エクソマーズ

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ExoMars
所属 ESA & FKA
主製造業者 探査衛星: タレス・アレーニア・スペース
ローバー: アストリアム
任務 火星周回衛星、2台の着陸機、ローバー
軌道投入日 2017年、2019年
打上げ日時 2016年、2018年
打上げ機 プロトン
任務期間 降着機:数ヶ月[1]
ローバー: ≥6ヶ月
探査衛星: 数年
公式サイト ExoMars programme
質量

TGO: 3,130 kg[2]
EDM着陸機: 600 kg[3]
ロシア着陸機: TBD

ローバー: ~300 kg[1]
消費電力

TGO: 太陽光発電
EDM降着機: 原子力電池 (計画)
Rover: 太陽光発電

Russian降着機: TBD

エクソマーズ英語: Exobiology on Mars、ExoMars)は欧州が主導している火星探査計画。宇宙生物学的な探査計画であり、火星の生命による生命の痕跡の探査が目的である。現在は欧州宇宙機関(ESA)がロシア連邦宇宙局(Roscosmos)と共同で計画を進めている[1][4][5][6]

このプロジェクトでは複数の探査機械を2回に分けて打ち上げる予定である。トレース・ガス・オービター(TGO)と、突入・降下・着陸実験モジュール(EDM)ランダー(着陸機)が2016年に、ロシアの着陸機とESAのローバーが2018年に打ち上げられる予定である[1][5]。打ち上げにはプロトンMロケットを使う予定。

経緯[編集]

開始以来、エクソマーズはいくつかの計画フェイズを得ており、現在では消滅したアメリカ合衆国との火星探査共同イニシアチブ英語版の例のように着陸機探査衛星打ち上げ機、国際協力などは計画途中で何度も変えられている。 [7][8]

もともと、エクソマーズの概念はオーロラ計画英語版の目玉計画として計画された大型の探査車からなり、2005年12月にESAの閣僚会議で承認されたものである。もともと探査車と固定式の基地局から計画されており、ソユーズロケットで2011年の打ち上げが計画されていた[9]

2007年、探査車の車台の設計製作を行う英国企業アストリウムにカナダのマクドナルド・デットワイラー・アンド・アソシエイツ英語版が100万ユーロ規模の契約企業として選ばれた。アストリウムは最終設計にも同社と契約を行っている[10]

2009年7月NASAとESAは火星探査共同イニシアチブに合意し、この中ではソユーズロケットに代えてアトラスロケットの利用が計画され、技術的な設定・計画の財源を大きく変更させた。同月19日では、探査車はマーズ・トレース・ガス・オービター英語版(TGO)の相乗り機として計画されており、将来の協定はアトラスの打ち上げ能力とNASAの探査衛星に合わせて、十分にエクソマーズの重量を減らすことが必要としていた。[11]このときは幾つかの宇宙機を2台のアトラスVで打ち上げる計画とされており [3][12][13]、TGOはこの計画に統合され、気象観測用の固定式基地局と相乗りで2016年に打ち上げる予定であった。この中では2台目のローバーとしてMAX-C英語版も計画されていた。

MAX-Cローバー

2009年8月、ロシア連邦宇宙局とESAはフォボス・グルントとエクソマーズの2つの火星探査計画での協力を含めた契約に合意した。具体的には、ESAはプロトンロケットをロシアの装置を積んだエクソマーズ・ローバー打ち上げ機のバックアップ機として確保した[14][15]

2009年12月17日、ESA政府はNASAとの協力で行う2回の打上げミッションで構成される火星探査計画に最終認可を与え、2016年と2018年の計画に8億5000万ユーロを委託することを承認した[16]

2011年4月、資金的な問題から同行予定であったMAX-Cローバーの開発中止が公表され、計画されていた2台のうち、より大型のエクソマーズ・ローバーだけが2018年に打ち上げられることになった[17]。この中で新しいローバーをヨーロッパで製造し、欧州とアメリカの観測装置を混載する案が提案された。NASAが火星への輸送のためのロケットを提供し、マーズ・サイエンス・ラボラトリーで採用されたスカイクレーン着陸機構を提供するというものである。しかし再編案が提案されたにもかかわらず、2018年の計画目標時期は変更しないままであった[17]

