火星探査ローバー キュリオシティ

今回の火星探査の概要

火星探査ミッションには、大きく分けて、軌道を周って空から探査する“軌道船ミッション”と、地上に降り立って探査する“着陸船ミッション”があります。着陸船ミッションには、また、地域を移動しない固定型ミッションと、ローバー（探査車）型の移動探査ミッションがあります。今回の探査は、キュリオシティローバーによる、移動型探査ミッションです。今回開発されたミッションは、当初、火星科学研究所（MSL：Mars Science Laboratory）と名付けられていました。その後、ローバー（探査車）の名前が公募され、キュリオシティ（curiosity：好奇心）と名付けられました。つまり、「火星科学研究所」が公称、「キュリオシティ」が俗称または一般名です。ただし、今後の活動の主体はキュリオシティローバーになりますので、「火星科学研究所」という呼び名はあまり使われなくなると思います。なお、このところの火星探査の最大の目的は、火星がかって生命を育むのに適した環境にあったか否かを確かめることにあり、その大きな主題が火星の水に関連する調査になっています。ゲイルクレータは、軌道からの調査で、現在もなお水の存在が推測されている、主要な調査候補の一つです。

今回のキュリオシティの野心的な科学ゴールには、これまでの火星ローバーミッションとの多くの相違があります。キュリオシティは、火星ローバースピリッツとオポチュニティの科学機器とほぼ同じ大きさの、総重量で１５倍の、１０の科学器具を運んでいます。例えばレーザー燃焼装置などのツールのいくつかは、火星での初めての検査機です。これまでに探査機が火星に着陸するには、パラシュートを開いて降下する方式（固定式着陸船）と、着陸を保護するためのエアバッグに包まれてバウンドしながら着地する方式（移動式着陸船）が使われてきました。キュリオシティは、その１トンの重量の故に、以前の火星ローバーが用いたようなエアバッグ方式は使えません。火星科学研究所宇宙船の一部は、ロケットエンジンが降下の速度をコントロールして“綱でローバーを降ろす”ロケット動力の降下ステージを試みます（右図参照）。
このミッションでは、重量のある宇宙船を危険の多いサイトへ安全に着陸させるための革新的な方法を試みるほか、将来の宇宙飛行士達の健康を守るための、火星の自然の放射線環境を監視するための装置を運んでいます。

３世代の火星探査ローバー

この三種の火星探査ローバーは、ＮＡＳＡのジェット推進研究所の火星ヤードに置かれたテスト機である。左手前は、１９９７年に火星に着陸した、移動体として地球外の天体で初めて活躍した火星探査ローバー、ソジャナー（Sojourner）である。その大きさは電子レンジほど、その視界は猫の目の高さと言われた。左上は２００４年１月に相次いで火星に着陸した、マーズローバースピリッツとオポチュニティのテストローバーである。スピリッツとオポチュニティは、火星を移動しつつ、間接的ながら、過去の水に関する証拠を数多く発見してきた。スピリッツは、既に寿命が尽き交信が途絶えているが、オポチュニティは今なお火星で活躍している。右は、火星探査ローバー キュリオシティのテストローバーである。この図の、ソジャナーのスペア、マリー・キューリーは長さ６５センチメートル、スピリッツとオポチュニティは 1.6 メートル、キュリオシティは３メートル（小型バスの大きさ）である。なお、ソジャナーは親である着陸船マーズパスファインダーの子機として働き、それ以外は独立した単体として設計されている。

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着陸候補地を選ぶ

次期火星ローバーの着陸地として、６０を超えるサイトが考慮された。この火星のマップは、火星科学研究所のために提案された６０以上の着陸サイトの全てを赤い点で示している。四つの最終的な候補サイトを青い点で示している。５年を超える１５０人以上の科学者達による議論が、最終的な候補サイトとして四か所の選択に結びついた。
　　エーベルスヴァルデ・クレータ（Eberswalde crater）
　　ゲイル・クレータ（Gale crater）
　　ホールデン・クレータ（Holden crater）
　　マース・バリス（Mawrth Vallis）
最終的に、ゲイルが着陸地点として選ばれた。
白い陰影のついたエリアは赤道の南北３０度以上であり、季節的に厳しい（冷たい）状況が予想されるため、火星科学研究所（MSL）は立入禁止である。黒は、着陸のために考慮される高度が高すぎるエリアである。

