NASAは火星で動かなくなった掘削機を救うためにシャベルを持ったロボットを使う計画だ

ミニチュアの削岩機は、今頃火星の地表から 15 フィート下に安全に埋められているはずだった。ところが、先端は 1 フィートの地中に埋まり、尾は異星の土から 2 インチ上に突き出したまま、地表近くでうろたえ続けている。

数百万マイル離れた火星では、国際エンジニアチームが春から夏にかけて、この掘削装置（通称「モグラ」）の動きが止まった原因を分析し、再び掘削を開始するための解決策を即興で模索してきた。今週は、掘削装置を救出するための2度目の大がかりな試みとなる。今回は、装置の母船であるNASAのインサイト着陸機のロボットアームを使って、モグラを物理的に支える。着陸機の他の装置は意図したとおりに機能しているが、火星内部の熱の流れを追跡するミッションの運命は、チームのエンジニアリングの創意工夫が火星の地下の未知の部分を克服できるかどうかにかかっている。

「チームは、ここで私たちが試みていることが、おそらく最も成功する可能性が高いと感じていると思います」と、着陸地点の選定に協力したインサイトの共同研究者、マシュー・ゴロンベック氏は言う。

ほくろは、インサイトの機器の 1 つである熱流および物理的特性パッケージ (略して HP3) の重要な部分です。ドイツ航空宇宙センター (DLR) が設計した HP3 は、火星の核から表面にどれだけの熱が流れるかを測定することができます。惑星の内部熱の多くは形成時に残ったものであるため、赤い惑星の内部温度を測定することは、惑星科学者がその誕生についてより深く理解するのに役立つでしょう。しかし、正確に測定するには、表面の季節的な温暖化と冷却を逃れられるほどの深さである、少なくとも地下 9 フィートまで測定する必要があります。

長さ15インチ、幅1インチのこの装置は、火星の土に滑り込み、削岩機のような上下運動で小石を押しのけることになっている。ジェット推進研究所は、週に数回着陸船と通信し、モグラに一度に数フィート掘るよう指示する一連のコマンドを送信することになっていた。過熱を避けるため、作業の合間には数日の休憩をとることになっていた。

最初の掘削では、研究チームはモグラに、2フィートか4,000ストロークのどちらか早い方でトンネルを掘るようプログラムした。しかし、目標の深さに近づくことなくストロークをすべて実行したことを示すデータが返ってきたとき、研究チームは何かがおかしいと気づいた。モグラがハウジングに引っかかったか、奇妙な土に遭遇したか、巨大な岩に無駄にハンマーを打ち付けていたかのいずれかだ。

DLRとJPLはすぐに「異常対応チーム」を招集し、数ヶ月の分析の後、6月にインサイトのロボットアームでハウジングを持ち上げてモグラを直接調べることを決定した。着陸機のカメラは複雑な報告を送り返した。モグラの大部分は地面に埋まっていたが、それ以上掘れる状態ではなかった。JPLは、この装置を「自己打釘」と表現しており、釘のように、前進するには土にしっかりと突き刺さる必要がある。しかし、写真から、モグラは周囲にほぼ3インチ幅の穴を掘り、15度の角度で側面に寄りかかっていたことが明らかになった。「チームの他のメンバーと一緒に、実際に穴の大きさを見て少しショックを受けました」と、HP3の主任研究員であるティルマン・スポーン氏はDLRのブログに書いている。

探査機は火星の表面を少しかじった程度だが、研究者たちは小惑星が衝突クレーターで何を掘り出したかを見ることができる。また、土壌（正式には「レゴリス」）がどのくらい早く冷えるかを測定することで、土壌がどのように構成されているかをある程度推測することもできる。さまざまなミッションから得られた数十年にわたるデータから、技術者たちはこの場所の火星の土壌には岩石がなく、ほくろの後ろで流れて崩れるほど砂質であると予想していた。しかし、ほくろの周りの穴は、驚くほど粘着性のあるレゴリスが協力していないことを示している。「私たちは、完全には一致しない2つの競合する情報を持っています」とゴロンベックは言う。

