NASAのジェット推進研究所は最近、将来の火星探査機への道を模索する小型ドローンヘリコプターを開発していることを発表しました。火星探査機がそのようなロボットガイドを必要とするのはなぜですか？答えは、火星を運転するのは本当に難しいということです。
ここ地球では、火山の縁を探索するロボットや救助者を支援するロボットを、ジョイスティックを使ってリモートコントロールで動かすことができます。これは、無線信号がコントロールセンターからほぼ瞬時にロボットに到達するためです。月への運転はそれほど難しくありません。光速で移動する無線信号は、月との往復に約2秒半かかります。この遅延は、リモコンの運転に深刻な影響を与えるほど長くはありません。 1970年代のソビエトのコントローラーは、ルノホドの月をこのように移動させ、40 km以上の月面地形の探査に成功しました。
火星での運転ははるかに遠いため、はるかに困難です。地球に対するその位置に応じて、信号は往復に8〜42分かかります。事前にプログラムされた命令をローバーに送信する必要があります。ローバーはそれ自体で実行されます。火星の各ドライブは注意深い計画に数時間かかります。ローバーのナビゲーションカメラで撮影されたステレオ画像は、エンジニアによって慎重に精査されます。火星を周回する宇宙船の画像は、追加情報を提供することがあります。
ローバーは、地球から送信された運転コマンドのリストを実行するようにプログラムするか、ナビゲーションカメラで取得して搭載コンピューターで処理した画像を使用して、速度を測定し、障害物や危険を単独で検出できます。指定された目標への独自の安全なパスをプロットすることもできます。地上からの指示に基づくドライブが最速です。
火星探査ローバーのスピリットとオポチュニティは、この方法で1時間に最大124メートルを走行できます。これは、アメリカンフットボールの競技場の長さにほぼ相当します。しかし、このモードは最も安全性が低かった。
ローバーがカメラでアクティブにガイドする場合、進行はより安全になりますが、必要なすべての画像処理のため、はるかに遅くなります。時速わずか10メートルで進行します。これは、アメリカンフットボールフィールドのゴールラインから10ヤードラインまでの距離です。この方法は、粗い起伏のある地形が原因でよくある、ローバーが前方のルートを明確に把握できない場合に使用する必要があります。
2015年の初めの時点で、1日で最も好奇心が強いのは144メートルです。 Opportunityの毎日の最長ドライブは224メートルで、2つのアメリカンフットボールフィールドの長さの距離でした。
地上管制官が前方の進路をよりよく把握できれば、将来の探査車が1日ではるかに安全に運転できるようにするための指示を考案することができます。
そこで登場するのが、ドローンヘリコプターです。ヘリコプターは、ローバーの前に毎日飛び出すことができます。その空中の視点から作成された画像は、科学的関心のあるポイントを特定し、そこに到達するための運転ルートを計画するための地上管制官にとって非常に貴重です。
火星でヘリコプターを操縦するには、特別な課題があります。 1つの利点は、火星の重力が地球の重力の38％しかないため、ヘリコプターが地球上の同じ質量の1つほどの揚力を生成する必要がないことです。ヘリコプターのプロペラブレードは、空気を押し下げることにより揚力を発生させます。火星の大気は100倍薄いため、これは地球よりも火星で行うのが困難です。十分な空気を排出するには、プロペラブレードが非常に速く回転するか、非常に大きい必要があります。
ヘリコプターは、事前に指定されたルートに沿って安定した飛行を維持しながら、事前の指示を使用してそれ自体で飛行できる必要があります。それは岩の多い火星の地形に着陸し、繰り返し離陸しなければなりません。最後に、毎晩気温が華氏100度以下に下がる火星の過酷な条件に耐えることができなければなりません。
JPLエンジニアは、質量1キログラムのヘリを設計しました。好奇心の粗紡機の900 kgの質量のごく一部です。そのプロペラブレードは、ブレードチップからブレードチップまでの距離が1.1メートルで、毎分3400回転で回転できます。本体はティッシュボックス程度の大きさです。
ヘリコプターは太陽電池式であり、太陽電池のディスクが毎日2〜3分の飛行に電力を供給し、夜間に車両を加熱するのに十分な電力を集めています。その時間に約0.5 km飛行し、地上管制に送信するための画像を収集します。エンジニアは、ドローンヘリコプターが収集する偵察が、1日の移動距離を3倍にしてローバーのドライブを計画する際に非常に役立つことを期待しています。
参考文献と参考文献：
好奇心と機会の日々の走行距離についての情報を提供してくれたNASAジェット推進研究所のマークマイモネに感謝します。
J.J. Biesiadecki、P。C. Leger、およびM.W. Maimone（2007）、「火星探査ローバーでの有向運転と自動運転のトレードオフ」、The International Journal of Robotics Research、26（1）、91-104
E.ハウエル、オポチュニティマーズローバーは41キロを超えて2014年12月にスペースマガジン「マラソンバレー」に向かってトレッキングします。
T.レイエス、驚異的な旅、火星の好奇心探査機がマウントシャープの基地に到着します。スペースマガジン、2014年9月。
ヘリコプターは火星探査車の「偵察」になり得ます。 NASAジェット推進研究所プレスリリース。 2015年1月22日。
クレイジーエンジニアリング：火星のヘリコプター。 NASAジェット推進研究所のビデオ。
好奇心-火星科学研究所、NASA。
火星-将来のローバー計画。 NASA