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ローバー、火星に向かう

ＮＡＳＡは、火星にキュリオシティという名の車サイズのローバーを運ぶ、火星科学研究所の１１月２６日の打上で、歴史的な航海を開始した。ケープカナベラル空軍基地からのアトラスⅤロケットでの離陸は、東部標準時午前１０時２分（日本時間１１月２７日午前０時２分）であった。アトラスⅤは最初に地球軌道に宇宙船を高く打ち上げ、船の上段の２回目の燃焼が、地球軌道から火星までの５億 6700 万キロメートルの旅に押し上げた。打上後の交信が確認され宇宙船は健康である。
このミッションでは、２０１２年８月６日に、ゲイルクレータの山麓近くにキュリオシティを据えるための、精密な着陸技術とクレーン着地を試みるだろう。着陸後約２年間の初期ミッションの間、ローバーは、この領域がこれまでに生命の化学成分を含む微生物の生命に好都合な状況を提供したかどうかを調査するだろう。
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480x270 (39.98 MB) 、　 640x360 (28.52 MB) 、　 1280x720 (81.82 MB)

着陸地点を狭める

この記事は、宇宙船が火星に向かって飛行中の、２０１２年６月１５日に発表された、「ローバーチーム、本来の科学サイトに近い着陸を目指す」からとっています。

ＮＡＳＡは、８月に赤い惑星に着陸する、最も先進的な火星ローバーキュリオシティの目標を以前の計画より狭めた。この車サイズのローバーは、科学活動のためのその最終的な目的地の近くに、しかしまた、更に着陸の危険をもたらす山の斜面の麓近くに着くだろう。キュリオシティローバーを運んでいる火星科学研究所宇宙船の精密な着陸技術に関する信頼の増加の故に、着陸計画は調整することが可能になるだろう。宇宙船は、ゲイルクレータの中心のシャープ山に衝突することなく、近くを狙うことができるだろう。この山にある岩の層は、ローバーによる調査の第一の場所である。キュリオシティは、東部夏時間８月６日午前１時３１分（日本時間８月６日午後２時３１分）に着陸する予定である。チェックアウトの後、キュリオシティは、着陸地周辺が微生物に好意的な環境を提供したかどうかの、２年間の調査を開始するだろう。

＜参考＞：着陸目標範囲は一般的に楕円で示され、着陸楕円と呼ばれます。

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降下と着陸の手順

最初にイメージをクリックして、「キュリオシティ、恐怖の７分」をご覧ください。
英語解説付ビデオですが、降下手順の概要がわかります。






事　象（左上から）	高　度（KM）	速　度（KM/SEC）	時刻（軌道入基準）
飛行段階分離			軌道入 10 分前
バランス装置分離			同　 8 分前
軌道入インターフェース	～125 KM	5,900	０秒
熱最大
減速最大
超音速操作
パラシュート展開	11 KM	405 M/s	254 秒
熱シールド分離	8 KM	125 M/s	278 秒
レーダーデータ収集
バックシェル分離	1.6 KM	80 M/s	364 秒
動力降下
スカイクレーン降下
（ローバー分離）	20 M	0.75 M/s	400
（ローバー展開）
（着陸）	0	0	軌道入から 416 秒
ローバー着陸後分離

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キュリオシティの装置とツール

この火星科学研究所ミッションのローバー、キュリオシティは、自動車サイズのローバーの、科学装置その他のツールの位置を示している。左上から時計回りに：


Mastcam --- マストカメラ装置（Mast Camera instrument）、
ChemCam --- 化学＆カメラ装置（Chemistry and Camera instrument）、
RAD --- 放射線評価探知装置（Radiation Assessment Detector instrument）、
CheMin --- 化学＆鉱物学装置（Chemistry and Mineralogy instrument）、
SAM --- 火星サンプル分析装置（Sample Analysis at Mars instrument）、
DAN --- 中性子ダイナミック反射率装置（Dynamic Albedo of Neutrons instrument）、
MARDI --- 火星降下画像装置（Mars Descent Imager instrument）、
MAHLI --- 火星ハンドレンズ画像装置（Mars Hand Lens Imager instrument）、
APXS --- アルファ粒子Ｘ線分光計装置（Alpha Particle X-ray Spectrometer instrument）、
ローバーのロボットアームには、ブラシ、ドリル、篩（ふるい）、柄杓（ひしゃく）が、ツールとして用意されている。
REMS --- ローバー環境モニタリングステーション（Rover Environmental Monitoring Station）である。

