NASAの火星探査の夢を運ぶ超音速パラシュート

NASAの火星探査の夢を運ぶ超音速パラシュート

新世代の宇宙科学者たちは、ハイテク素材を使って、長い間放置されていた超音速パラシュートを復活させようとしている。

1972年に撮影された、バイキング号のパラシュートの高高度超音速テストの貴重な映像。NASAによってほぼ失われていた。NASA

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ジム・トゥーミーは宇宙関連の記念品に目がないが、資金は無限ではない。そのため、2012年5月にNASAの遺品を集めたオンラインオークションを閲覧する際、彼は欲望を抑える必要があった。フロリダ州ブレイデントン出身のこの起業家は、かつて月の塵を入れていたアポロ15号の5万3758ドルの袋や、3万3844ドルで落札されたジェミニ5号の航海日誌には手を出さないという自制心を奮い起こした。代わりに彼が手に入れたのは、彼が「大量の宇宙ゴミ」と呼ぶものだった。彼の掘り出した品物には、スペースシャトルの尾翼のへこんだブラケット(240ドル)、宇宙服のヒーターケーブル(240ドル)、そして1970年代にNASAがアメリカ初の2機の宇宙船を火星に着陸させた計画「バイキング」と関係があると宣伝されていた16ミリフィルム4本(360ドル)などがあった。

トゥーミーはすぐに、自身が理事を務めていたサウスフロリダ博物館に、NASAの貴重な品々をすべて寄贈しました。博物館は寄贈品を高く評価しましたが、一般公開するにはあまりにも奇抜すぎると判断しました。結局、それらは箱詰めにされ、他の忘れ去られた遺物たちの海に紛れ、奥の収納棚に置かれることになりました。

トゥーミー氏は2015年9月まで、宇宙ゴミについて深く考えていなかった。しかし、そのオークションハウスから奇妙な電話がかかってきたのだ。そのオークションハウスは彼にゴミを売った張本人だった。電話の主は、NASAジェット推進研究所のロブ・マニングというエンジニアが、バイキングのフィルムを必死に探していて、会社に連絡してきたと告げた。マニング氏によると、NASAは誤ってフィルムを廃棄してしまったという。1999年のオフィス移転の際に、政府の余剰品として売却する旨の印が付けられたファイルキャビネットに放置されていたのだ。

トゥーミー氏はマニング氏と話すことに同意し、物体は銀のために溶かされるのではなく、保存されていることを保証した。会話の中で、感謝の気持ちを抱いたマニング氏は、彼とJPLの同僚たちがなぜそれらのフィルムを見たがっていたのかを語った。それらのフィルムには、1972年8月に行われたバイキングのパラシュートの認定テストの、唯一残っている映像が含まれていたのだ。火星の大気圏で計画の着陸機を安全に減速させる装置であるパラシュート。火星の大気は地球の99パーセントよりも薄いため、バイキングの技術者たちは、火星の表面に近づくにつれて宇宙船が超音速で急降下することを知っていた。そこで技術者たちは、そのような過酷な条件に耐えられる新しいパラシュートを開発した。それは、ナイロンを編組したサスペンションラインを備えた、2,200平方フィートの白いポリエステルの面積だった。

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1972年8月の実験で、彼らの成功は確証された。まず、ニューメキシコ州ホワイトサンズ・ミサイル実験場で、気球が1,900ポンドのカプセルを成層圏の端まで運んだ。カプセルが気球から自由になると、ロケットが発射され、速度は時速約2,600マイル(約2,600キロメートル)まで上昇した。その瞬間、小型爆弾が爆発し、パラシュートを収納していた区画が破裂した。搭載カメラがその瞬間の激しい動きを捉えた。ポリエステルが激しく揺れ動き、その後、安定した半球状へと収まる様子が捉えられていた。トゥーミーがオークションで購入し、NASAが回収を希望していたフィルムは、この工学的偉業を物語る唯一の映像証拠だった。

NASAの超音速パラシュートは、ニューメキシコ砂漠上空でのあの画期的な出来事以来46年間、ほとんど進化していません。バイキングモデルは非常に優れた性能を発揮したため、NASAはその後の火星ミッションすべてでそれを使い続け、新たなテストに数億ドルを費やす必要がなくなりました。例えば、2012年にキュリオシティ探査車がゲールクレーターに着陸した際には、36年前にバイキング1号着陸機を減速させたパラシュートの大型版のようなパラシュートが使用されました。

