NASAが火星探査車「パーサヴィアランス」を打ち上げた

木曜日の朝、 NASAは新たな火星探査車「パーセベランス」を打ち上げ、赤い惑星への6ヶ月間の旅へと出発させた。車ほどの大きさのこの探査車は、フロリダ州ケネディ宇宙センターから打ち上げられたユナイテッド・ローンチ・アライアンス社のアトラスVロケットに搭載され、宇宙へと打ち上げられた。これは今夏、地球を出発する3機目にして最後の火星探査ミッションとなる。7月初旬には、中国とアラブ首長国連邦も初の火星探査機を打ち上げている。

パーセベランスは、本質的には宇宙人を探査する自動運転車です。その主な任務は、火星の土壌に隠された古代生命の痕跡を発見し、それを瓶詰めして、10年後に予定されている別の無人探査ミッションで地球に持ち帰ることです。NASAにとって5機目の火星探査車ですが、NASAにとって数々の「初」となる技術も搭載されます。パーセベランスは、火星表面への降下時に音を捉えるための火星初のマイクを搭載します。ズーム可能なカメラで写真を撮る初の探査車となり、初の地球外航空機となる超軽量ヘリコプターを搭載します。アメリカ製のプルトニウムを燃料とする初の探査車であり、他の惑星での試験用に初の宇宙服サンプルを運び、火星の土壌サンプルを採取する初の探査車となります。

しかし、その前に、パーセヴェランスはそこに到達しなければなりません。宇宙空間に無事に到達した今、パーセヴェランスはUFOのような白いエアロシェルに包まれ、宇宙空間を6ヶ月間猛スピードで飛行します。（実際にはかなり短い旅です。火星と地球がここまで接近するのは26ヶ月に一度だけです。）このエアロシェルはロッキード・マーティン社によって製造されました。同社は、NASAのすべてのロボットを火星の表面に安全に運んだカプセルも製造しています。「私たちは1970年代からエアロシェルの製造に取り組んでおり、かなり技術が向上しています」と、ロッキード・マーティン社のマーズ2020プログラムマネージャー、ニール・タイス氏は言います。

その経験は、来年2月にパーセベランスが火星に到着した際に活かされるだろう。そこでは、これまでで最大の難題、精密着陸の実現に直面することになる。探査機の降下シーケンスは、NASAのエンジニアの間で「恐怖の7分間」と呼ばれている。これは、探査機が大気圏を降下するのにかかる時間の長さに由来する。その過程では、27億ドルのミッションが失敗に終わらないよう、数々の複雑な操作を正確に実行する必要がある。

パーセベランスは時速1万マイル（約1万キロメートル）以上の速度で火星の希薄な大気圏に突入します。つまり、大気を切り裂く際に華氏4,000度（摂氏約2,200度）近くの高温に遭遇することになります。「大気圏への衝撃を最も強く受けるのは耐熱シールドです」とタイス氏は着陸機の保護構造について述べています。しかし、この構造が想定通りに機能すれば、保護ケース内の探査機とその精密機器は、夏の暑い砂漠の日よりも高温になることはありません。これは、アブレーティブ耐熱シールドが層状に燃え尽きるにつれて熱を放散するためです。

大気圏突入は耐熱シールドに多大な負担をかけます。ジャンボジェット機に搭乗しているのと同等の圧力がかかります。ひび割れを防ぐため、ロッキード・マーティンのエンジニアたちは、応力に耐えられるよう、厚さ2.5インチ（約6.3cm）のハニカム構造のアルミニウムで耐熱シールドを強化しました。シールドによって生じる大気抵抗はブレーキとして機能し、パーセベランスの速度を時速数百マイル（約11km）まで減速させます。探査機が地表から約7マイル（地球上の旅客機の巡航高度）に達すると、小型爆薬を使ってパラシュートを展開します。その後まもなく、探査機は耐熱シールドを投棄します。ここからが、いよいよ過酷な探査が始まります。

耐熱シールドが宇宙船を通過すると、ローバーはパラシュートから分離し、地表から約1マイル（約1.6キロメートル）上空で数秒間の自由落下を経験します。ローバーは、いわゆるスカイクレーンと呼ばれるロケット推進ホバークラフトに搭載されており、ローバーを軟着陸へと導きます。スカイクレーンには8基の小型エンジンが搭載されており、ローバーが高度約800メートルに達するとエンジンが始動し、時速数マイル（約1.6キロメートル）まで急速に減速します。