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キュリオシティローバーのアームカメラの較正目標

ＮＡＳＡのキュリオシティローバーのロボットアームの終端の、火星虫眼鏡画像（MAHLI：Mars Hand Lens Imager）カメラは、アームの肩のジョイントに取り付けられている較正目標（calibration target）を使う。このイメージは、ローバーの目標の場所を示すために、ローバーと較正目標のクローズアップを結合している。この MAHLI 較正目標には、ペニー（penny：お金）、カラーチップ（color chips）、メートル標準バー（metric standardized bar graphic）、深さ較正のための階段状のパターン（ペニーの下）を含んでいる。キュリオシティは、 MAHLI と九つの他の科学装置によって、そのエリアが微生物の生命にとって好都合な環境状況を提供したかどうかを調査する。

＜参考＞：イメージをクリックして大判サイズをご覧ください。

ゲイル・クレータの詳細　１ （ＮＡＳＡ：今日の天文写真から）

ＮＡＳＡのマーズオデッセイ軌道船の熱放射画像処理システムカメラからのこの鋭い視界は、火星の赤道近くの、幅１５４キロメートルのゲイルクレータに中心を置いている。ゲイルの中の印象的な層をつくった山が、約５キロメートル、クレータフロアにそびえている。そのベース近くの層と構造は、古代に水によって運ばれた堆積物によってつくられたと考えられている。実際に、山の下部のクレータの北側の近くの場所は、火星科学研究所ミッションの目標に選ばれた。このミッションは、２０１２年８月に、火星への惑星地球からの次の客を着陸させ、車サイズのキュリオシティローバーを、浮かばせ、ロケットパワーのスカイクレーンで火星の地表に降ろすだろう。キュリオシティの科学装置は、かつて、ゲイルが、微生物の生命を支え、赤い惑星に生命が存在したかどうかについて、手掛かりを保持する良好な環境条件にあったかどうかを発見することを目的としている。

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ゲイルクレータの詳細　２ （火星偵察軌道船イメージから）

層をなしたマウンドの視界

＜右図＞：
この斜視図は、ゲイルクレータ内部のマウンドの、露出する岩の層を示している。これはマウンドの低い部分であり、クレータフロアがイメージの左の端にある。マウンドの下部近くの層は、湿った状況を示す粘土と硫酸塩ミネラルを示している。上に横たわっている岩の層は、ほとんど粘土のない硫酸塩を含み、水が蒸発し火星が乾燥した環境にあることを示している。この図の垂直方向は３倍に引き伸ばされている。イメージの幅は約 1.5 キロメートルである。ゲイルクレータは直径約１５２キロメートルであり、南緯約５度東経１３８度に中心がある。



マウンドの下の層

＜左図＞：
ゲイルクレータの中心近くの高いマウンドの低い部分に露出する岩の層は、層の厚さと明暗トーンの変化を示してしている。この層になった素材のクレータのマウンドは、高さ４キロメートルを超え、地球のグランドキャニオンの露出の厚さ二倍以上である。この視界は上下約９５０メートルをカバーし、ＮＡＳＡの火星偵察軌道船の HiRISE カメラでとられた。ゲイルクレータのマウンドの、低い（古い）層から上の層（若い）層への組成の変化は、水の消失と火星の乾燥の段階を記録しているかもしれない。


マウンドの上の層

＜右図＞：
ゲイルクレータの中央近くの高いマウンドの上部の岩の層は、同じマウンドの下部の層の不規則なパターンと異なり、厚さ数メートルの規則的な厚さを示している。この視界は幅約５５０メートルのエリアをカバーしている。下部に観察された硫酸塩と粘土は上層では検出されず、その基盤はダストで覆われているのかもしれない。以前の研究では、上層の、このような周期的な間隔の層が、惑星の軌道と傾きの変化に関連するリズミカルな気象サイクル、あるいは堆積に影響を及ぼす他の環境の周期的な変化を記録しているかもしれないことを示唆している。

　

　

　

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