2012年2月13日にオバマ大統領が公開したFY2013予算の下で、NASAはジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の予算超過分に資金を回すため、エクソマーズ計画への参加を打ち切った[18][19]。同時にエクソマーズ計画のための準備資金もすべてキャンセルされ、計画の大部分に再調整が必要となった[8]


現在[編集]

2012年3月15日、ESAはロシア連邦宇宙局(Roscosmos)との協力の下でエクソマーズ計画を推し進めると発表し、計画では2018年までにRoscosmosから提供される2機のプロトンMロケットを使用して探査を実施し、2018年のローバーミッション用の火星への突入・降下・着陸モジュールがロシアから追加提供される予定[5][20][4]。2016年の打ち上げには原則的に合意に達しているが、Roscosmosは次の三つの条件を定めた2012年11月の正式契約に調印を求めている [21][22][23]

  1. Roscosmosは参加協力の対価としてプロトンロケットを提供する。
  2. マーズ・トレース・ガス・オービターには、NASAの装置の代わりにロシア製の装置2台を載せる。これは元々フォボス・グルントのために開発された装置[24][25]
  3. すべての科学的成果は欧州宇宙機関とロシア科学アカデミーの知的財産である(すなわちRoscosmosは研究データにフルアクセスが出来る)

ロシアのエクソマーズ用の資金はフォボス・グルントの損失による12億ルーブルで部分的にまかなわれ[23]、またMars-NETとエクソマーズ計画の間で調整可能な資金は再配置された[26][27]

評論家は、ロシアの持つ専門技術はロケットの提供においては十分なものであるかもしれないが、今のところ火星着陸システムの重要な部分に関わる技術を提供するには至っていないと位置づけている[28][29]

ESAはもともと10億ユーロでの開発を予定していたが、NASAの撤退と事業の再編の結果から、おそらく現在までの開発費に加え数億ユーロの必要資金が発生している[1]。このため2012年3月、ESAの加盟国はどのように不足分を調達するか検討するよう、機関の幹部に指示した[30]。ひとつの可能性として、エクソマーズの達成を優先させるためにESAの他の科学活動の進展を止めることが考えられる[1][31]

ESAは2018年の打ち上げに関して、NASAが小規模な範囲で計画に戻る可能性までは排除していない [1][6][32]

目的[編集]

科学的な目的は以下のような優先順位になっている[33]

  • 過去から現在にかけての火星の生命による生命の痕跡英語版の探査。
  • 地表から浅い範囲における水分と表土物質の科学的分布の特定。
  • 表面環境の研究と将来の有人探査における危険性の特定。
  • 火星の進化の理解や居住の可能性などのために惑星の表面と内部をより理解するための調査。
  • 最終的なサンプルリターン飛行に向けた成長的ステップの達成

開発の技術的な目的は以下である。

  • 火星への大型ペイロードの着陸
  • 火星表面用の太陽光電池の開発
  • ドリルによる表層下部へのアクセス、紫外線・酸化・放射線による影響がある範囲より深い地下2mでのサンプル収集。
  • ローバーを用いた他惑星の地表探査能力の開発

打ち上げ機[編集]

2016年と1018年に予定される打ち上げの両方でプロトンMロケットが利用される予定である[5]。プロトンはこれまでにもサリュート6号サリュート7号ミール国際宇宙ステーションの基幹部などを打ち上げた実績のある大型ロケットである。

ミッションの役割・概要[編集]

ESAは当初1回のミッションの計画を立てていたが、現在は2回のミッションで行う計画である。 現在の計画ではエクソマーズ計画は4機の探査機で行われる計画であり、2台の非移動式着陸機、1台の周回衛星、1台の探査車が投入される予定である[1][5][6]