しかし、頼りになるバイキングのパラシュートはついに陳腐化の危機に瀕している。老朽化した設計では、1トンをはるかに超える重量のペイロードを減速させるのに必要な抗力が得られない。NASAの長期的な火星探査計画には、キュリオシティ20台分を超える重量の探査機が計画されていることを考えると、これはNASAにとって深刻な問題だ。そこでJPLのエンジニアたちは、今後数十年にわたり火星版ラストマイル問題の解決に役立つ、はるかに頑丈な代替パラシュートの開発に奔走している。

ロブ・マニングは、この重要な取り組みの一環として、失われたバイキングのフィルムを探し求めていた。彼がフィルムを発見したのは、NASAの超音速パラシュートチームが2年ぶりの大きな挫折に見舞われ、まさにその時期だった。この挫折は、布やロープが超高速でどのように挙動するかを予測することの、途方もなく複雑な問題を浮き彫りにするものだった。

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パラシュートはジェット機やロケットのような明らかなセクシーさはないかもしれないが、第二次世界大戦後に何百人ものドイツ人科学者を米国に連れてきた米国の諜報活動「オペレーション・ペーパークリップ」の主催者たちは、その航空学的価値を見抜いていた。彼らがドイツからこっそり脱出させることに選んだ技術者の中には、シュトゥットガルトのグラーフ・ツェッペリン研究所のパラシュート部門のスターだったテオドール・クナッケとヘルムート・ハインリッヒがいた。2人はオハイオ州のライト・パターソン空軍基地に連れて行かれ、B-47爆撃機用のブレーキパラシュートの開発などの軍事プロジェクトに従事させられた。(逆推力装置の登場以前は、高速爆撃機は着陸時に減速するのに補助が必要だった。)2人がライト・パターソンにいた間に、クナッケはリングスロットを発明した。これは円形の布の帯が水平の隙間で区切られた低コストのパラシュートである。一方、ハインリッヒは、パラシュート展開時の安定性を高める方法に関する一連の特許を取得した。

1950年代にアメリカの宇宙計画が始まったことで、クナッケとハインリッヒはオハイオ州を越えて名声あるキャリアを築くチャンスを得た。NASAは有人宇宙船を地球に帰還させる際に操縦可能にするためグライダーの翼を使うことを一時検討したが、宇宙船を着水前に減速させる最も信頼性が高く効率的な手段としてパラシュートが採用された。しかし、パラシュートは男らしさに欠けると広く考えられていた技術であり、それを専門とするアメリカ人エンジニアはほとんどいなかった。「機械工学の技術者たちに、パラシュートに使われる織物や縫製のすべてを見てもらっても、『まあ、それは女性の仕事だ』と言うでしょう」と、ケンタッキー州生まれのパラシュート設計の伝説的人物で、射出座席で経験を積み、後にアポロ計画の重要人物となったチャック・ローリーは言う。 「私がノースアメリカン・アビエーションにいた頃、従業員は10万人いましたが、PARACHUTESと書かれたバッジは私のものだけでした。」

2人のドイツ人亡命者は、この才能の空白を突いて、アメリカの宇宙パラシュートの父となった。起業家精神に富んだクナッケは南カリフォルニアに向かい、1957年にスペース・リカバリー・システムズを設立した。同社は、大気圏再突入のストレスを測定するために使用されたブルースカウトIなどの実験ロケット用のパラシュートを製造した。5年後、彼はノースロップに入社し、ジェミニ計画とアポロ計画のパラシュート契約を保有する部門の責任者となった。NASAにアポロカプセルに有名な3つのパラシュートクラスターを選択するよう説得したのもクナッケだった。彼は、1つの大きなパラシュートでは開くのに危険なほど長い時間がかかると考えていた。(1990年代まで続いたキャリアの終わり頃、クナッケは、その分野のバイブルとして認められている著書『パラシュート回収システム設計マニュアル』を執筆した。)

