最新情報：パーサヴィアランスは火星の表面で無事です！ニュースを反映して見出しを更新しました。
明日の午後、火星にもう1機のロボットが到着します。火星探査車「パーサヴィアランス」は太平洋標準時午後1時直前に着陸し、火星への新たな大規模探査を開始します。生命の痕跡の探索から待望の火星ヘリコプターまで、様々な実験が開始されます。明日から今後数年間、パーサヴィアランスに期待できることをご紹介します。
これは大規模で複雑なミッションであり、アルテミス計画と同様に、人類が火星を訪れる未来への準備であると同時に、現在における火星についてより深く理解することも目的としています。パーセベランスは、火星探査ミッションの中でも野心的なミッションです。
ライブでご覧になりたい方は、NASA TV による着陸の放送が太平洋標準時午前 11 時 15 分から始まり、宇宙船が最終接近する様子やインタビューが提供されます。
しかし、それまでは、パーセベランスが何をするのかを改めて確認しておくといいかもしれません。
7ヶ月の期待と7分間の恐怖
まず、車ほどの大きさの探査車が無事に火星の表面に到達しなければならない。火星への到着まで7ヶ月間を旅してきたこの探査車の到着は、先週到着したUAEと中国の新しい探査機によって予告された。
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しかし、パーセベランスは軌道上に留まるつもりはなく、火星の薄い大気圏に直接突入する。探査車を搭載した探査機は、パーセベランスが目標のジェゼロ・クレーターの上空に到達できるよう、適切なタイミングと角度で火星に突入できるよう、軌道を微調整した。
宇宙船が大気圏に突入してから減速と着陸までのプロセスは約7分かかります。着陸プロセスは、これまでの惑星間ミッションの中で最も複雑で野心的なものであり、以下の手順で行われます。
大気圏内で流星のようにゆっくりと時速約1450キロまで減速した後、パラシュートが展開し、降下機は1～2分かけてその速度の4分の1まで減速します。同時に耐熱シールドが分離し、機体底面の計器類が露出します。
これは極めて重要な瞬間である。なぜなら探査機はその後、自律的に（地球にデータを送る時間はない）、レーダーやその他の機器を使って真下の領域をスキャンし、着陸に最適な場所と思われる場所を見つけるからである。
高度1マイル（約1.6キロメートル）以上でパラシュートが開き、探査機はジェットパックのようなものを使って「動力降下」を続け、地表からわずか70フィート（約21メートル）まで降下します。この時点で探査機は切り離され、高さ21フィート（約6.4メートル）の「スカイクレーン」の先端に吊り下げられます。ジェットパックが降下するにつれてケーブルが伸び、着地するとジェットパックはスカイクレーンごと自力で上昇し、安全な場所に墜落します。
これらはすべて約410秒間で起こり、その間、チームは猛烈な汗をかきながら鉛筆を噛み続けることになります。この図を見れば一目瞭然です。
もう少し詳しく知りたい宇宙マニアの方は、この素晴らしいプロセス全体のリアルタイムシミュレーションをご覧ください。速度を上げたり下げたり、理論上の公称速度や力を確認したりすることができます。
クレーターを揺らす
他の探査車や探査機は何年も前から火星で生命の有望な兆候を発見している。マーズ・エクスプレス・オービターは2018年に火星の地表下に液体の水を発見し、キュリオシティは2019年に生命の気体状の兆候を発見した。スピリットとオポチュニティは、非常に長いミッション中に生命が存在していた可能性のある多くの兆候を発見した。
ジェゼロクレーターは、生命の証拠を発見する可能性が高い地域として選ばれただけでなく、他の多くの科学的取り組みにとっても最適な場所である。
過去のミッションと最も類似しているのは、地質学と宇宙生物学の目標です。ジェゼロは「水で満たされた古代のデルタ地帯」でした。デルタ地帯には膨大な量の物質が凝集しており、生命を育むだけでなく、その存在を記録しています。パーセベランスは着陸地点の詳細な調査を行い、火星のかつての気候の特徴を明らかにする予定です。
調査の一部では、生命の証拠を具体的に探査します。例えば、地質学的プロセスではなく微生物のコロニーによって形成されたと考えられるパターンを持つ特定の鉱物の堆積物などです。探査車が生物に遭遇するとは予想されていませんが、チーム全員がこの天文学的にあり得ない可能性を密かに期待していることは周知の事実です。
より未来を見据えた科学目標の一つは、環境からサンプルを収集し、中央貯蔵施設に隔離し、地球に送り返すことです。ただし、この最終段階の取り扱いについてはまだ検討中です。サンプル自体は、掘削や削り取りではなく、岩石から慎重に切り出され、後の分析のために完璧な状態で保管されます。
パーセベランスはしばらく軌道を引き返し、採取した物質を詰めたカプセルを30個ほど中央の保管庫に置き、採取した物質を地球に持ち帰ることができるまで密封された状態で保管される。
