ロケット・ラボ社製の2機の宇宙船が、2段階の旅に出発しようとしています。第1段階は、カリフォルニアからケープカナベラルの発射場までの55時間、2,500マイルの旅です。第2段階は？火星までのわずか11ヶ月、3億3000万マイルの旅です。
ESCAPADE（エスケープ・プラズマ加速・ダイナミクス探査機）ミッションの目的は、太陽風と火星の大気の相互作用を研究することです。カリフォルニア大学バークレー校宇宙科学研究所（SSL）がこのミッションの科学ペイロードを開発しましたが、宇宙空間を移動し、火星周回軌道上でペイロードを搭載する実際のプラットフォームである衛星バスはすべてRocket Labが担当しています。NASAによると、このミッションは10月以降、ブルーオリジンのニューグレンロケットの初打ち上げで打ち上げられる予定です。
同社は、打ち上げ回数でSpaceXのFalcon 9に次ぐElectronロケットで最もよく知られていますが、実際には収益の大部分は宇宙船および宇宙船部品の製造と販売によるものです。Rocket LabはESCAPADEを通じて、太陽系全体を旅することができる極めて高性能な宇宙船を製造できることをNASAと世界の両方に示すことを目指しています。
同社は、2022年にNASAが月を目指す地球周回軌道自律測位システム技術運用・航法実験（CAPSTONE）ミッション用の衛星バスを製造した際に、その実力を証明しました。この宇宙船は月周回軌道に入る前に、約5か月間深宇宙を航行しました。しかし、火星への到達にはそれよりもはるかに長い時間がかかり、歴史的に見ても非常に高額な費用がかかっています。火星周回軌道に衛星を送り込んだ最近の2つのミッション、2005年のマーズ・リコネッサンス・オービターと2013年のMAVENは、それぞれNASAに5億ドル以上の費用がかかりました。
そこでNASAは2019年、小型宇宙船による深宇宙探査ミッションへの資金提供を目的とした、惑星探査のための小型革新ミッション（SIMPLEx）プログラムを設立しました。近年NASAが設立した他のプログラムと同様に、このプログラムもNASAがリスクを負うための取り組みです。NASAは深宇宙ミッションに5億5000万ドルを費やす代わりに、その10分の1に抑える目標を設定し、SIMPLExミッション1回あたりの費用上限を5500万ドルに設定しました（打ち上げ費用は除く）。ESCAPADEは、SIMPLExプログラムでNASAが選定した3つのミッションのうちの1つであり、おそらく実際に打ち上げられる最初のミッションとなるでしょう。
これらの資金は、ミッションの主任研究者であるSSLに渡り、SSLは2機の衛星バスの調達をRocket Lab社に委託しました。Rocket Lab社は5500万ドルのうちいくらが自社に支払われたのか明らかにしていませんが、ESCAPADEの主任システムエンジニアであるクリストフ・マンディ氏は、同社の費用は「他社よりも2桁も安い」と述べています。
ブルーとゴールドと名付けられたこの宇宙船は、ロケット・ラボのエクスプローラー・プラットフォーム（CAPSTONEで飛行実績を獲得）をベースにしており、この種のミッションを支える高いデルタV性能で知られています。ロケット・ラボのエンジニアにとって最大の課題の一つは、地球周回軌道から火星まで到達できる宇宙船の設計でした。そのため、ESCAPADE宇宙船は質量の約70%が燃料で構成されています。この燃料によって、宇宙船は約3キロメートル/秒のデルタV（速度変化）を実現できます。これは、このサイズの衛星としては非常に高い数値です。
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もう一つの大きな課題は、ロケットラボが設計プロセスの比較的後期、つまりNASAがニューグレンを2023年2月に選定するまで、打ち上げ業者を知らなかったことだ。この未知数は、宇宙船のいわゆる「駆動制約」、つまりエンジニアの設計上の決定を形作る要因に影響を与えた。
「私がこれまで見てきた宇宙船のほとんど全ては、打ち上げ機が駆動力の制約となっていました。しかし、私たちは打ち上げ機がどのようなものになるか分からなかったため、別のやり方でやりました」とマンディは語った。「ですから、打ち上げ機が駆動力の制約にならないようにするために、多大な努力を払いました。これは非常に珍しいことです。」
その代わりに、ロケット研究所のエンジニアたちは、宇宙船の設計の多くを別の変数に基づいて行うことになった。それは、宇宙船が火星軌道に入るために深宇宙で実行する操作である火星軌道投入 (MOI) と呼ばれる重要な操作を通じて宇宙船が運ぶことができる最大質量である。
「つまり、システム上の質量は、打ち上げ機のような人工物ではなく、物理的な要因によって決まるのです」とマンディ氏は述べた。しかし、打ち上げ機が選定されてからは、「他の要件に基づいて設計されていたため、再設計する必要はありませんでした」
こうした制約がエンジニアたちの革新を促しました。箱ではなく、2機の宇宙船は基本的に「タンクサンドイッチ」構造です。マンディはこれを「タンクサンドイッチ」と呼びました。2つのデッキが支柱で接続され、その中央に燃料タンクが配置されています。通常、衛星の主要構造は総質量の約20～22%を占めますが、ESCAPADEではサンドイッチ構造のおかげで、その割合はわずか12%です。
これらの変更は、影響を増大させるとマンディ氏は述べた。「主要構造物の質量が減れば、その分の燃料も減り、タンクのサイズも変わるなど、様々な影響が出る」。エンジニアたちはまた、飛行コンピュータや無線機など、高温になりやすい部品はすべて宇宙船の片方のデッキに、推進システムなど、低温になりやすい部品はすべてもう片方のデッキに近づけるように宇宙船を設計した。これらの変更は、宇宙船に必要な電力の削減、太陽電池パネルの小型化、ヒーターの削減など、様々な効果をもたらす。
打ち上げ後、探査機は重要なMOI噴射を行うまで、火星まで11ヶ月かけて移動します。しかし、探査機が噴射を行う予定の時期には太陽が地球と火星の間に位置しているため、タイムリーな通信は不可能です。ロケット研究所のエンジニアは、探査機に軌道周回開始のコマンドを送るまで、さらに3ヶ月ほど待たなければなりません。その後、探査機は約11ヶ月間、科学データを収集し、地球に送信します。
マンディ氏は、ミッションの正確な打ち上げ時期についてはブルーオリジン社が決定するとして明言を避けたが、現在が宇宙船の飛行効率のピークであり、その時期は「ピークから数ヶ月後まで」続くと述べた。ブルーオリジン社がこの時期を逃した場合、両社とNASAは、ESCAPADE宇宙船が火星の謎を解き明かし始めるまで、さらに26ヶ月待たなければならない。