対照的に、ハインリッヒは産業界からの学界進出の誘惑を拒絶した。1956年、彼はミネソタ大学の航空工学教授となり、23年後に亡くなるまでその職に就いた。NASAはすぐにハインリッヒの研究室に数百万ドルを注ぎ込み始め、その多くは特に、超音速飛行に耐えられるほど頑丈なパラシュートの開発という、ある画期的なプロジェクトに充てられた。NASAはまだ有人宇宙飛行を行っていなかったものの、超音速パラシュートがいつか役に立つかもしれないという考えは既に持っていた。地球ではなくても、火星や金星では役に立つかもしれない、と。

この挑戦は困難なものだった。パラシュートは、どんなに穏やかな状況でも、気まぐれな野獣なのだ。「パラシュートには非常にランダム性があるのです」とローリーは言う。「飛行機の翼のように、上昇時も下降時も同じ形を保つのとは違います。パラシュートは袋に収納され、それから自ら特定の形に組み立てられなければなりません。しかし、その過程で何百万もの形状をとるし、展開と膨張のプロセスに影響を与える無数の変​​数があります。空気を捉えるときに何が起こるか、まったく予測できません。」そして、その空気が成層圏のように薄く、超音速で流れている場合、問題が発生する可能性のあるリストは驚くほど長くなります。最終的な形を達成しようと奮闘する中で、パラシュートを歪ませる可能性のある圧力の急上昇は無数にあります。

しかし、ハインリッヒはこの問題に取り組むのに理想的なエンジニアでした。なぜなら、彼は以前にも、ごく小規模ではあったものの、この問題を解決したことがあったからです。戦時中、シュトゥットガルトで彼は、ドイツ空軍が機雷や魚雷の降下を制御するために使用した小型パラシュートを製作していました。このいわゆる誘導表面パラシュートは、直径4フィートの三角形のパネル8枚を劇的にカップ状に配置したもので、強風にさらされてもほとんど揺れないことで有名でした。実際、非常に安定しており、マッハ3(時速2,300マイル以上)での飛行を模擬した風洞試験にも耐えることができました。

ミネソタ大学におけるハインリッヒの研究は、パラシュートの構造要素(例えば、通気孔や縫い目)を、超音速衝撃波の影響を吸収・分散させるようにどのように構成するかに焦点を当てていました。彼の研究はNASAにとって非常に貴重なものとなりましたが、火星探査用のパラシュート設計の決定版を考案するエンジニアにはなれませんでした。その栄誉は、彼の優秀な教え子の一人、クリントン・エクストロムに与えられました。

師の研究室を去って間もなく、エクストロムはミネアポリスに拠点を置くマイラー製気象気球メーカー、GTシェルダール社に就職した。同社は彼に、中間圏に到達できるロケット用パラシュートの開発を依頼した。シェルダールは高度20万フィート(約6万メートル)での気象データ収集事業に参入したいと考えていた。高度20万フィートの大気密度は、たまたま火星の大気密度に似ている。1964年、エクストロムは後にディスクギャップバンドパラシュート(DGB)として知られるようになるパラシュートの特許を取得し、任務を完遂した。この設計は主に、大きな隙間で隔てられた2つの大きな布片、つまり上面が逆さの皿のような形をしており、下面が円形の帯状になっている。

NASAは、高高度環境におけるDGBの信頼性に感銘を受け、エクストロムを最初の超音速パラシュート試験シリーズである惑星突入パラシュート計画の責任者として採用した。冷戦におけるこの計画の重要な役割のおかげで莫大な資金に恵まれていたNASAは、このプログラムと2つの後続プロジェクトに巨額を費やした。エクストロムと彼の同僚エンジニアたちは、好きなだけ試験機を打ち上げる自由を享受していたため、数々の半ば滑稽な失敗を気にしていなかった。例えば、少なくとも2回の大気圏内試験では、展開時に完全に発射されるはずのパラシュートの袋が、開いたキャノピーを弾丸のように突き破って戻っていった。

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米航空宇宙局(NASA)

惑星突入パラシュート プログラムのテスト機。||||

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NASAは、火星バイキング計画の着陸技術をテストするために、いわゆるリングセイルパラシュートを使用しました。

米航空宇宙局(NASA)

