以下は、私の新しい本「宇宙からの信じられないほどの物語：宇宙の私たちの見方を変えるミッションの舞台裏を見る」からの抜粋です。これは、明日12月にリリースされます。 NASAのロボットミッション、およびこの抜粋は、第2章「好奇心を持った火星探査」のスペースマガジンに掲載される3の1の一部です。この本は、AmazonとBarnes＆Nobleで注文できます。
恐怖の7分
中程度のサイズの宇宙船（ローバーやロボット着陸機など）が火星の大気を通って惑星の表面に到達するには、約7分かかります。これらの短い時間の間に、宇宙船は約13,000 mph（20,900 kph）の燃える到来速度から減速して、わずか2 mph（3 kph）以下で着地する必要があります。
これには、Rube Goldbergに似た一連のイベントが、正確な振り付けとタイミングで完璧な順序で行われることが必要です。そしてそれはすべて、地球上の誰からの入力もなく、コンピュータを介して自動的に行われる必要があります。約1億5000万マイル（2億5000万km）離れた私たちの惑星から離れて宇宙船を誘導する方法はありません。その距離では、地球から火星までの無線信号の遅延時間は13分以上かかります。したがって、7分の降下が終了するまでに、これらのイベントはすべて発生しているか、または発生しておらず、地球上の誰もそれを知りません。あなたの宇宙船は火星の表面に見事に座っているか、クラッシュしたヒープの中にあります。
そのため、ミッションから火星までの科学者やエンジニアが「7分の恐怖」と呼んでいます。
そして、2011年11月に地球から打ち上げられた火星科学研究所（MSL）ミッションにより、正式に「進入、降下、着陸」（EDL）と呼ばれるものに対する恐怖と恐怖が指数関数的に増大しました。 MSLには、1トン（900 kg）の6輪ローバーにCuriosityという名前が付けられています。このローバーは、未使用の新しい着陸システムを使用していました。
これまでに、火星のすべての着陸船とローバーは、ロケット誘導入口、車両を保護して減速させるための遮熱板、次にパラシュートを順に使用しており、その後にスラスターが車両をさらに減速させるために使用しています。好奇心もこのシーケンスを使用します。ただし、最後の重要なコンポーネントには、これまでに飛んだ最も複雑な着陸装置の1つが含まれていました。
「スカイクレーン」と呼ばれるホバリングロケットステージは、20メートル（66フィート）のロープのロープで、ローペリング登山家のようにローバーを下げ、ローバーは直接車輪にソフトランディングします。これはすべて数秒で完了する必要があり、搭載されたコンピューターがタッチダウンを感知すると、火工品がロープを切断し、ホバリング降下ステージが全開でズームアウトして、好奇心から遠く離れた地面に衝突します。
さらに複雑なことに、このローバーは、これまでで最も正確な世界外への着陸を試み、レーニア山の高さの山の隣のクレーターの中に沈みました。
不確実性の主な部分は、エンジニアが着陸システム全体を順番にまとめてテストすることができないことでした。そして、火星自体に存在することを除いて、火星に存在する残酷な大気条件と軽い重力をシミュレートすることはできませんでした。実際の着陸は満タンのスカイクレーンを使用するのが初めてなので、質問がありました。ケーブルが分離しなかった場合はどうなりますか？下降ステージがローバーの真上を降下し続けるとどうなりますか？
スカイクレーンが機能しなかった場合、技術的な問題、遅延、コスト超過、そしてこの25億ドルの火星探査車が資金を奪っていると批評家が激怒したことで、すでにかなり克服されたミッションのゲームオーバーとなります。 NASAの残りの惑星探査プログラム。
火星へのミッション
夜空に赤い輝きを放つ火星は、何世紀にもわたってスカイウォッチャーを招いてきました。将来の人間の使命や植民地化の可能性を提供する地球に最も近い惑星として、それは宇宙探査の時代に大きな関心を集めてきました。現在までに、40以上のロボットミッションがレッドプラネットに向けて発射されています。より正確には、40以上のミッションが 試みた.
