火星から何かを持ち帰りたい。これが、非常に野心的なプログラムの背後にある考え方であり、それを実現するには 2 つの宇宙機関といくつかのミッションが必要です。何が危険にさらされているのか、また火星からサンプルを入手する方法を見つけるために、ESA のアルバート ハルデマン博士に話を聞きました。
彼は ESA の ExoMars ペイロードおよびアセンブリ、統合および検証チームのリーダーであり、NASA と調整して 2 つの機関が円滑に連携できるようにしています。
サンプル リターン ミッションについて教えてください。
火星サンプルリターンミッションは、別の惑星からサンプルを返すための最初のミッションです。アポロ計画、ロシアのローバー、そして最近では中国の探査機によって月からサンプルが返されました。また、米国と日本が [ミッションを実行して] 小惑星からサンプルを回収しました。
しかし、火星からのサンプルはまだ返されていません。それが目的です。最初のステップは、NASA が今年 2 月に火星への着陸に成功した後、サンプルの収集を開始している Perseverance ローバーです。
火星サンプル リターン プログラムは、NASA と欧州宇宙機関 (ESA) の共同の取り組みですが、NASA が主導しています。 NASA は、火星の表面から打ち上げられ、サンプルを火星の軌道に乗せるロケットを担当します。しかし ESA は、基本的に最初の惑星間探査機となるアース リターン オービターを担当しています。
地球から火星へ行き、火星周回軌道に入り、火星軌道上でサンプル船とランデブーし、サンプルを捕獲して地球に戻ってきます。地球軌道には入りませんが、十分に近づいたら、サンプルを含む NASA 製のエントリー カプセルを放出します。アース リターン オービターではなく、エントリー カプセルのみが地球に戻ってきます。
計画は基本的に、カプセルに制御された衝突を実行させることです。墜落現場を狙って、地球帰還オービターにサンプルを放出させて飛ばします。地球を通り過ぎて、太陽の周りの墓地軌道に入るように逸脱します。
しかし、これに先立って、Perseverance は火星でサンプルを収集します。これらのサンプルは地表のキャッシュに入れられます。 2026 年に、NASA は火星への別のロケットを打ち上げます。このロケットには、マーズ アセント ビークルとサンプル フェッチ ローバーが搭載されています。
ランダーは火星に着陸し、フェッチ ローバーを解放します。フェッチ ローバーは、パーセビアランスによって収集された岩石サンプルのキャッシュを拾います。その後、フェッチ ローバーがそれらを着陸船に戻し、そこで火星上昇機に乗せて火星軌道に打ち上げます。
火星探査の詳細:
- Mars Ingenuity Helicopter:ドローンが宇宙探査の未来である理由
- 火星探査機の歴史を作った 11 の瞬間をカメラで撮影
地球からロケットを発射するのはかなり難しい。火星からの打ち上げは信じられないほど難しいように思えます。
はい、特に打ち上げは自動的に行わなければならないため、多くの課題があります。
ロケットは 2 段式の固体燃料ロケットで、軌道サンプル コンテナ (OS) を搭載します。これは基本的にフットボール サイズの球体です。ロケットが軌道に乗ると、OS を排出し、火星を周回します。
確実に見つけられるよう最善の方法を模索中です。私たちのベースラインは、それをピカピカにし、カメラを使って数千キロメートルの距離からそれを発見することです。これは、アース リターン オービターが接近するときの位置です。
それは実行可能に思えますが、誰もがまだ少し心配しています.そのため、無線ビーコン、レーザー距離計などについて検討しています。しかし、やりがいのあるステップがたくさんあります。それが、これらすべてのものを構築して機能させる必要があるエンジニアにとって、これが楽しい理由です。
火星のサンプルを地球に持ち帰ることは、天文学界にとって何を意味しますか?
私たちはロボット、ローバー、着陸船を使って火星を遠くから見てきました。また、火星から吹き飛ばされて地球に着陸した隕石のサンプルもあります。岩石の同位体分析のおかげで、それがどこから来たのかがわかります。それらのいくつかには、1976 年と 1977 年にバイキング 1 号と 2 号で測定した、火星の大気の死んだリンガーである気泡が含まれています。
では、火星からのサンプルがすでにあるのに、なぜもっと持ち帰る必要があるのでしょうか?まず第一に、これらの火星隕石が火星のどこから来たのかを正確に知ることはできません。いくつかの仮説がありますが、わかりません。第二に、Perseverance や他の火星探査機には高性能の機器と分光計がありますが、これらの機器は小型化されているため、旅行を行うことができます。地球上の研究室にある機器ほど高性能ではありません。
また、Jezero Crater で Perseverance によって得られる岩石の一部は、隕石サンプルには含まれていません。この種の岩石は、惑星から吹き飛ばされて生き残ることはできないと私たちは考えています。それでも、それらは火星の地質史の鍵です。 Jezero Crater の三角州のために、そこからの岩石は液体の水と関連していた可能性があり、過去の生命の証拠や火星の過去の環境の有機物を含んでいる可能性が最も高い.
それが火星にかつて生命があったことを意味するのか、それとも生命がなかったことを意味するのかは、まだわかりません。証拠を待ちましょう。
サンプルでどのようなものを探しますか?