1970年代初頭までに、NASAは超音速パラシュートの候補を2つに絞り込んでいました。一つは、エックストロムのDGB(ダイナミクス・グレート・ボール)の強化版で、順調な膨張で定評がありました。もう一つは、優れた抗力を生み出すクナッケのリングスロットのより精巧な後継機であるリングセイルでした。NASAは最終的に安全策を取り、よりシンプルな設計を選択しました。このDGBは1972年8月にホワイトサンズ・ミサイル実験場で検査に合格し、その後、火星表面へのNASAの7回のミッションすべてに搭載されました。

DGBの完璧な運用実績にもかかわらず、バイキング・コンペティションではリングセイルが勝利すべきだったという懐疑論者が依然として存在する。彼らの主張は、NASAの次期超音速パラシュート開発を託された若きエンジニアの心に響く。彼はこの取り組みを「物理法則とチェスをする」と表現する。

カリフォルニア州パサデナにあるJPLのオフィスに私を迎え入れてから数分後、イアン・クラークはリップストップナイロンの布切れを口の端からぶら下げていた。「これはハルクマニアみたいに頑張らないと」と彼は言いながら、歯で頑丈な布を引き裂こうと必死に努力した。ようやく布を裂くと、彼はその破片を私に手渡してくれた。端からぶら下がっている繊維を観察するためだ。これは現代の宇宙パラシュートの母材で、重いダクロンポリエステルの代わりに超軽量ナイロンが使われている。

クラーク氏は2009年にJPLに着任したとき、パラシュートについてほとんど何も知らなかった。ジョージア工科大学の博士課程の学生として、いわゆる膨張式空力減速装置の専門家となった。これは超音速宇宙船の底面に取り付ける巨大なインナーチューブ状の装置で、理論的には大気圏で膨らんだときにブレーキとして機能するはずである(空気で完全に満たされると、ビクトリア朝時代のフープスカートに似ている)。NASAでの当初の指示は、火星に向かう宇宙船を数分のうちに音速未満まで減速できるほど効果的な膨張式減速装置を開発することだった。この目標が達成されれば、超音速パラシュートは必要なくなる。ありふれた亜音速パラシュートでブレーキをかけ、宇宙船を着陸の準備をするのに十分になるのだ。

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イアン・クラークはパサデナのジェット推進研究所で超音速パラシュートチームを率いています。

ケニー・ハータド

しかし、クラーク氏がJPLに勤務して間もなく、超音速パラシュートの代わりに膨張式減速装置を使用するという自身の計画があまりにも楽観的だったことに気づいた。「パラシュートを亜音速まで減速させる計算をしてみたら、それに伴う非効率性がすぐに現れ始めたんです」と、陽気でありながらも熱狂的な情熱を漂わせる、細身の37歳のクラーク氏は語る。「必要なのは、この巨大な膨張式抗力装置だけで、あまりに巨大すぎて、効率が悪くなるはずがないんです」。そしてNASAで2年目を迎える頃には、将来の数トン級、そしておそらくは有人となるであろう宇宙船が火星に接近する際に減速させるための新たな戦略に熱心に取り組んでいた。それは、膨張式減速装置と改良された超音速パラシュートを組み合わせるという戦略だった。

クラークの2部構成の構想は、2億ドル規模の低密度超音速減速機プロジェクトの基盤となり、彼は主任研究者に任命されました。超音速減速機チームは、クラークの膨張式スカートを搭載した6,800ポンドのUFOのような機体の製造に加え、バイキングパラシュートの代替品の試作も行いました。計画では、ハワイ州ケカハの太平洋ミサイル実験場でこのシステムを3回飛行させることになっていました。これらのテストは、1972年以来初めて、地球の大気圏で実物大の超音速パラシュートを展開する試みとなりました。

超音速パラシュートの研究は40年間停滞していたため、チームは人材の採用に創意工夫を凝らさなければならなかった。このプロジェクトで型破りな採用者の1人が、アルゼンチン出身のエンジニア、クララ・オファレルだった。彼女はカリフォルニア工科大学で大学院生時代を過ごし、クラゲの移動、具体的にはクラゲが渦輪を押し出して推進する仕組みを研究していた。彼女は長い間宇宙飛行に携わることを願っていたが、自分の難解な専門知識に対する需要はほとんどないのではないかと懸念していた。「卒業して宇宙での就職活動を始めたとき、流体力学のバックグラウンドはあまり役に立たないように思えました。宇宙に流体のある場所はそれほど多くないからです」と彼女は言う。「宇宙が真空であることが、なんとなく邪魔になったんです」。しかしオファレルは、JPLで超音速減速機のパラシュートの物理特性を分析する仕事を見つけた。パラシュートはクラゲの体と多くの点で同じ不定形の性質を持つ構造だ。