米国、ヨーロッパ、ソビエト/ロシア、日本のすべての取り組みを含め、火星のミッションの半分以上が失敗しました。打ち上げ災害、火星への途中の誤動作、軌道への滑落の失敗、破滅的な着陸などが原因です。最近のミッションは、火星をその場で（その場で）探査する最初の先駆的な試みよりも大きな成功を収めていますが、宇宙科学者やエンジニアは、「大銀河のグール」や「火星の呪い」のようなことについて話すとき、部分的に冗談を言っています。ミッション。
しかし、素晴らしい成功もありました。 1960年代と70年代の初期のミッションであるマリナーオービターやバイキング着陸船などは、非常に美しく、不毛で岩の多い世界を見せてくれました。そのため、惑星の隣人としての「小さな緑の男たち」の希望を打ち砕きました。しかし、その後の任務では、二分法が明らかになりました。壮大な荒廃と、過去の、またはおそらく現在の食欲をそそるヒントが組み合わさった、水と地球規模の活動です。
今日、火星の表面は寒くて乾燥しており、そのささやかな薄さの大気は、太陽からの放射線の衝突から惑星を保護していません。しかし、兆候は火星の状態が常にこのようになっていたわけではないことです。軌道から見えるのは、流れる水によって彫られたように見えるチャネルと複雑な谷のシステムです。
惑星科学者は何十年もの間、これらの特徴が大規模な小惑星ストライキや突然の気候災害などの激変イベントによって引き起こされた短い湿った期間中に形成されたか、あるいは火星が連続して暖かく湿っていた可能性がある何百万年にもわたって形成されたかどうかについて議論してきました。これまでのところ、証拠の多くはあいまいです。これらの機能はいずれかの方法で形成された可能性があります。しかし、数十億年前、地球と同じように川や海があったとしたら、生命は定着したかもしれません。
ローバー
好奇心探査ローバーは、NASAが火星の表面に送信した4番目のモバイル宇宙船です。 1つ目は、1997年7月4日に岩で覆われた火星の平野に着陸したSojournerという名前の23ポンド（10.6 kg）のローバーでした。電子レンジと同じくらいの大きさで、長さ2フィート（65 cm）のSojourner着陸装置と基地局から40フィート以上離れています。ローバーと着陸船が一緒になってパスファインダーミッションを構成し、これは約1週間続くと予想されていました。代わりに、ほぼ3か月間続き、デュオは2.6ギガビットのデータを返し、着陸船からの16,500枚以上の画像とローバーからの550枚の画像をスナップし、岩石と土壌の化学測定を行い、火星の大気と気象を調査しました。火星の暖かくて湿った過去の痕跡を特定しました。
この使命は、インターネットが人気を博し始めた頃に発生し、NASAはローバーからの写真が地球に送信されるとすぐにオンラインで投稿することを決定しました。これは若いインターネット史上最大のイベントの1つになり、NASAのWebサイト（および高需要のために設定されたミラーサイト）は、着陸後の最初の20日間で4億3,000万を超えるヒットを獲得しました。
パスファインダーも、珍しい着陸システムを利用しました。スラスターを使用して水面に着地する代わりに、エンジニアは宇宙船を囲んで保護するために巨大なエアバッグのシステムを作り上げました。ロケット誘導エントリー、ヒートシールド、パラシュート、スラスタの従来のシステムを使用した後、エアバッグが膨張し、繭の着陸船が地上100フィート（30 m）から落下しました。巨大なビーチボールのように火星の表面時間を数回跳ね返ったパスファインダーはやがて止まり、エアバッグが収縮し、着陸船が開いてローバーが出てきました。
それは奇妙な着陸戦略のように聞こえるかもしれませんが、NASAは次のローバーミッションにより大きいバージョンのエアバッグを使用することに決めたほどうまくいきました：スピリットとオポチュニティという2つの同一のローバー。火星探査ローバー（MER）は、乗用芝刈り機とほぼ同じサイズで、長さ5.2フィート（1.6メートル）、重さ約400ポンド（185キログラム）です。スピリットは2004年1月4日に火星の赤道近くに上陸し、3週間後、機会は惑星の反対側に跳ね返りました。 MERの目標は、火星の過去の水の証拠を見つけることであり、両方のローバーが大当たりしました。多くの調査結果の中で、Opportunityは流れる水で形成された古代の岩の露頭を発見し、Spiritは科学者がまだ研究している異常なカリフラワー型のシリカ岩を発見しましたが、それらは潜在的な古代火星の生命への手掛かりを提供するかもしれません。
