金星探査に役立つかもしれないスチームパンクな探査車コンセプト

金星での生活は容易ではありません。地球とほぼ同じ大きさにもかかわらず、私たちの姉妹惑星である金星は、窒息するような温室効果、常に硫酸の雲に覆われた地表、そして鉛を溶かすほどの平均気温といった問題を抱えています。このような環境では、ほとんどのデジタル機器はすぐに壊れてしまうため、長期間にわたって耐えられるロボット探査機の計画は困難を極めます。

そこで、カリフォルニアにある NASA ジェット推進研究所のメカトロニクスエンジニアであるジョナサンサウダーは、アナログに移行してみてはどうかと考えました。

最先端の部品だけに頼るのではなく、高温鋼とチタンで作られた機械仕掛けのオートマトンが、金星の灼熱の地形を移動し、ゼンマイ仕掛けのセンサーで障害物を回避しながら風力発電を行い、ゼンマイに蓄える。まるでビクトリア朝時代の人々が太陽系を探検するレトロフューチャーSF小説のベースのように聞こえるかもしれないが、サウダーの構想の原型は現代でも構築され、テストされている。

人類が地球に最も近い惑星に初めて着陸したのは50年前――ソ連のベネラ7号が1970年12月15日に着陸した時――だが、宇宙機関が金星の表面に接近したのは数十年前だ。しかし、金星の大気中にホスフィンガス（生物が生成することが多い分子）が検出され、物議を醸したことで、この奇妙な兄弟星に関するデータの不足がますます注目を集めている。他の恒星の惑星における居住可能性の限界を理解するために、研究者たちは金星が地球と大きく異なる理由を説明できる新たな探査機を必要としている。自動操縦ローバーのような革新的なコンセプトが、将来の計画の一部となる可能性もある。

こんな奇想天外な機械のアイデアがサウダーに初めて浮かんだのは、約5年前、JPLでのコーヒーブレイク中だった。彼と同僚たちは、斬新な惑星探査機、バベッジの階差機関のような機械式コンピューター、そしてオランダ人アーティスト、テオ・ヤンセンが制作した細長くて動き回るストランドビーストの作品などについて話し合っていた。「『電子機器を全部取り除いたらどうだろう？スチームパンク風のミッションを作ったらどうだろう？』って話したんです」とサウダーは回想する。

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若々しく情熱的なサウダー氏は、早口で話し、まるで話すよりも数段速く頭の回転が速いかのようだ。自身のウェブサイトでは、80年代のテレビ番組『マクガイバー』を題材に自身のキャリア体験を綴り、適応力と機知を駆使して困難な課題を克服した経験について綴っている。彼と共著者らは、2016年にNASAの革新的な先進概念（NIAC）プログラムから、独創的な発想を育むための資金援助を受け、時計仕掛けの探査車開発計画の資金を獲得した。

当初「極限環境用オートマトンローバー（AREE）」と名付けられたチームの計画はまだ開発段階にあり、最新のプロトタイプは約4分の1サイズのモデルで、最近、NASAの金星の過酷な環境を模擬したチャンバー内で障害物回避と内部ギア機構のテストが行われた。チャンバー内の高温によりロボットのスチールフレームが酸化され、オレンジブラウンの艶消し色を帯び、スチームパンクな外観がさらに際立った。しかし、この小柄なロボットは汗一つかかずにこの試練を乗り越えた。

このような探査車が実際に飛行可能になるまでには、少なくとも10年はかかるだろう。しかし、サウダー氏によると、提案から実用化までの期間がこれほど長いのは、惑星探査ミッションではごく普通のことだという。現在検討中の他の金星探査車構想は2040年代を目標としており、高温に耐えうるデジタル部品の進歩が必要となるため、サウダー氏は自身のプロジェクトは競争力があると感じている。「現在行っている研究は、高温電子機器のさらなる進歩を必要とする可能性のあるものも含め、多くの潜在的な金星探査車ミッションに適用可能です」と彼は言う。

ロボットが金星の地表で生き残る上で直面する多くの問題の一つは、良質な電源の不足です。雲に覆われると太陽電池の有効性が制限され、原子炉は廃熱を処理する必要がありますが、周囲の空気が華氏900度近くになる中では、これは困難です。風速は平均時速2.2マイル（約3.5キロメートル）と穏やかですが、それでも厚い大気は風車の羽根に大きな力を与えます。このようなタービンを使って探査車のギアを直接動かしたり、バネに電力を蓄えたりする方が、発電機に送って発電し、その後モーターを動かすよりもはるかに効率的です。

