火星探査車キュリオシティのクレイジーで複雑な着陸が結局それほどクレイジーではない理由

パサデナ — 今夜遅く、チキンポットパイのような形をした白とオレンジ色の宇宙船が、時速 13,200 マイルで火星の大気圏に突入する。マーズ・サイエンス・ラボラトリー宇宙船を取り囲む火球は、弾道軌道上の制御された流星のように、降下するにつれて華氏 3,800 度に達する。太平洋時間午後 10 時 31 分/東部時間午前 1 時 31 分までに、NASA は、7 分間の恐怖の後に宇宙船が安全に時速 0 マイルまで減速し、火星探査の準備が整ったという連絡を期待している。

火星探査車キュリオシティの進入、降下、着陸 (EDL) は、この強力な武装と実験室を積んだ車ほどの大きさの探査機の最も興味深い側面の 1 つであり、間違いなく最もクレイジーな部分でもある。NASA のエンジニアやマネージャーは、これは他の惑星で試みられた着陸の中で最も複雑なものだと言い続けているが、それは確かに真実だ。しかし、ルーブ ゴールドバーグ風のスカイクレーンによる着陸システムは、最も危険でもリスクが最も高いわけでもない。NASA のエンジニアが実際に機能すると考えている唯一の方法なのだ。

火星探査ローバー「スピリット」と「オポチュニティ」はパラシュートで地表に落下し、エアバッグのクッションに当たって地面に向かって跳ね返った。そしてバイキング着陸機はパラシュートと逆噴射ロケットを使って減速し、保護されていない脚で着陸した。しかしこのローバーはエアバッグを使うには重すぎて大きすぎる。エアバッグが多すぎると、着陸後に空気が抜けて絡まったローバーが決して逃げられなくなる可能性がある。また、3本脚の着陸プラットフォームに載せるには、何らかの方法でそこから降りる必要があり、それにはより小型のローバーが必要だっただろう。

「何度も慎重に検討し、分析した結果、スカイクレーンはそれほど奇抜なものではなくなっただけでなく、非常に貴重な機能が多数備わっていることがわかりました」と、進入・降下・着陸チームの飛行システム開発マネージャー、ジョーダン・エバンズ氏は語る。「非常にエレガントなものになりました。」

今夜、太平洋時間 10:07 頃から何が起こるかをご紹介します。

コマンド: do_EDL

キュリオシティを制御するソフトウェアは、すべてを自律的に処理します。このコマンドを入力すると、EDL シーケンスが開始されます。まず、MSL 宇宙船はラップトップ サイズのタングステン バラスト 2 個を投棄します。これにより、進入角度が調整され、飛行機の翼のように揚力が発生します。これにより、側面のスラスターを使用して方向転換できます。次に、地表から約 7 マイル上空で、超音速パラシュートが展開して速度を落とします。ただし、それだけでは十分ではありません。停止するには、キュリオシティにはロケット駆動の降下段とスプールが必要です。

火星表面から1マイルの地点で、まだ火の気をくすぶっている宇宙船はパラシュートを切ってエアロシェルから飛び出し、表面に向かって自由落下する。「我々は飛ぶことを学んでいるが、翼はない。降りるのが一番難しい」とNASAの火星プログラムマネージャー、ダグ・マクイスティオン氏はトム・ペティの言葉を引用して語った。

数秒間の自由落下の後、スカイクレーン システムが逆噴射ロケットを点火します。この時点で、キュリオシティは下向きの車輪が下向きに露出した状態で降下段に収納され、エアバッグは装備されていません。宇宙船の腹部のレーダーが地面を探し始め、着陸できる柔らかくて平らな場所を探します。

地表から数メートルのところで、3 本のテザーがほどけ、探査機は時速 2 マイルで地表に向かって降下する。探査機の頑丈なショックアブソーバー システムは落下に耐えられる。車輪が火星の塵にぶつかると、関節がきしむ音がするだろう。その後、3 本の爆発ナイフが臍の緒を切り裂き、ロケットがまだ轟音を立てている降下段は、約 450 メートル離れた場所に墜落して着陸する。

EDL チームの飛行力学および運用リーダーであるアレン・チェン氏は、降下段を二次着陸機として使用することについて初期段階で議論があったが、すぐに却下され、不時着着陸が選択されたと述べた。「一度着陸するだけでも十分困難です」とチェン氏は述べた。「それで任務は完了です。英雄として死にます。」

この一連の作業はすべて自動的に行われ、79 個の爆発装置が完璧なタイミングで点火し、パラシュート、エアロシェル、耐熱シールドなどが放出される。NASA ジェット推進研究所のエンジニアは私たちと同じ景色を眺めるが、2 つの惑星間の光時間差が 14 分あるため、地球からは何も制御できない。キュリオシティは単独で行動する。キュリオシティは短い X バンドの無線信号、つまり火星からのテキストを送信し、地球上の全員に何が起こっているかを知らせる。しかし、パラシュートが展開し、地球が火星の地平線に沈むと、信号は途絶える。

マクイスティオン氏は、打ち上げは宇宙船にとって最も面倒で波乱に満ちた経験となることが多いが、この宇宙船にはまだまだ道のりが長いと指摘した。「恐ろしく危険なことはまだ終わっていない」と同氏は語った。

NASA は、火星は厳しい場所であり、火星へのミッションの大半が失敗していることを指摘し、打ち上げに対する期待をコントロールしようとしてきた。科学調査員、探査機の設計者、EDL のエンジニアは皆、明らかに緊張しているが、表面上は成功すると自信を持っている。各コンポーネントは何百回もテストされ、再テストされており、エバンズ氏はこれが少しは役立っていると語った。

「これらの一つ一つが私を心配させるわけではありません。それらは私に自信を与えてくれます。そして私は全体を心配するのです」と彼は語った。

同じくEDLチームのメンバーであるアダム・ステルツナー氏は日曜の朝、簡潔にこうまとめた。「我々は理性的には自信を持っているが、感情的には恐怖を感じている」

マククイスティオン氏は、もしミッションが失敗しても、エンジニアたちは立ち上がって、立ち直って、おそらくもう一度挑戦するだろうと何度も述べている。彼らに選択の余地はほとんどない。「科学はまだ表面にある」と同氏は言う。「我々は戻り続ける必要がある」