信じられないことに、この執筆時点（2016年）では、機会探査ローバーがまだ稼働しており、マラソン（42 km / 26マイル）を超えて走行しており、エンデバーという名前の大きなクレーターで火星を探索し続けています。しかし、Spiritはサンドトラップに引っかかって2010年の火星の寒い冬の間に停電に屈しました。 2つのローバーは、予測された90日間の寿命をはるかに上回っていました。
どういうわけか、ローバーはそれぞれ異なる「個性」を発達させました-あるいは、おそらくそれを表現するより良い方法は、人々が 割り当てられた ロボットの個性。スピリットは問題のある子供でドラマの女王でしたが、すべての発見に苦労しました。機会、恵まれた妹、そして主演者。新しい発見は彼女にとって容易になったようでした。スピリットとオポチュニティは愛らしいデザインではありませんでしたが、魅力的なローバーは子供や熟練した宇宙退役軍人の想像力を同様に捉えました。 MERプロジェクトマネージャーのJohn Callasは、ツインローバーを「太陽系の中で最もかわいいもの」と呼びました。長寿の不機嫌そうなローバーが危険と危険を克服したので、彼らは火星から毎日ポストカードを送りました。そして地球人はそれのために彼らを愛した。
好奇心
宇宙でのやることリストに長い間載っていますが、人間を火星に送る方法はまだわかりません。私たちは、より大きくより高度なロケットと宇宙船、生命維持や私たちの食料の成長などのためのより優れた技術を必要としています。また、火星に人間の居住地を作るために必要な非常に大きなペイロードを着陸させる能力は本当にありません。
しかしその間、私たちはそれをすべて把握しようとしていますが、人間の地質学者に相当するロボットに相当するものを赤い惑星に送りました。車サイズのCuriosityローバーは、一連の17台のカメラ、ドリル、スクープ、ハンドレンズ、さらにはレーザーで武装しています。これらのツールは、地質学者が地球上の岩や鉱物を研究するために使用する機器に似ています。さらに、このローバーは、登山、食事（比喩的に言えば）、その（ロボットの）腕の屈曲、および自撮りによって人間の活動を模倣します。
この移動するロボット地質学者は、移動化学実験室でもあります。ローバー上の計10の機器は、生命に必要な原料を示している可能性のある有機炭素を検索し、火星の空気を「嗅ぎ取り」、生命の兆候である可能性があるメタンのようなガスが存在する場合ににおいを嗅ぎます。好奇心のロボットアームは、スイスのアーミーガジェットのナイフを搭載しています。拡大レンズのようなカメラ、化学元素を測定する分光計、岩の内部に穴をあけ、サンプルをSAM（火星でのサンプル分析）とCheMinという名前の研究所に送るドリルです。 （化学および鉱物学）。 ChemCamレーザーは、最大23フィート（7メートル）離れた場所から岩石を蒸発させ、発破された岩石から放出される光のスペクトルから鉱物を識別できます。気象ステーションと放射線モニターが搭載されたデバイスを完成させます。
これらのカメラと機器を使用すると、ローバーは、約500人の地球に閉じ込められた科学者の国際チームの目と手になります。
以前の火星探査車は太陽光アレイを使用して太陽光を集めて電力を供給していましたが、CuriosityはNew HorizonsのようなRTGを使用しています。 RTGで生成された電力は充電式リチウムイオンバッテリーに繰り返し電力を供給し、RTGの熱はローバーシャーシにも配管されて、内部の電子機器を暖かく保ちます。
好奇心の大きさと重さで、以前のローバーで使用されていたエアバッグ着陸システムは問題外でした。 NASAのエンジニアであるロブマニングが説明したように、「それほど大きなものを跳ね返すことはできません」。スカイクレーンは大胆なソリューションです。