JPLチームのAREEの当初の設計では、完全に非電子化される予定でした。アナログ機器はローテクだと思われがちですが、実は長く洗練された歴史を持っています。ギリシャのアンティキティラ島の機械は、2000年前のコンピューターで、天体の位置を計算することができました。また、18世紀のスイスの時計職人ピエール・ジャケ・ドローズは、書道や肖像画、オルガン演奏ができる人形を製作しました。ロシアのエンジニアたちは、2002年まで宇宙ミッションのナビゲーションに、グローバス計器と呼ばれる機械式コンピューターを使用していました。

サウダーとエンジニアたちは当初、熱膨張係数といった基本的な物理的特性を用いて温度と圧力を測定できる機器、機械式地震計、さらには気球で軌道上の宇宙船に打ち上げる黄金のレコードにデータを記録する機器などを検討した（「ルーブ・ゴールドバーグ的すぎる」と彼は結論づけた）。彼らはクモの脚で歩くロボットについて相談するため、ヤンセンをカリフォルニアに呼んだ。しかし、ヤンセンは彼のストランドビーストは平らな海岸線以外の地形ではうまく機能しない傾向があると告げた。しかし、最終的に現実は介入した。オハイオ州にあるNASAグレン研究センターで開発されていた高温電子機器は、グループの予想をはるかに上回る測定性能を備えており、機械式機器の性能を凌駕していたのだ。

未だに開発が遅れている分野の一つは、金星で溶けないカメラの開発です。火星探査車は障害物回避プログラムに詳細な画像処理技術を用いていますが、高画質の画像を撮影する能力がなければ、そのようなシステムを金星に適応させることは困難です。そこでJPLのエンジニアたちは現在、「ハイブリッド・オートマトン・ローバー・ヴィーナス（HAR-V、またはハーヴィー）」と呼ぶコンセプトを開発しています。これは基本的に風力駆動の車輪付き移動プラットフォームで、繊細な電子機器を最大120日間運搬することができます。ボートのように風に乗って「航行」し、そよ風に沿って航行することができます。

このようなシステムは、金星の表土に到達した最初の人工物であるベネラ7号の周りをぐるぐる回ることができました。より脆弱な着陸機による最初の数回の試みが壊滅的な失敗に終わった後、ソ連の技術者たちは、地球の邪悪な双子であるベネラの表面圧力が潜水艦を押しつぶすほどであることに気づき、次の探査機を大幅に超える構造にしました。「それは基本的に厚さ1インチほどのチタン球でした」と、コンピュータープログラマーであり、ロシアの金星探査の歴史家でもあるドン・P・ミッチェルは言います。「彼らはこう言っていました。『今度こそ、ちくしょう、我々は表面に到達できる』と」

宇宙時代生まれのミッチェルは、ベネラ計画の低品質な画像を見て育ち、「まるで新聞紙を切り取ったような」ものでした。2000年、友人からベネラ9号の記録映像を見せられ、探査機が実はかなり強力であることを知りました。旧ソ連の科学者に連絡を取り、ミッションの生データを入手し、自ら処理して素晴らしい画像を作り出しました。現在、それらの画像は彼のウェブサイトで公開されています。

ベネラ7号はカメラを搭載しておらず、部分的な成功に終わった。人類初の太陽系外惑星への軟着陸を成功させた後、機体は横転し、アンテナの位置がずれてしまった。機器の切り替えを司る部品が故障したため、探査機は温度の測定値を何度も繰り返し送信し続ける羽目になった。そして23分後、バッテリーは切れてしまった。

おそらく最も冷戦時代を彷彿とさせる出来事として、ミッチェルは、ベネラ7号のデータを入手した最初のNASA科学者、ジョン・エドガー・エインズワースが、着陸直後にCIAエージェントからその情報を渡された時のことを回想する。アメリカの諜報機関は、エチオピアの電波望遠鏡を使ってソ連の探査機の信号を傍受していた。「誰かがエインズワースに封筒を渡し、『どこから来たのかは言えません』と言ったんです。それがベネラのデータだったんです」とミッチェルは語る。このアメリカ人研究者は、そのデータを用いて、探査機が金星の凹凸のある大気圏を降下する過程に関する論文を共同執筆した。