「これらのエンジンは、実際には1970年代初頭にバイキング着陸船用に開発されたオリジナルのエンジンの派生型ですが、大幅な改良を加えました」と、パーセベランス着陸システムの推進システムを開発したエアロジェット・ロケットダインの推進専門家、フレッド・ウィルソン氏は語る。例えば、新型ロケットエンジンは推力を非常に広い範囲で調整することが可能で、スカイクレーンを空中に浮かせるために8ポンドから800ポンドまでの推力を生み出すことができる。「私の知る限り、これはこれまで開発され、実際に飛行したどのエンジンよりも大きな調整範囲です」とウィルソン氏は言う。

降下中、探査機は一連のカメラから取得した画像を専用コンピューター上で動作する機械視覚アルゴリズムに送り込む。これらのアルゴリズムは探査機に火星上空の現在位置を知らせ、コースから外れた場合は別の着陸地点へ誘導する。パラシュートに向けられたカメラと音声を捉えるマイクは、火星表面までの7分間の移動も記録する。つまり、地球人は初めて、探査機の視点から火星着陸の様子を目にすることができるのだ。（もちろん、リアルタイムではない。火星から地球に信号が届くまでには20分かかり、パーセヴェランスのコンピューターは、破壊されないよう監視するなど、より重要な作業に集中する。）

スカイクレーンが地面から約25フィート（約7.6メートル）の高さまで上昇すると、逆噴射ロケットがスカイクレーンと探査機を一点にホバリングさせます。その後、スカイクレーンはパーセベランスに繋がるロープを巻き戻し、2,000ポンド（約900キログラム）の探査機を徐々に地表へと降ろします。探査機の車輪が地面に着くと、爆薬がロープを切断し、スカイクレーンは探査機から数百フィート（約100メートル）離れた地点まで飛行し、不時着します。

パーセベランスはジェゼロ・クレーターに着陸します。惑星科学者たちは、このクレーターはかつて古代の火星の河川デルタであった可能性があると考えています。もし火星に生命が存在したとしたら、このクレーターこそその証拠が見つかる場所だと期待されています。探査車は火星での最初の数ヶ月間、NASAジェット推進研究所のミッションコントロールと通信を行い、すべてのシステムが正常に動作していることを確認します。3月か4月には主要ミッションを開始する準備が整う予定です。

しかし、火星に微生物が存在する兆候を探しに行く前に、パーセベランスは自らの乗員を降ろさなければならない。それは「インジェニュイティ」と呼ばれる自律型ヘリコプターだ。これは商用ドローンほどの大きさの小型回転翼機で、探査機の腹部に取り付けられており、惑星外を飛行する最初の航空機となることが期待されている。このヘリコプターは1ヶ月かけて最大5回の短い試験飛行を行うだけだが、NASAのエンジニアたちに、将来の火星ミッションに向けた大型航空機の設計に役立つ貴重なデータを提供するだろう。

インジェニュイティを離脱した後、パーセベランスは翌年1年間、火星の地表を巡回し、古代生命の存在を示唆する生物学的特徴を含む可能性のあるサンプルを収集します。しかし、パーセベランスが火星の化石を発見することは期待できません。探査機は、岩石の形や赤土に混じる微かな分子の痕跡といった、目に見えない生物学的特徴を探っているのです。2012年に着陸した探査車キュリオシティと同様に、パーセベランスはカメラマストと、様々な機器を搭載した長いロボットアームを備え、これらの捉えどころのない生命の兆候を追跡します。

「パーサヴィアランス探査車は、キュリオシティ探査車のクローンと言えるでしょう」と、パーサヴィアランスのロボットアームを開発したMotiv社の社長兼CEO、クリス・セイヤー氏は語る。両探査車は多くのシステムを共有しているものの、パーサヴィアランスのロボット工学と機器はすべてはるかに先進的だ。「私たちのアームでは、アームのサイズや重量を変えることなく、積載量を50%、位置精度を1桁向上させました」とセイヤー氏は語る。

パーセベランスは数種類のレーザーを用いて火星の岩石を爆破し、その化学組成を調査する。生物学的プロセスに関連する分子など、有望な物質を発見した場合、コアリングドリルでサンプルを採取し、探査機内に一時的に保管する。パーセベランスは約30個のサンプルを採取し、火星表面の複数の場所に分割して長期保管する。（こうすることで、ミッション中に何か問題が発生した場合でも、別の機会にサンプルを回収できる可能性がある。）2020年代後半（NASAはまだ時期を発表していない）に、別の無人探査機が火星に着陸し、サンプルを回収して地球に持ち帰る予定だ。

もし火星に生命が存在したとしたら、これらのサンプルはそれを証明するものとなるでしょう。それは、私たちが知る生命に対する理解を根本的に変える、記念碑的な発見となるでしょう。そして、そのすべては今日から始まります。

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