ローバーは探査中、移動型の科学実験室として機能し、移動しながら様々なデータを収集します。探査車が探査する生命の兆候の中には、例えば土壌の詳細な分析によってのみ得られるものもあるため、高度な画像・分光機器（PIXLとSHERLOC）が搭載されています。また、地中レーダー（RIMFAX）も搭載し、ローバーの真下の地形の微細構造を観測します。さらに、MEDAは温度、風、気圧、塵の特性などを継続的に測定します。
もちろん、NASAの探査車が有名になった、人々を魅了する風景写真や「セルフィー」も定期的に地球に送信されます。探査車には19台のカメラが搭載されていますが、主にナビゲーションと科学研究の目的で使用されます。
探検にはちょっとした勇気と創意工夫が必要です
パーセベランスは、火星を直接訪問するというNASAの長期計画の一環であり、そのミッションに貢献できるいくつかの技術実験を搭載している。
最も人気があるのは、そして当然ながら、インジェニュイティ火星ヘリコプターです。この小型の太陽光発電式2ローター機は、他の惑星での動力飛行を初めて実証することになります（パーセベランスが搭乗したジェットパックは除きます）。
目標は控えめです。主な目標は、離陸後、地上数フィートの薄い空気中で20～30秒間ホバリングし、安全に着陸することです。これにより、このような探査機が火星でどのように機能するか、どれだけの塵を巻き上げるか、そして将来の航空機が考慮するであろう様々な指標について、重要な実世界データが得られます。初飛行が成功すれば、チームは追加の飛行を計画しており、その様子は上のGIF画像のようなものになるかもしれません。
別の惑星を飛行できれば、科学や探査、そして最終的には産業や、人がそこに滞在する際の安全確保に大きな影響が出るでしょう。ドローンは地球上で既にあらゆる測量、救助活動、その他の作業に欠かせないツールとなっています。火星でも同じことが言えるのではないでしょうか。さらに、搭載カメラから素晴らしい映像も撮影できるでしょう。
MOXIEはもう一つの将来を見据えた実験で、ヘリコプターよりも（派手さこそ劣るものの）さらに重要になる可能性を秘めています。これは「火星酸素現地資源利用実験（Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment）」の略で、火星の薄い、主に二酸化炭素で構成された大気から呼吸可能な酸素を作り出すことを目的としています。
これは呼吸するための酸素を作ることではありませんが、呼吸にも使える可能性があります。MOXIEは、将来の打ち上げ用ロケット燃料として利用できるほどの大規模な酸素製造を目指しています。しかし、もしこのような居住施設が建設されることになったら、万が一に備えて十分な酸素を備蓄しておくのが良いでしょう。
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火星への往復旅行において、地球から燃料をトラックで運び、帰路で燃やすのではなく、火星から燃料を調達することは、多くの点で大きな進歩です。通常、タンクで運ばれる30～50トンの液体酸素は、代わりに実用的なペイロードとして利用することができ、フリーズドライ食品、電子機器、その他の物資を運ぶとなると、そのトン数は大きな力となります。
MOXIEは、小規模（車のバッテリー程度の大きさで、将来の酸素発生装置はその100倍の大きさになる予定）で、周囲の二酸化炭素から酸素を分離することを試みます。チームは1時間あたり約10グラムの酸素を生成できると予想していますが、電力消費を抑えるため、断続的に作動させる予定です。運が良ければ、この手法を近い将来、より本格的に研究できるほどの成功を収めるでしょう。
自己移動技術
これまでの探査車が抱える大きな課題の 1 つは、基本的に 30 分の遅延を伴う遠隔操作だったことです。地球上の科学者が周囲を調べ、「40 センチメートル前進、前輪を右に 5 度回転、75 センチメートル前進」などの指示を送信します。これは、チームに多大な労力がかかるだけでなく、探査車が移動し、次の指示が届くまで 30 分待機し、そのプロセスを何度も繰り返すため、大きな遅延が発生します。
パーセベランスは、全く新しい自律航法システムを搭載し、従来のシステムとは一線を画しています。高解像度の広角カラーカメラと、画像を地形図に変換し、自動運転車のように経路を選択する専用処理装置を備えています。
自力でより遠くまで移動できるということは、探査車がはるかに広い範囲をカバーできることを意味します。火星探査機オポチュニティ（RIP）が1日で記録した最長距離は、702フィート（約213メートル）でした。パーセベランスは、平均してそれとほぼ同じ距離を、はるかに少ない人的介入で移動することを目指します。最初の数日間はつま先立ちで移動しますが、その後すぐに新記録を達成する可能性が高いでしょう。
実際、あの恐ろしい着陸後の最初の30ソルは、主にチェック、ダブルチェック、機器の展開、さらなるチェック、そして周辺エリアのあまり印象に残らない短い周回飛行となるでしょう。しかし、もしすべてがうまくいけば、この探査機は10年後か15年後、人々が火星にやって来る頃にはまだ火星を周回しているかもしれない、ということを忘れてはなりません。これは、非常に長いミッションのほんの始まりに過ぎません。