好奇心の使命：火星が何十億年にもわたってどのように進化したかを理解し、それがかつて、または今でも、微生物の生命をサポートできるかどうかを判断します。
好奇心の探査目標：3.4マイル（5.5 km）-火星の高山の科学者たちは、直径96マイル（155 km）の衝突盆地であるゲイルクレーターの真ん中に位置するシャープ（旧称Aeolis Mons）。
ゲイルは60の候補地から選ばれました。軌道を回る宇宙船からのデータは、山がおそらく何百万年にもわたって構築された堆積岩の何十もの層を持っていると決定しました。これらの層は、火星の地質学および気候史の物語を語ることができます。さらに、山と火口の両方に、流れる水によって刻まれたように見えるチャネルやその他の特徴があるように見えます。
計画：MSLはクレーターのより低く、より平らな部分に着陸し、山に向かって上方向に注意深く作業し、各層を研究し、基本的に火星の地質史の時代のツアーを行います。
最も難しい部分はそこに着くことです。そして、MSLチームはそれを正しくする1回の機会しかありませんでした。
着陸の夜
好奇心が2012年8月5日に上陸したのは、最近の歴史で最も予想される宇宙探査イベントの1つでした。何百万人もの人々がオンラインやテレビで繰り広げられるイベントを見、ソーシャルメディアフィードは最新情報で賑わっています。 JPLのミッションコントロールからのNASA TVのフィードは、ニューヨークのタイムスクエアのスクリーンと、「着陸パーティー」を主催する世界中の会場で生放送されました。
しかし、行動の震源地はJPLであり、そこでは何百人ものエンジニア、科学者、NASAの職員がJPLの宇宙飛行作戦施設に集まりました。 EDLチーム–一致する水色のポロシャツをすべて着て—ミッションコントロールでコンピューターコンソールを監視しました。
チームの2人のメンバーが際立っていました。EDLチームリーダーのAdam Steltzner（エルビスのようなポンパドールに髪をかぶっています）は、コンソールの列の間を前後に歩き回っています。フライトディレクターのボバックフェルドウスキーがスポーツを行い、精巧な星条旗を描きました。明らかに、21世紀には、NASAエンジニアのために、1960年代の黒い眼鏡とポケットプロテクターがエキゾチックなヘアスタイルに取って代わられました。
着陸時、Ashwin Vasavadaはミッションチームの最長の科学者の1人であり、ローバーが建設中であった2004年に副プロジェクト科学者としてMSLに参加しました。当時、ヴァサバダの仕事の大部分は、機器チームと協力して機器の目的を確定し、技術チームを監督して機器の開発とローバーとの統合を支援することでした。
選択された10種類の機器のそれぞれに科学者のチームが参加したため、エンジニア、追加のスタッフ、学生とともに、何百人もの人々がローバーの打ち上げの準備をしていました。ヴァサバダは、火星で行われる最終的な科学に影響を与える可能性があるすべての決定と修正を調整するのを助けました。着陸の間、しかしながら彼ができることは見守ることだけでした。
「私はテレビで放映されていた制御室の隣の部屋にいた」とバサバダは言った。 「上陸については、私の人生の過去8年間を理解する以外に私にできることは何もありませんでした。私の未来はすべて、その7分のEDLに乗っていました。」
さらに、無線遅延時間のために、ローバーの本当の運命がその事実の13分後までわからないという事実は、JPLの全員に無力感をもたらしました。
「私は椅子に座っていましたが、胎児の姿勢で精神的に丸くなっていたと思います。」
好奇心が火星に近づくと、惑星を周回している他の3人のベテラン宇宙船がその位置に関する情報を送信している新参のMSLを監視できる位置に移動しました。最初、MSLは地球上の深宇宙ネットワーク（DSN）アンテナに直接通信しました。
宇宙船からのテレメトリをEDL中に可能な限り合理化するために、Curiosityは、着陸プロセスのステップがいつアクティブ化されたかを示す128のシンプルで明確なトーンを送信しました。管制室のエンジニアであるアレンチェンは、彼らが来たときにそれぞれ発表しました。1つの音は、宇宙船が火星の雰囲気に入ったことを示していました。もう1人はスラスタが発射されたことを合図し、宇宙船をゲイルクレーターに向けて誘導しました。暫定的な拍手と笑顔は、ミッションコントロールのチームが早い段階でもたらしたもので、宇宙船が水面に近づくにつれて感情が高まっていきました。