ロシアはその後のベネラ探査機でより大きな成功を収め、金星表面から今日まで唯一残されている写真と測定データを送り返しました。NASA、欧州宇宙機関（ESA）、そして宇宙航空研究開発機構（JAXA）はそれ以来、隣の惑星である金星を周回してきましたが、米国から金星へ向かう専用ミッションは31年間打ち上げられていません。しかし、近いうちに状況が変わるかもしれません。「私たちは金星探査の新たな時代の瀬戸際にいる可能性があります」と、ノースカロライナ州立大学の惑星科学者で自称金星伝道師のポール・バーン氏は述べています。深い知識と社交性を持つバーン氏は、姉妹惑星への探査を先導する多くの研究者の一人です。

天文学者たちは、他の恒星の周りを何千もの惑星を発見している。その中には、地球とほぼ同じ大きさで、表面に液体の水が存在するのにちょうど良い場所にあるものもある。科学者たちは長い間、金星は太陽に近すぎるため生命が居住できる惑星ではなかったと考えてきたが、新しいモデルでは、金星には約30億年前から海があった可能性があると提唱されている。また、他のデータからは、金星は現在でも地殻変動が活発である可能性があることが示唆されている。過去のある時点で、大規模な火山爆発やガス放出が何度も起こり、大気中に二酸化炭素が放出され、体温調節能力が圧倒されて、現在の劣悪な環境が生まれた可能性がある。「もしこれが本当で、金星が太陽のせいではなく偶然の一致で破壊されたとしたら、その親系にもっと近い世界を見ることができるかもしれません」とバーンは言う。

私たちの兄弟である金星に関する未解決の疑問には、大気の正確な組成、表面にある大陸のような巨大な地形の性質、核で何が起こっているのか、そして上層雲層で紫外線を吸収する謎の物質の成分などが含まれます。科学者たちは基本的に、金星を隅から隅まで、内側から外側まで、そして遠い過去から現代まで研究したいと考えています。「この惑星を理解するには、研究プログラムが必要です」とバーン氏は言います。「1つや2つ、あるいは5つのミッションで、これらの疑問すべてに答えることはできません。」

今年初めにホスフィンが検出されたという主張は、金星への注目を高める一因となりました。発見内容には疑問が投げかけられていますが、元のデータの再分析でも、この謎のガスの存在が依然として示されています。事態が最終的にどう収束するかはまだ不透明ですが、この議論は金星に関する広報活動の弾みとなっており、世界中の宇宙機関の関係者は、今後の対応を真剣に検討しています。

NASAは、金星探査計画「VERITAS」と「DAVINCI+」の2つの計画を策定中です。これらはそれぞれ、地表の地図作成と大気の詳細な調査を目的として、今世紀中に打ち上げられる可能性があります。打ち上げの是非は4月に決定される予定です。欧州とインドの宇宙機関も新たな探査機ミッションを開発中で、ロシアはベネラD探査機を開発中です。バーン氏はこれを「ベネラ：続編：今回は個人的なもの」と呼んでいます。JPLチームの斬新な自動探査機のコンセプトについては、バーン氏は賞賛しつつも、まだ遠い未来のアイデアだと指摘しました。「確かに、金星は研究対象として全く不向きな場所であるという深刻な問題を克服するには、こうした考え方が必要なのです」と彼は言います。

JPLチームは今年初め、探査車が岩や開いた穴を回避するのに役立つ、電子機器以外の独創的な機構を考案するよう求めるコンテストを開催した。クラウドソーシングによるこのコンテストには、世界中のガレージ発明家、時計職人、SF作家、そして職人から応募があった。最優秀賞と1万5000ドルを獲得したのは、エジプトの建築家兼プロダクトデザイナーであるユセフ・ガリ氏。彼は、ロボットに昆虫のような外観を与え、大きな岩や深い割れ目に触れると後退するよう指示する小さな車輪付き触覚を設計した。ラトビアのチームは、ギア付きセンサーを備えた実物大モデルを構築して撮影し、「最優秀プロトタイプ」を受賞した。午前1時に初めてビデオを見たとき、サウダー氏は感極まり、「泣きそうになりました」と語る。

サウダー氏にとって、こうしたビジョンの力は人々の想像力を捉え、私たちの兄弟惑星である金星を、知る価値のある場所として認識させる点にある。「私たちは連邦政府の資金援助を受けている組織です」と彼は言う。「人々が金星に興奮すれば、議会や一般市民が『この神秘的な惑星を理解するのに役立つ探査機をもっと送ろう』と声を上げるようになるでしょう」

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