火星を地球にもたらす。火星サンプル帰還ミッションの計画

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アポロ計画の大きな成果の1つは、数百キロの月の岩を家に持ち帰ることでした。これらの岩やほこりは、50年以上前にアポロ11号の宇宙飛行士が帰国して以来、継続的に分析されています。

そして、彼らはまだ発見をしています。

科学者たちは、太陽の太陽風、彗星の尾からの粒子、小惑星からの数グラムのサンプルを持っています。

しかし、サンプルが返されたことのない科学研究の焦点である火星という1つの世界があります。

NASAと欧州宇宙機関は数十年にわたって火星からサンプルの家を持ち帰る計画を立てており、ミッションは今後数年で飛ぶことができ、最終的に赤い惑星の一部を地球に持ち帰って直接研究することができます。

サンプル返品ミッションの履歴

宇宙探査は段階的に行われます。最初に、探査フライバイから始めます。宇宙船は、世界を過ぎて素早い軌道を進み、画像とデータの初期セットを提供します。太陽系を通るボイジャーのグランドツアー、または冥王星を訪れるニューホライズンを思い浮かべてください。

次に、何年もその場所に留まることができる宇宙船であるオービターを使い、世界の表面を非常に詳細に研究します。土星を294回周回し、450,000枚以上の写真を撮り、環状惑星に関する私たちの理解を永久に変えたカッシーニ宇宙船を考えてみましょう。

その後、着陸船とローバーが来ます。もちろん、これの最良の例は、火星であり、スピリットとオポチュニティ、および好奇心と同様に、数十万の画像をキャプチャし、岩を掘削し、火星の過去の水の証拠を発見しました。

次に、サンプルのリターンミッションが始まります。これは、宇宙機関が数回しか試みていない段階です。

アポロ計画とは別に、宇宙から地球にサンプルを持ち帰った最初の宇宙船はソビエトのルナ計画でした。 1970年、ルナ16は101レグラムの月のレゴリスを持ち帰り、続いてルナ20、ルナ24を持ち帰りました。それらはアポロミッションによって返された材料の一部をもたらしましたが、月のさまざまな場所からのものでした。

サンプルの家に戻る次の宇宙船は、NASAのジェネシスミッションでした。太陽の太陽風のサンプルを収集し、地球に戻すために2001年に開始されました。

2004年4月1日にサンプルコレクターを開放し、同年9月に地球に戻りました。残念ながら、そのパラシュートは適切に開くことができず、宇宙船はユタ州の砂漠に激突しました。

着陸は困難でしたが、科学者は使用可能なサンプルを取得することができました。これは、地球が太陽とは異なる太陽系星雲物質から形成された可能性があることを発見するのに役立ちました。

その後、2004年1月にワイルド2彗星の尾を飛行したNASAのスターダストミッションが来て、2年後にコレクターカプセルを地球に戻しました。これらの粒子の分析により、彗星には太陽の歴史の早い段階で放出された粒子が含まれており、天文学者が予測したものとは異なる形成方法があった可能性があることが科学者に示されました。

最後のサンプルリターンミッションはJAXAの「はやぶさ」ミッションで、太陽フレアに直接当たったり、リアクションホイールがなくなったり、ホッピングランダーを配備できなかったりするなど、あらゆる困難を克服しました。しかし、信じられないことに、ミッションコントローラは、いくつかの貴重なマイクログラムの小惑星物質を搭載して、宇宙船を家に持ち帰ることができました。

現在、「はやぶさ2」と「OSIRIS-REx」というミッションがあり、さらに多くの小惑星サンプルが研究に持ち帰られます。 JAXAは、火星の衛星からサンプルを返すミッションまで計画しています。

では、火星自体へのサンプルリターンミッションについてはどうでしょうか。

火星のサンプルリターンミッションから何を学ぶことができますか？

火星の地質と大気について実際にかなり学びました。なぜなら、地球上に赤い惑星の塊が見つかっているからです。彼らは数百万年前の巨大な小惑星の衝突によって火星から破壊され、宇宙を浮遊し、最終的に地球を襲い、大気中の旅行を信じられないほど存続させました。

科学者はランダムな火星の断片を持っていますが、今は彼らが選んだサンプルを求めています。そして、それはサンプルの帰還任務を直接送ることを意味します。

NASAは、バイキング宇宙船の打ち上げ前であっても、1970年代初頭から火星のサンプル帰還ミッションを実際に計画しています。

帰還任務の目標には、今日の人生だけでなく、過去の人生、そして人生の化学的前駆物質さえも、人生を探すことが含まれます。

火星の元のサンプルを家に戻すことにより、科学者は火星のレゴリスに対してあらゆる種類の実験を行い、それを水、より厚い大気、および栄養素に曝して、アクティブなバクテリアがあるかどうかを確認することができました。この実験はバイキングで試みられましたが、結果は決定的ではなく、惑星生物学者はまだそれらについて議論しています。