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各超音速パラシュートはテストのために慎重に梱包する必要があります。

ケニー・ハータド

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クラーク氏は2009年にJPLに着任した当時、パラシュートについてほとんど何も知らなかった。

ケニー・ハータド

クラークと彼のチームは、風洞で55種類のパラシュートをテストしました。ハサミで切り裂き、再度テストすることで、候補のいくつかを絞り込むことができました。手持ちの刃で数回切りつけただけで機能を維持できないパラシュートは、過酷な火星の大気圏では到底耐えられないからです。有力候補が次々と現れる中、クラークはニクソン政権時代のNASA全盛期における超音速パラシュートに関する文献にも深く目を向けました。アーカイブ調査の結果、彼はバイキング・コンテストで準優勝したリングセイルに感銘を受けました。彼は、DGBが一枚の布に頼るのに対し、リングセイルの設計では何千枚ものパネルを縫い合わせてキャノピーに使用している点を高く評価しました。クラークは、リングセイルの複雑な構造は、破れが一枚のパネルから次のパネルへと容易に伝播しないため、破損しにくいだろうと仮説を立てました。 「DGBはトヨタ・カムリのようなものだと例えています。とてもシンプルですが、一見とても信頼性が高いように見えます」とクラーク氏は言います。「一方、リングセイルははるかに精密に調整されています。」

クラークはリングセイルに熱心だったものの、2014年6月に行われた超音速減速装置の初試験で、ディスク・ギャップ・バンド・パラシュートを完全に放棄する準備はできていなかった。そこで彼はハイブリッド構造を採用した。パラシュートの下部は小さな個別のパネルで構成され、上部は浅いブロードクロスのディスクで構成されている。クラークはこの発明を「ディスクセイル」と名付けた。

紙面上では両方の長所を兼ね備えた解決策として魅力的に見えたディスクセイルだが、ハワイではうまくいかなかった。少なくとも試験は順調に始まった。試験機は気球に繋がれた状態で高度12万フィートに到達し、その後切り離されてロケットエンジンでさらに7万フィート上昇した。時速2,800マイル(約4,500キロメートル)以上の速度で、膨張式減速装置(フープスカート)は1秒もかからずに最大限に膨張し、それが生み出す抗力によって機体の速度は約30%低下した。しかし、パラシュート格納部を開くために迫撃砲が発射されると、すべてが狂い始めた。テクノーラ製のサスペンションラインは、環境の力によってパラシュートが木っ端微塵に切断される前に、まっすぐになる暇さえなかったのだ。

テストデータから、クラークはディスクセイルの上部が、莫大な圧力を受けるとスネアドラムのヘッドのように平らで固くなる運命にあると確信した。そこで2015年6月8日に予定されていた2回目のテストでは、完全なリングセイルを採用することにした。ディスクセイルの代わりに、多数の球根状のパネルを配置することで、パラシュートをより複雑で丸みを帯びた形状にしたのだ。

計画が正しいことを確認するため、チームはカリフォルニア州モハーベ砂漠にある海軍航空兵器基地チャイナレイクで、リングセイルをロケット推進ソリ(基本的にはレールに取り付けられた4基の高出力エンジン)に取り付けた。動いているソリから12万ポンド(約5万キログラム)の力を受けても、パラシュートは動揺する様子を見せなかった。これは気球実験で想定されていたよりも4万ポンド(約2万キログラム)も大きい。クラークは次回の飛行ではすべて順調に進み、地球上で43年間達成されていなかった偉業を成し遂げると確信していた。

2回目のテストは、再びエアバッグの完璧なパフォーマンスで幕を開けた。機体がマッハ2.4に達すると、パラシュートの白とオレンジ色の布地が勢いよく飛び出した。数百分の1秒の間、リングセールは皆の期待通り展開し、縁は波打っていたが、異常な圧力で歪んだ様子は全くなかった。しかし、パラシュートが98%まで完全に膨らんだ時、キャノピーの三角形の部分が剥がれた。パラシュートはしばらくそこに留まり、失われた部分で制御室のエンジニアたちを悩ませた後、しなやかなリボンの塊となって崩壊した。

