるためのマイクを搭載しています。

また、キュリオシティが抱えていた「車輪の摩耗」という問題も克服しています。キュリオシティはアルミニウム製の車輪を装備していますが、予想より摩耗が早く、車輪に予期せぬ穴やへこみができてしまいました。

by NASA

一方、パーサヴィアランスの車輪(右)はキュリオシティの車輪(左)よりも車輪が1mm厚くなっており、これによりパフォーマンスを維持したまま摩耗への耐性を向上させているとのことです。

by NASA/JPL

また、ソフトウェア面でも強化されたことで、キュリオシティよりも高い自律性を獲得しており、独自に走行経路を見つけてキュリオシティより効率的に移動することも可能になっています。

◆3：パーサヴィアランスの目的地
パーサヴィアランスが着陸するのは、火星の大シルチス台地にあるジェゼロというクレーターです。ジェゼロは、スラブ語で「湖」を意味するとおり湖のような地形を有しており、三角州もあるとのこと。このことから、ジェゼロには長期間液体の水があったと推測されており、もし火星で生命の痕跡を探すとしたらジェゼロが最適だと考えられています。

◆4：パーサヴィアランスの着陸方法
パーサヴィアランスを格納した降下ユニットが火星表面に近づくと、まずパラシュートが開いて減速を行います。その後、着陸用ステージが推進剤を噴射して減速する動力降下が行われた後、パーサヴィアランスがロープで吊られながら地表に着陸する「スカイクレーンシステム」が採用されています。前述のキュリオシティも、この方法で火星に降り立っています。

by NASA/JPL-Caltech

◆5：火星ヘリコプター「インジェニュイティ」とは？
パーサヴィアランスの底部には熱シールドに覆われたインジェニュイティも搭載されており、パーサヴィアランスの着陸成功後に展開され、30日間で5回の飛行を実施する予定です。インジェニュイティの主な目的は火星での飛行試験なので、パーサヴィアランスとは違って科学調査には使われませんが、火星の大気圏内で初めて自律飛行を達成するなど、エンジニアリング上のさまざまな偉業を成し遂げることになると見込まれています。

by NASA/JPL-Caltech

◆6：パーサヴィアランス着陸の瞬間を見るには？
NASAはパーサヴィアランスが着陸する模様をライブ配信する予定。配信は以下のYouTubeのページで、アメリカ東部時間の2月18日14時15分(日本時間の19日4時15分)からスタートします。

Watch NASA’s Perseverance Rover Land on Mars! - YouTube


◆7：着陸に成功した時や失敗した時はどんな感じになるのか？
パーサヴィアランスはアメリカ東部時間の2月18日15時55分ごろ(日本時間の19日5時55分ごろ)に火星に着陸する予定ですが、地球と火星は遠く離れているため、地球から着陸の成否やその様子をリアルタイムで把握することはできません。パーサヴィアランスは、着陸の各段階でNASAのジェット推進研究所(JPL)に信号を送るので、そこから着陸がうまくいっているかが分かります。

IEEE Spectrumは「何かがうまくいっていないことを示す兆候として最も可能性が高いのは、信号が送られてこないことです。しかし、そうしたネガティブな情報はあまり伝わらないものですし、単に信号が見落とされただけでそれほど大問題が起きていないという場合も考えられます。異常が発生しても、そのことが分かるまでには数分か数時間か、あるいは数日間のタイムラグがあるでしょう」と述べました。

パーサヴィアランスが無事に火星に着陸した場合は、パーサヴィアランスから火星の写真が送られてくることになっていますが、前述のとおり火星から地球に画像が届くまでには数分から数時間かかる見通しです。また、着陸してすぐの写真はパーサヴィアランスの緊急カメラで撮影される予定で、カメラには保護カバーが取り付けられている可能性が高いので、素晴らしい光景が映っているというようなものでもないとのこと。IEEE Spectrumは、「キュリオシティが送ってきた高解像度の写真は、ローバーのマストが展開された後に撮影されたものなので、パーサヴィアランスが同様の写真を送ってくるのは少し先になるでしょう」と述べました。

なお、パーサヴィアランスは自分の公式Twitterアカウントを持っているので、最新情報が知りたい場合はフォローしておくのもよさそうです。