NASAはつい先日、これまでで最大かつ最重量の探査車「パーセベランス」を火星のジェゼロ・クレーターに着陸させることに成功しました。この探査車は、惑星間を移動する古代の微生物生命体を発見するという野心的なミッションを遂行します。
「着陸を確認しました。パーセベランスは火星に着陸しました」と、火星2020ミッションの航法・管制運用責任者であるスワティ・モハン氏は、NASAの着陸のライブストリーミング中継で、ミッションコントロールから拍手が沸き起こる直前に語った。
パーセベランスが火星着陸時に送信した最初の画像と、挿入図：火星表面にパラシュートで降下する様子。クリックすると最初の写真の拡大版が表示されます。クレジット：NASA/The Register
パーサヴィアランスは、7か月余り宇宙を巡航した後、突入、降下、着陸段階に入りました。これはNASAでは「恐怖の7分間」としても知られています。
「これは、探査機が火星の大気圏上層から地表まで到達するのにかかる時間です」と、NASAの突入・降下・着陸システム能力責任者であるミシェル・ムンク氏はThe Register紙に語った。「基本的に、時速約1万2000マイル（秒速約5364メートル）からゼロまで、短時間で減速しなければなりません。この過程では、様々な問題が発生する可能性があります。」
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探査機のエアロシェル（機体を保護するカバー）は、異星の塵の惑星である火星の地表から120キロメートルの地点で、秒速約5,300メートルの速度で大気圏を突き抜けた。やがて大気の摩擦によって減速し、秒速約550メートルの安定速度に達すると、巨大な超音速パラシュートを展開して機体をさらに減速させ、火星上空15キロメートルまで降下を続けた。
次に、耐熱シールドが排出され、パーセベランスに搭載されたカメラとレーダーの一部が、火星の地表が徐々に近づいていく様子を鮮明に捉えることができました。地形相対航法（Terrain Relative Navigation）と呼ばれる新しい着陸技術を搭載した探査車は、地表に対する自身の位置を推定し、危険地帯から自動的に回避することができました。
具体的には、パーセベランスはレーダーを使って地表までの距離を測定し、降下しながら眼下の地形を撮影しました。マーズ・リコネッサンス・オービターのおかげで、探査車の着陸地点であるジェゼロ・クレーターは既に地図上に記録されており、パーセベランスはライブ映像とオービターが撮影しコンピューターに保存されているデータを比較することで、最適かつ最も安全な着陸地点を特定しました。「この地形への着陸は非常に困難です。100メートルの高さの崖のすぐそばに着陸するのです」とムンク氏は語りました。
理想的な平坦な着陸地点に近づくと、パラシュートを投棄し、アブレーションシェルを脱ぎ捨てた。この時点で、探査機にワイヤーで接続されたジェットパックのようなロボット機構を備えた降下段がロケットを点火し、パーセベランスを徐々に地表に近づけた。その後、探査機は地上20メートルの高さでスカイクレーンによる操縦によって安全に地上に降ろされた。ワイヤーが切断され、降下段は飛び去り、かなり離れた場所に墜落した。
下のビデオで7分間の恐怖のシミュレーションを見ることができます。また、NASAによる着陸のライブストリームをここで再生することもできます。
YouTubeビデオ
ロボット探査機や宇宙船の着陸は、宇宙探査において最も困難な任務の一つと言えるでしょう。NASA [PDF]によると、宇宙機関による着陸試みの約50%は失敗に終わっています。現在、地球と火星間のメッセージ送信には約11分22秒かかるため、NASAは着陸プロセスをリアルタイムで監視・制御することができません。スタッフがデータ受信を開始した頃には、パーセベランスは既に地上に着陸しており、すべてソフトウェア制御下で行われました。テレメトリデータは、マーズ・リコネッサンス・オービター（MRO）を介して送信されました。
ミッションコントロールのスタッフは、私たち全員と同じように、座席の端に座り、息を止めて指を交差させ、探査機が無事に着陸し、表面からの最初の画像を受信するという最終信号を待つことしかできませんでした。「これまでの成功実績のおかげで、時には簡単に思えることもありますが、決して簡単ではありません」とムンク氏は語りました。「決して当たり前のこととは思っていません。探査機からの連絡を待つ間、私たちにできることは、あらゆるシナリオを想定し、あらゆるリスクを軽減できたことを願うことだけです。」
着陸成功は、地形相対航法システムが試験に合格したことを意味します。「このシステムは、アルテミス計画における今後の月面着陸ミッションに使用されます」とムンク氏は述べています。「小型ロボットミッションから火星への有人ミッションまで、あらゆるミッションに活用されると確信しています。これは精密着陸技術の基盤となるものです。危険試験も実施できるため、有人ミッションのリスクを低減します。次のステップは、レーザーを用いて古い地図に頼ることなくリアルタイムの地図を作成できるかどうかを検証することです。そうすれば、将来、宇宙船が未発見の地域に着陸できるようになるでしょう。」
地球外生命体の探査に粘り強く取り組む