5年分の努力の集大成が、まるで使い古しのティッシュペーパーのようなものに変貌していくのを目の当たりにしながら、クラークは麻痺感と自責の念の間で揺れ動いた。コンピューターモデル、風洞実験、ロケットソリ――チームの準備はすべて、良い結果を示していた。しかし、制御室のスクリーンには、超音速の風に無力に揺れる結果が映っていた。クラークはその時、自分が数学に頼りすぎていたことを悟った。

二度目の超音速パラシュート失敗から4ヶ月後、ロブ・マニングがクラークに朗報をもたらした。インターネットをくまなく探し回った結果、ついにバイキング最後のパラシュート試験の長らく行方不明だったフィルムを見つけたのだ。サウスフロリダ博物館は貴重な映像をNASAに返還することに同意していたが、クラークは自ら映像を受け取り、ささやかな見返りとして博物館のプラネタリウムで公開講演を行うことになった。

カリフォルニアに着陸するとすぐに、クラークはフィルムをハリウッドの修復会社に持ち込み、損傷した映画の修復作業を手がけた。フィルムは驚くほど良好な状態で、修復作業員は最小限の労力でプロジェクターで再生できた。クラークは喜び勇んで、パラシュートが展開するスローモーション映像をiPhoneで撮影した。その映像こそ、ハワイでの前回の不運以来、彼が探し求めていたものだった。超音速パラシュートが正常な状態にある時の姿を視覚的に証明するものだったのだ。

クラークがそのような証拠を渇望したのは、徹底的な調査にもかかわらず、超音速パラシュートの物理はまだ十分に理解されておらず、エンジニアにとってあまり役に立たないという結論に至ったからだ。1960年代から70年代初頭の既存データに基づいて、パラシュートの挙動を予測できると考えていた。しかし、当惑を招いた超音速減速機の経験から、効果的なモデルを構築するには実世界での試験が不十分であることがわかった。そのため、少なくともより多くの試験が記録されるまでは、生の数字に頼るのではなく、直感に頼る必要があると悟った。これは、左脳型のエンジニアが通常嫌がることだ。ヴァイキングの映画をフレームごとに分析することは、彼がその第六感を磨く数少ない方法の一つだった。

クラークは、パラシュート設計のベテラン技術者たちにも助言を求めた。彼らはテオドール・クナッケとヘルムート・ハインリッヒの下で訓練を受け、極度のストレスに対する生地の反応を本能的に理解していた。例えばチャック・ローリーは、リングセールをそのまま使い、2015年のテストで破れた箇所をウェビングで補強するようクラークに助言した。しかしクラークは、次回のテストが成功する可能性を最大限に高める必要があると判断した。パラシュート設計をより客観的な事業にするための小さな一歩として、分析のための新たな映像を蓄積することが最優先事項だった。つまり、チームは保守的な姿勢を取り、次のパラシュートをDGBにする必要があると受け入れたのだ。

クラーク氏は、そのパラシュートの製作と試験に予想以上に長い時間を要した。NASAは、衛星修理プログラムへの資金再配分の必要性を理由に、2016年初頭に超音速減速装置への予算を85%削減した。この決定により、計画されていた3回目の試験を前にプロジェクトは打ち切られた。しかし、クラーク氏に救いの手が差し伸べられたのは、キュリオシティ型の探査機を火星の表面に送り込む次のミッション「マーズ2020」だった。ミッションのリーダーたちは、パラシュートの基本設計はバイキング版を踏襲するつもりだったが、クラーク氏に独自のパラシュートを製作し、そして最も重要なこととして、大気圏内で試験する機会を与えた。この試みは後に「先進的超音速パラシュート膨張研究実験」(Aspire)として知られることになる。

しかし、クラーク氏と厳選された数人の協力者がバイキングDGBに手を加える前に、マーズ2020はもっと基本的なことを試してもらいたいと考えていた。それは、2012年にキュリオシティが使用したのと全く同じパラシュートの大気圏内テストを実施することだった。もし彼らがその任務を成功させ、2回のテスト連敗に終止符を打つことができれば、独自の設計で実験を繰り返すためのリソースが与えられることになる。

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ブラック ブラント IX 観測ロケットが 2017 年 10 月にバージニア州の海岸にあるワロップス飛行施設から打ち上げられました。