それは道のりです。しかし、それらを分析するために、特別な予防措置を講じます。火星は居住可能である可能性があると考えられているため (液体の水を含む可能性のある地下環境があることがわかっています)、これらの最初のサンプルでは、最も厳格な惑星保護対策を使用します。
サンプルは、内容物を汚染しないように、可能な限り不活性な頑丈な金属製の試験管に入れられます。これらは、複数のシェルを持つ OS 内にパッケージ化されます。その後、OS がアース リターン オービターに到達すると、複数のシェルを持つエントリー カプセル内にパッケージ化されます。カプセルが地球に戻ると、特別な施設に運ばれて開梱される前に、回収されて袋に入れられます。
試験管を開封する前に、内容物の鉱物を確認するために試験管を X 線で撮影します。一部のサンプルは、組成を調べるために非常に高エネルギーのシンクロトロン検査を受けることもあります。
安全であると確信した場合にのみ、カプセルを開けますが、それも制御された方法で行います.次に、他のより高度な地球化学的手順がサンプルに適用され、詳細が調べられ、鉱物とともに有機物が存在するかどうかが確認されます。
Sample Fetch Rover は、車輪に膨張式タイヤが装着されるようです。なぜですか?
ええ、彼らは空気を入れたタイヤのように見えます。しかし、そうではありません。実際には形状記憶金属で作られた金網であり、発射のために小さなパッケージに圧縮できる大きなホイールを作ることができます.タイヤは膨張しますが、空気で膨張しません。火星に到達すると、それらは解放され、フル サイズに拡大することができます。その理由は、Sample Fetch Rover が多くの地面をすばやくカバーする必要があり、より大きな車輪がそれを助けるからです.
また、以前の設計で使用していた 6 つの車輪の代わりに、4 つの車輪のみを使用する予定です。起伏の多い地形では、6 輪が非常に効率的です。砂丘バギーで見られるような大きなタイヤを備えた 4 輪は、起伏の多い地形でも問題ありません。特に、地形がどのようなものであるかを知っている場合は、ある程度はそうするでしょう。なぜなら、地上ですでに実質的に偵察を行っている Perseverance があるからです。
火星のサンプルによる汚染が心配ですか?
個人的には、火星汚染は心配していません。地球と火星は何十億年もの間「唾液を共有」してきたと思います。しかし、私の意見は、このリスクに対する一般大衆や政治家の認識と比較すると無関係です。そのため、それに対処する必要があります。特に科学的権威に対する一般大衆の信頼に関する限り、COVIDで私たちが見たことを考えると、それは非常に難しい課題になると思います.私たちはすでにそこから教訓を得ています.
そして、宇宙飛行士を火星に行き、戻ってきてもらいたい場合は、火星からのサンプルが何を意味するのかを理解する必要があるため、この挑戦を歓迎します.多くの人がそうであるように、宇宙飛行士 (人間) が太陽系のさらに奥深くまで行き、地球に戻ってくることができるようにするという野心を持っている場合、惑星保護が何を意味するのかを詳細に理解する必要があります.
マーズ サンプル リレー
1.着陸、探索、掘削
2020 年 7 月に打ち上げられた NASA の Perseverance ローバーは、2021 年 2 月に火星のジェゼロ クレーターに着陸することに成功しました。ほぼハッチバック サイズのローバーは、別の惑星への人類の最初の往復旅行の最初の行程を表しています。
ローバーはドリルを使用して岩石と土壌のサンプルを収集し、惑星の表面に保存します。
2.印鑑とデポジット
Perseverance が収集するすべてのサンプルは、ローバーが火星の表面を探索する際に本質的にパンくずの跡を残して惑星の表面に堆積する密閉されたチューブに入れられます。
火星への今後のミッション (NASA と ESA による共同作業) は、Perseverance が残した道をたどり、サンプルを回収して地球に戻す予定です。
3.第二の波を起こす
次の段階は 2026 年に開始され、NASA は火星への別のミッションを開始します。このミッションでは、Perseverance によって収集されたサンプルを収集し、地球に戻る旅に打ち上げるのに必要なローバー、ロケット、カプセルを含む着陸船を運びます。
着陸船は、パーセヴェランスが旅を始めたジェゼロ クレーターに着陸することを目指します。
4.展開して荷を下す
着陸船が火星への着陸に成功すると、太陽電池パネルを展開して、ESA が設計した Fetch Rover に電力を供給します。
ローバー (4 輪の乗り物で、パーセビアンスよりわずかに小さい) は展開し、ランダーから展開してから、パーセビアランスが残したサンプルの跡をたどり始めます。
5.つかんで行く
フェッチ ローバーはパーセビアランスの軌跡をたどり、地表に付着したサンプルを収集します。サンプルが見つかると、ロボット アームが展開してサンプルを収集し、ローバー内に保管してから、次のサンプルを見つけます。
十分なサンプルが収集されると、フェッチ ローバーは着陸船に戻ります。
6.サンプルを渡す
フェッチ ローバーが着陸船に戻ると、密封されたサンプルを収集するのに使用されたのと同じアームが、着陸船内に収納された火星上昇ロケットのノーズ コーンにそれらを転送します。
Fetch Rover が収集できなかった追加のサンプルがある場合は、それらを Perseverance によって直接着陸船に持ち込むことができます。
7.家に向けて発進
サンプルがマーズ アセント ビークルに搭載されると、小型ロケットが着陸船から火星軌道に打ち上げられます。
火星の重力は地球の約 3 分の 1 であるため、物体が脱出速度に達しやすく、ロケットをはるかに小さくすることができます。高さは最大で 3 メートル、直径は約 50 センチになると予想されます。
8.送迎
Mars Ascent Vehicle は、サンプルのコンテナを火星周回軌道に運び、放出します。別の宇宙船であるアース リターン オービターは、地球に戻る前にサンプル コンテナーを検出して収集します。
そこに着いたら、アース リターン オービターはサンプル コンテナを地球の大気圏に投下します...すべてが計画どおりに進めば。
- この記事は、BBC Science Focus Magazine の第 367 号に最初に掲載されました – 購読方法はこちら
火星の未来についてもっと読む:
- 実際に 3 億 km も移動して住みたい火星の巨大都市を建設する計画
- 火星を緑に変える:火星で作物を育てる方法