エンジニアたちは、地下の目に見えない岩石の存在を完全に否定したわけではないが、「デュリクラスト」と呼ばれる表土層がモグラを悩ませていると確信している。デュリクラストは、空気中の水分が土の中に塩分を沈着させ、土粒子を接着することで、時間をかけてゆっくりと形成される。モグラはデュリクラストを砕くことはできるが、その後土は湿った砂のようにくっついて、モグラにぶつかって押し返す材料を与えるのではなく、距離を保つ。

粘り気のある土のさらなる証拠は、スポーンが「ガーデニング」と呼ぶ最初の主要な救助戦略から得られた。インサイトの再利用されたアームの設計は、以前のミッションから小さなスコップを引き継いでおり、アノマリーチームは、それを使って穴の壁を叩き壊し、モグラが押すものを与えることができることに気付いた。しかし、6回のガーデニングセッションで、土は予想以上に粘り気があることが判明した。アームはデュリクラストを突き破ることができず、表面の薄い砂の層にスコップの跡だけが残った。

DLRのエンジニアたちはスコップを使って砂を穴に押し込むことも考えたが、作業に何カ月もかかるため、スコップをほくろに直接押し付けることにした。これは、一方のハードウェアがもう一方のハードウェアを傷つける可能性があるため、よりリスクの高い選択肢だ。「JPLのエンジニアたちは、その点について非常に神経質になっています」とスポーン氏は言う。

NASA は、地球上の砂場でインサイトとモグラの実物大モデルを使って練習した後、今週スコップのアームを横に動かしてモグラを穴の壁に押し付け、必要な 1 ポンド程度の力を加えるよう指示した。JPL の計器システム エンジニア、トロイ ハドソン氏によると、砂場でのテストでは 2 ポンドから 10 ポンドの力が発生したが、この前例のない操作が火星でどのように機能するかは誰にもわからない。「アームはこのようなことをするために作られたものではありません」とゴロンベック氏は言う。「これは完全に想定外のことです。」

アームがモグラを押さえつけると、掘削機の運命は、20 ストロークというちょうどよい回数に絞られる。これより少ないと、掘削機は掘削をまったく行わないかもしれない。それ以上だと、モグラが地中に消えてしまい、掘削機のアームがモグラの尻尾の上を滑り、反対側の着陸機とモグラをつなぐ脆弱なデータ ケーブルにぶつかる可能性がある。掘削は火曜日に行われ、JPL と DLR のエンジニアは、今週残りの時間を写真の分析に費やして、進捗の兆候を探す予定だ。

モグラが動かない場合、アノマリーチームは、スコップでモグラの尻尾を直接押し下げるなど、さらにいくつかの秘策を用意しているが、現在の救出の試みは、モグラの任務の決定的瞬間になる可能性があるという予感がする。したがって、エンジニアたちは、どちらの結果にも備えて心構えを整えている。

「最終的に失敗すれば、それは大変なことになるでしょう」とハドソン氏は言う。「しかし、私はすでにその悲しみの多くを乗り越えたと思います。異常事態が起きて以来、うまくいかないだろうという不安がずっとつきまとっていました。」

エンジニアたちは、画像が地球に届くのを待ちながら、何度も画像更新ボタンを押しながら、モグラの露出した尻尾が2インチから1インチに縮むなど、ささやかな穴掘りの兆候が見られることを期待している。しかし、その最良のシナリオでも、モグラが危険から脱出したわけではない。次に、チームは、深さが増したため、掘削を開始するのに十分な足場ができたかどうか、あるいは、さらに作業を行って穴の後ろを埋める必要があるかどうかを決定する必要がある。

「スパイが進歩を遂げたのは素晴らしいことだが、それで物語が終わるわけではない」とスポーン氏は言う。