惑星境界層 (PBL) は、地表と接触しているため、火星や地球を含む他の惑星の重要な領域です。したがって、物質、水、ほこり、汚染物質、またはその他の表面物質の高層大気風への移動を制御する層であり、そこでそれらは惑星の周りに移動します.
火星では、水などの揮発性物質や塵などの堆積物質の輸送に関する理解を深めるために、この領域を研究しています。地球上では、この地域の風を研究するための機器が利用可能です。ただし、火星では、これらの機器はまだ配備されていません。私たちの論文では、火星のさまざまな着陸地点で観測された宇宙船ハードウェアの変位を分析し、PBL で直接現場での風の測定値のユニークなセットを提供します。
火星の大気圏を降下するために、着陸船は熱シールドを備えたエアロシェル (図 1) の中に収容されます。エアロシェルは大気を利用して極超音速から超音速まで減速し、その熱シールドでエネルギーを吸収および分散します。宇宙船が超音速で移動すると、通常は地上 5 ～ 12 km でパラシュートが展開されます。偶然にも、パラシュート展開高度は PBL のほぼ最上部で発生します。パラシュートはその後、宇宙船を亜音速まで減速させます。パラシュート展開直後、遮熱板が投棄される。これにより、着陸システムの最後の部分、つまり高度を測定するレーダーと着陸脚またはエアバッグの展開が動作できるようになります。
この時点以降、着陸システムの操作は異なる場合があります。大まかに言えば、ターミナル着陸システムは2つのタイプに分けることができます。バイキング、フェニックス、キュリオシティ、スキャパレリが使用する降下システムは、パラシュートが約 1 km の高度で投棄され、その後すぐに制御されたタッチダウンを実行できる液体動力のレトロロケットが点火されるという点で似ています。
スピリット ローバーとオポチュニティ ローバーでは、バックシェルに取り付けられた強力な固体ロケット ブースターが宇宙船を急速に減速させ、地表から数十メートル上空で停止させ、エアバッグに包まれた着陸船を解放し、レトロロケットを空に向けて発射しました。パラシュートを運び去る。逆ロケットとランディング バッグは、1970 年代のソ連の着陸船でも使用されました。ビーグル 2 では、わずかに異なるアプローチが使用されました。質量が小さいため、大型の亜音速パラシュートはレトロ ロケットを使用せずに十分に速度を落とすことができたため、エアバッグを使用して着陸することができました。
バイキング着陸船、パスファインダー、スピリット、オポチュニティ、フェニックス、キュリオシティを含む成功した着陸船はすべて、着陸船の数百メートル以内に着陸したパラシュートと熱シールドを使用して軌道から画像化されています。部分的に成功した 2 つの着陸システムも画像化されています。そのうちの 1 つはビーグル 2 号で、無傷で地表に着陸しましたが、アンテナの展開と地球との通信に失敗しました。部分的に成功した別のシステムは、スキャパレリによって使用されました。着陸船は、降下中に行われた測定値を正常に送信しました。しかし、パラシュートを展開して熱シールドを解放した後、搭載ソフトウェアがモーション センサーを誤って解釈し、パラシュートを投棄するコマンドを出すのが早すぎたため、最終的に不時着に至りました。
画像から風速と風向を抽出するために、2 段階のアプローチを使用しました。最初の段階では、表面に投棄されたさまざまなコンポーネント間の距離と方向を測定しました。画像の距離を表示して測定するためのアプリケーションが利用可能だったので、これは簡単でした。その後、自社開発の数値軌道モデルを用いて着陸する宇宙船をシミュレートします。軌道モデルは運動方程式を利用し、フライト シミュレータや宇宙飛行シミュレータで一般的に使用される物理モデリング アプローチに基づいています。モンテカルロ法を使用して、風速と風向を自動的に検出しました。ヒル クライミング アルゴリズムは、モデルの衝突点が画像で観察された衝突点と一致するまで、風速と風向の値をランダムに変化させました。
私たちの風の測定値のほとんどは、火星の気候モデルからの測定値とほぼ一致していることがわかりました。これは、測定された風が周囲の風場を表しており、これらの宇宙船の着陸中の大気が比較的穏やかであったことを示唆しています。彼らの降下。火星の北極に近い高緯度に着陸したフェニックス着陸機について、異常な測定値が 1 つ得られました。ここでは、パラシュートでの着陸船の降下中、風速が比較的高かった。着陸機がパラシュートから解放される直前に減少したようです。地表に近づくと、風が急速に強まり、方向が変わることがわかりました。これは、突風が吹いていた可能性を示唆しています。火星は北緯でより不安定な天候を経験する傾向があるため、これは驚くべきことではないかもしれません.
地球上の風に関して言えば、探査機降下中の火星の風条件は、ほとんどの風速が 8 m/s 未満で、概して微風でした。薄い火星の大気を考慮すると、これらの風速はビューフォート スケールで 0 から 1 の強さに対応します。この強さでは、風は地球上で大きな凧を飛ばすのにちょうど十分なエネルギーを提供するかもしれません.パラシュートで降下するフェニックスが経験した可能性のある 20 m/s の強風は、ビューフォート スケールの 2 またはそよ風に相当するだけです。
火星の PBL で、その場で直接風を測定する独自のセットを提供します。この情報は、火星大気のこの重要な領域の状態をモデラーや研究者に知らせるのに役立つことを意図しています.
風の測定値は私たちの論文で見つけることができます.
これらの調査結果は、ジャーナル Icarus に最近掲載された、投棄された着陸機ハードウェアの変位による火星の境界層風の測定というタイトルの記事で説明されています。 この作業は、M.D.Paton と A.-M.フィンランド気象研究所のHarri、ヘルシンキ大学のH. Savijärvi。