新型コロナウイルス感染症のパンデミックで世界が適応を迫られる中、NASAの科学者やエンジニアたちは平常通りの活動を続けようと全力を尽くした。火星2020ミッションは8年以上かけて準備されてきた。地球上で蔓延する感染力の高い人為的マルウェアでさえ、その邪魔になるはずはなかった。
NASAはジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の打ち上げを7ヶ月延期し、SLS月ロケットの試験を一時停止しましたが、2020年夏の打ち上げ期限に間に合わせるため、パーセベランスの打ち上げは継続しました。2度の延期を経て、7月末、地球と火星の距離が塵の世界への長旅において最短となる重要な時期に、フロリダ州ケープカナベラルからアトラスVロケットで宇宙へと打ち上げられました。
NASAの前回の火星探査車「キュリオシティ」が2012年12月に太陽系の隣人である火星に着陸してからわずか4ヶ月後、NASAは数十億ドルを投じて、より大きく、より高性能な新たな移動ロボットを開発すると発表した。そしてついに誕生したのが「パーセベランス」。重量1,025kgの原子力発電式SUVサイズの六輪ロボットで、腹部には小型の折りたたみ式ヘリコプターが取り付けられている。
キュリオシティ用に設計された部品を使用して構築された最新のローバーは、前任機とほぼ同様です。火星の地形を撮影するための多数のカメラ、化学物質を検出するための分光計、気象を監視するためのセンサー、そしてロボットアームも搭載されています。
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しかし、パーセベランスにはいくつかの新しい技術も搭載されています。岩石サンプルを照射するX線レーザー、火星の音を録音するマイク、二酸化炭素から酸素を生成する電気分解装置、そしてレゴリスの塊を切り出すドリルなどです。切り出したレゴリスはカプセルに詰められ、資金次第では将来のミッションで回収され、地球に帰還します。この探査機には、7つの主要機器と、耐放射線性に優れたRAD750コンピューター2台が搭載されています。
このロボットのキットは、車輪のついた地質学者のような存在です。パーセベランスは、約35億年前、現在のイェゼロ・クレーター（チェコ語で湖の意味）の浅瀬に、単純な微生物がかつて生息していた痕跡を探します。地球にはストロマトライトと呼ばれる岩石構造があり、シアノバクテリアが分泌する化合物が堆積物を多層に閉じ込めて形成されます。イェゼロの隅々にも、ストロマトライトに似た物質が隠されている可能性があります。
パーセベランスは様々なツールを用いてサンプルの化学組成と構造を分析し、水中で生成された有機化合物や鉱物を含む可能性のある物質を探します。最も有望なサンプルは掘削され、将来の宇宙船で回収できるようカプセルに保管されます。
しかし、科学者たちは、それらのサンプルを入手するまでは、火星にかつて地球外生命が存在したかどうかを確認できないだろう。「ジェゼロ・クレーターにかつて生命の材料が存在していたという強力な証拠があります」と、火星2020探査車「パーサヴィアランス」ミッションの副プロジェクト科学者であるケン・ウィリフォード氏は述べた。「持ち帰ったサンプルの分析結果から、この湖に人が住んでいなかったと結論づけたとしても、宇宙における生命の広がりについて重要なことを学ぶことになるでしょう。」
「火星がかつて生命の惑星であったかどうかはさておき、私たちの惑星のような岩石惑星がどのように形成され、進化してきたかを理解することは不可欠です。火星が荒廃した荒野となったにもかかわらず、私たちの惑星はなぜ住みやすい環境を保っていたのでしょうか？」
パーサヴィアランスは今何をしているのでしょうか?
ミッションコントロールは、探査車がジェゼロの探査を開始する前に、すべての機器が正常に動作していることを確認します。その後すぐに、探査車はLinux搭載のヘリコプター「インジェニュイティ」を発射します。
インジェニュイティは、他の惑星を飛行する初の航空機となる。約30火星ソル（太陽質量）の飛行を想定して設計され、重量約2kg、幅1.2メートル、2台のコンピューターを搭載している。この無人機は科学的発見のための装置というよりは実験的な側面が強く、エンジニアたちは自律飛行能力をテストしたいと考えている。高度約300メートルまで飛行でき、地上3～4.5メートルの地点で90秒間ホバリングすることができる。
パーセベランスは火星で無事に活動を開始し、火星にかつて生命が存在した痕跡を探すミッションを開始する。NASAジェット推進研究所惑星科学局の主任エンジニア、ジェントリー・リー氏は次のように述べた。「カール・セーガンの言葉を引用すると、『もしカメラを見つめるハリネズミを見たら、火星に現在、そして間違いなく古代の生命が存在すると分かるでしょう。しかし、過去の経験からすると、そのような出来事は極めて起こりにくいです。驚くべき主張には驚くべき証拠が必要であり、宇宙のどこかに生命が存在したという発見は、まさに驚くべきことでしょう。』」
「私たちはこのミッションを長い間待ち望んでいました」とムンク氏は語った。「私がNASAに着任して30年以上経ちますが、科学者たちは火星からサンプルを持ち帰りたいと願っていました。ついにこの非常に野心的なミッションに着手できることを大変嬉しく思っています。」®