彼らは強力な顕微鏡下でサンプルを分析し、顕微鏡の化石や、そこに生命が存在する他の兆候を探します。

さらに、科学者は火星の表面の歴史と、それが何百万年にもわたって水によってどのように影響を受けたかを理解することができました。

湖の堆積物、熱水噴出孔の周りの堆積物、古代の河川の三角州など、最も興味深い場所のいくつかからサンプルを返すことができます。

彼らは、最近および古代の隕石ストライキ、火山噴火、および長時間風にさらされた地域からのサンプルを持ち帰ることができました。

何十億年にもわたる火星の長期的な歴史を研究して、惑星が非常に冷たく乾燥した状態になるために惑星の大きな変化がいつ起こったかを理解することもできます。小惑星爆撃はいつ落ち着いたのですか？

彼らは、火星の表面を散らかす隕石の破片をサンプリングし、同時に他の世界をサンプリングすることさえできました。

これらのサンプルは、理想的には、最初の人間が火星の表面に足を踏み入れる前に家に送られます。火星のレゴリスには有毒な化学物質が含まれていることはすでにわかっていますが、大気から沈殿する塵についてはどうですか？宇宙飛行士が吸い込んだ場合、リスクはありますか？水面下のより深い材料についてはどうですか？

この材料を研究することにより、科学者は宇宙飛行士が陸上でどれほどうまく生きることができるかを理解することもできるでしょう。レゴリスを建材に使用し、植物を育てる。化学的に分解するだけでなく、さまざまな原料に使用できます。

火星のさまざまな部分が他の部分よりも有用ですか？

火星のサンプルミッション計画

火星へのサンプル帰還ミッションの初期の計画の1つは、火星調査（またはSCIM）のサンプルコレクションと呼ばれていました。これは、比較的安価な偵察クラスの任務であり、火星の大気を高度40 kmまで飛行し、ダストと大気ガスを収集します。

これは十分に高いので、宇宙船は火星に捕獲されません。その後、サンプルを地球に戻します。これらのサンプルを研究することにより、科学者は、火星の岩石に含まれるガスと大気のサンプルを一致させて、それらが赤い惑星からのものであることを確認できます。彼らは火星の塵を間近で研究することができます。ごみは、ローバーミッションを終了させることができる惑星全体にわたる嵐を形成する可能性があり、将来の宇宙飛行士のリスクになる可能性があります。

この提案は、2007年に飛行し、2010年までにサンプルを返すというミッションのために2001年に作成されましたが、それが地面に落ちることはありませんでした。

しかし、2009年に、NASAと欧州宇宙機関は火星の一部を家に持ち帰るという真剣な計画を立て始め、正式に彼らのミッションへの協力を発表しました。

NASAとESAは、将来のサンプル返却ミッションを見越して、次のローバーを構築して、資料を家に送り返す最初の段階にした。

NASAの火星2020ローバーは、赤い惑星の表面を這うように移動して興味深いサンプルを収集し、それを表面に落とします。 ESAのロザリンドフランクリンローバーは、同じく2020年の打ち上げ予定であり、火星の表面からサンプルを収集してペンサイズのキャニスターに保管し、ピックアップの準備が整います。

サンプルのリターンミッションには3つの部分があります。

最初に、研究用のサンプルを収集するために欧州宇宙機関によって建設された動きの速いフェッチローバーがあります。次に、サンプルを火星軌道に転送するNASAの上昇機。そして最後に、サンプルを取得して地球に戻すESAの軌道ミッション。

ESAのサンプルフェッチローバーは、約120キログラム以下の比較的軽量の車両です。 1日200メートルで20〜30 km走行し、ハザードを自律的に迂回する必要があります。この期間の間に、火星2020またはロザリンドフランクリンによって地表に残された数十のサンプルをピックアップし、科学的に興味深い30個ほどを自宅に送ります。

サンプル収集の数か月後、フェッチローバーは火星サンプル回収着陸船に到着しました。これは、NASAの好奇心と火星2020探査機に多くの類似点がある宇宙船です。

それは火星の大気に入るときにヒートシェルを使用し、その後パラシュートを使用して、最終的に上昇ロケットを火星の表面に下げます。火星に最大150日間滞留し、フェッチローバーからのサンプルを待ちます。

サンプルが搭載されると、アセントビークルはハイブリッドまたは固体ロケットモーターを発射し、サンプルを高度350 kmの軌道に運びます。

その後、それはESAのEarth Return Orbiterによって妨害され、地球から数百万キロ離れた完全に自律的なランデブーを行います。その後、太陽電気イオンエンジンを使用して、地球に戻るまでの長い旅を行います。

そして、2030年代のある時点で、科学者は火星の表面から約500グラムの物質を手に入れます。

2019年の初めに、ホワイトハウスは火星サンプルリターンミッションの予算に予算を組み入れました。理想的には2026年に打ち上げることができます。このようなミッションはこれまで何度も提案されてきましたが、実際の資金調達は初めてです取り置きます。 NASAは2020年に本質的にサンプルの帰還ミッションである「未来の火星活動」に取り組むために1億900万ドルを与えました。

したがって、現在、ほぼ50年の計画の後で、火星への真剣なサンプルの帰還任務が進行中である。