降下の途中で、MSLは火星の地平線の下に行き、地球との通信を遮断しました。しかし、3つのオービター（Mars Odyssey、Mars Reconnaissance Orbiter、Mars Express）は、データをキャプチャして記録し、DSNに中継する準備ができていました。
シームレスに、着陸の各ステップが完璧に続くにつれて、トーンは地球に到達し続けました。パラシュートが配備されました。遮熱板が脱落した。トーンは、ローバーを搭載した降下ステージがパラシュートを離したことを通知し、別のパワーフライトが水面に向かって降下したことを示しています。別の音は、スカイクレーンがローバーを水面まで下げ始めたことを意味しました。
好奇心の車輪が表面に触れたことを示すトーンが届きましたが、それでも成功したわけではありませんでした。チームは、スカイクレーンのフライアウェイ操作が機能することを確認する必要がありました。
次に、彼らが待っていた口調がきました。「タッチダウンが確認されました」とChenは声援を送りました。 「火星は安全だ！」
JPLの任務管理、上陸パーティーのサイト、ソーシャルメディアで、大混乱と喜びが噴出しました。その瞬間、世界は共に祝ったようだった。コストの超過、遅延、MSLミッションについてこれまでに述べられたすべての否定的なことは、着陸の勝利で消えたように見えました。
「火星へようこそ！」ジェット推進研究所の責任者であるチャールズエラチは記者会見で、劇的なタッチダウンに続いて次のように述べました。「今夜着陸しました。明日は火星の探査を開始します。私たちの好奇心には限界がありません。」
「7分間は実際には非常に高速でした」とVasavadaは言いました。 「それを知る前に終わりました。その後、ほとんどの人がまだ処理を行っていたにもかかわらず、全員がジャンプアップとダウンでジャンプし、成功しました。」
着陸が非常にうまくいったこと-実際には完全に-は実際にJPLのチームの一部に衝撃を与えたかもしれません。彼らは好奇心の着陸を数回リハーサルしましたが、驚くべきことに、シミュレーションで車両を着陸させることはできませんでした。
「私たちはそれを非常に正確にリハーサルしようとしました」とVasavada氏は言いました。「すべてが同期しました。つまり、私たちがシミュレートしたテレメトリと宇宙船からもたらされるものであり、作成されたリアルタイムのアニメーションです。それはかなり複雑なことでしたが、実際には機能しませんでした。つまり、実際の着陸は、すべてが正しく機能する初めてのことでした。」
好奇心はすぐに周囲の写真を撮るようにプログラムされました。着陸から2分以内に、最初の画像が地球に向けられ、JPLの表示画面にポップアップ表示されました。
「着陸中にオービターが飛行するように時間を計っていましたが、それらのリレーリンクが最初の写真を表示するのに十分な長さ続くかどうかはわかりませんでした」とVasavada氏は語った。 「これらの最初の写真は、保護カバーがまだカメラにあり、スラスタがカバーにたくさんのほこりを巻き上げていたため、かなりガタガタでした。あまりよく見えませんでしたが、それでも火星の写真だったので、上下にジャンプしました。」
驚くべきことに、最初の写真の1つは、ローバーが研究に送られたものを正確に示していました。
「基本的にカメラを向けて上陸しました。鋭い」とバサバダは頭を振った。 「HazCam（ハザードカメラ）の画像で、車輪の間に、このゴージャスなショットがありました。山がありました。それは私たちの目の前にあるミッション全体のプレビューのようなものでした。」
明日：「火星の時間を生きる」と「発見」を含む「好奇心で火星を旅する」のパート2
マクミランの子会社であるページストリートパブリッシングから、「宇宙からの信じられないほどの物語：宇宙の裏側から見た、宇宙に対する私たちの見方を変える使命を見る」が出版されています。