ジェイミー・アドキンス/NASA

アスパイアの最初のテスト――そしておそらくクラークが超音速パラシュートを展開できることを証明した最後のチャンス――は、2017年10月4日、バージニア州海岸線最東端にあるワロップス飛行施設で行われた。ブラック・ブラントIX探査ロケットがマッハ1.8で轟音を立てながら高度約26マイル(約42キロメートル)に達したとき、図面通りに製作されたキュリオシティDGBがバッグから飛び出した。キャノピーは勢いよく形を整え、猛烈な風に反時計回りにねじれた。エンジニアたちは誰も、この有望な瞬間を台無しにしようとはせず、早まった祝杯を挙げたり、少しでも音を立てたりしようとはしなかった。

「これを完璧にやらなきゃいけないというプレッシャーが大きかったんです」とクララ・オファレルは言う。「前回は本当に悲痛でした。変更に全力を尽くし、可能な限り最高のパラシュートを作り上げ、皆の期待が高まったのに、それが壊れてしまったんです」。今回は、管制室の誰もが歓声を上げるまで20秒間の沈黙が続いた。

それは、超音速減速機プロジェクトの最盛期にエンジニアたちが思い描いていたような輝かしい成果とは程遠いものだった。このDGBは過去のミッションの焼き直しに過ぎず、10トンの車両を火星に安全に着陸させるパラシュートではなかった。しかし、彼らは、自分たちのほとんどが生まれる前から誰も成し遂げられなかったことを成し遂げたという誇りを持っていた。幾多の挫折を乗り越え、ついにスタートラインを数センチ越えたのだ。

3月20日にワロップスで予定されている次回のアスパイア試験は、前回よりもはるかに野心的なものとなるだろう。クラーク氏と彼の同僚たちは、バイキングの基本設計に準拠しながらも、多くの巧妙な改良を加えたDGBを考案した。これにより、大惨事の確率を高めることなく抗力を高めることが期待されている。エンジニアたちはパラシュートを縫製したエアボーン・システムズ社と協力し、クラーク氏が私のために歯で引き裂いたナイロンよりも3倍の強度を持ちながら、重量はわずか50%しかない新しいナイロンを採用した。また、テクノーラのサスペンションラインも、繊維の編み方を変えることで強化された。

間もなく公開されるアスパイアのテストで得られる映像は、4K解像度で毎秒1,000フレームを撮影するデジタルカメラで撮影されたもので、クラーク氏に超音速パラシュートの力学に関するより詳細な情報を提供する可能性がある。それは、彼がこれまで読んだNASAの古い文書をすべて合わせたものよりも深いものだ。「そのレベルのディテールがあれば、サスペンションライン全体、ブロードクロスの屈曲、パラシュートが負荷を受けて少し伸び始めている部分の影まで見ることができます」と彼は言う。(16mmのバイキングフィルムは毎秒わずか30フレームで撮影されていた。)

クラーク氏は、超音速パラシュートの物理を解明しようとする自身の努力が、最終的には無駄になる可能性もあることを認めている。長年にわたり、ますます費用のかかる試験を重ねることで、例えば火星で宇宙飛行士を満載した20トンの宇宙船を減速させるには、布を使わないブレーキ技術、おそらくは彼の膨張式減速機と燃料駆動エンジンの組み合わせが必要だという結論に至るかもしれない。すでに一部のエンジニアは、次の火星探査時代はパラシュートなしで行われるだろうと確信しているようだ。例えば、SpaceXは大型宇宙船を火星に着陸させるためにスラスターを使用するという漠然とした計画を議論している。

しかし、超音速パラシュートは、その効率性に勝るものがないため、火星探査における実用性を証明する絶好の機会を与えられるだろう。簡単に言えば、100ポンドの布は常に100ポンドのロケット燃料よりも指数関数的に高い制動力を発揮する。そして、火星への3,390万マイルの旅路を進む宇宙船を設計する際に、500グラムの軽量化が、ミッションが勝利に終わるか、オリンポス山の頂上にねじれた残骸の山で終わるかの違いを生む可能性がある。

ブレンダン・I・コーナー(@brendankoerner)はWIREDの寄稿編集者です。彼は9月にシリコン工場からの盗難事件について記事を書きました。