参加機関 2016年の1回目の打上げ 2018年の2回目の打上げ
Roscosmos logo ru.svg プロトンロケット プロトンロケット
TGO用の観測機器の大半
EDM着陸機用原子力電池
ロシアの着陸システム
ローバー用観測機器の一部
ESA logo.svg エクソマーズ・トレース・ガス・オービター英語版 エクソマーズ・ローバー英語版
「スキアパレッリ」EDM気象探査用着陸機

2016年の打ち上げ[編集]

トレース・ガス・オービター[編集]

トレース・ガス・オービター(TGO)は火星通信衛星と周回機による大気中微量気体分析の計画であり、2016年1月の打ち上げを見込んでいる。「スキアパレッリ」EDM着陸機を火星まで運び、火星のメタン源や他の気体の地図化を行い、これによって2018年に打ち上げが予定されている探査車の着陸場所の選択を助ける。火星の大気におけるメタンの存在は、現在の生命の有力な起源がメタンや地質活動とされているため興味をもたれている。2018年から19年ごろに予想される地上探査機と探査車の到着後、オービターは分析化学活動を行えて、EDMランダーとエクソマーズ・ローバーとの中継通信を提供できる、より低い軌道に移動する。TGOは将来打ち上げられる計画機のための通信中継衛星として2022年まで稼動を継続する予定[34]


EDM着陸機[編集]

突入・降下・着陸実験モジュール(Entry, Descent and Landing Demonstrator Module、EDM)「スキアパレッリ」は、火星表面着陸時の着陸方向や着陸速度を制御する技術と共にESAが提供する予定である。火星大気に突入後、モジュールはパラシュートを展開し、レーダー高度計ドップラーセンサーとオンボード慣性測定ユニットに基づいた閉ループ誘導航行制御システムを使って着陸を行う。着陸の最終段階ではパルス噴射式の液体燃料エンジンを使用し、地上約1mでエンジンを停止。衝撃で変形する衝撃吸収構造で最後の衝撃を吸収する設計[35]。 EDMは2013年11月に「スキアパレッリ」(Schiaparelli)という名称が付けられた。これは19世紀に火星表面を観測を行ったイタリアの天文学者ジョヴァンニ・スキアパレッリにちなんで命名された[36]

着陸地点にはメリディアニ平原が提案されており、この地点は平坦で岩石が少なく採用が予定されるエアバッグ着陸システムに向いている[37]。着陸は砂嵐の季節に行われることが予定されており、突入と降下時に粉塵を含んだ大気の特徴を知ることが期待されており、砂塵に富んだ環境に関連付けられた表面測定が実施される[38] 。着陸後は、風速、風向、湿度、気圧、表面気温、大気の透明度などを測定する[38]。また、火星地表で初の磁場の測定なども行われる予定である。カラーカメラシステムもペイロードに含まれる。

ロシアは原子力電池を提供し、これによってEDM着陸機は火星表面で数ヶ月間運用することが可能になる[1]

EDM地表ペイロード[編集]

EDM非移動式着陸機はもともと火星深部の地形物理の調査を目的とする"フンボルトペイロード(Humboldt payload)"と呼ばれる11台の観測機器を運ぶために計画された[39]が、2009年第1四半期に着陸機およびフンボルト観測機器の目標を確認する調査を行なった結果、完全に中止された[40]

最新のEDM地表ペイロードは、提案されていた気象探査計画DREAMS(Dust Characterisation, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface)に基づいており、風速と風向(MetWind)、湿度(MetHumi)、気圧(MetBaro)、表面温度(MarsTem)、大気の透明度(Optical Depth Sensor; ODS)、大気の帯電(Atmospheric Radiation and Electricity Sensor; MicroARES)などのセンサー群を含んでいる[41]。DREAMSペイロードは着陸後のEDMの表面ミッションの期間、環境観測点として働き、DREAMSは火星の地表で最初の電磁場測定を行う。大気中の砂塵の濃度の測定値を組み合わせて、DREAMSは砂塵を持ち上げる静電気の力の役割や、砂嵐の始まるメカニズムについて新しい見識を提供する。さらにMetHumiは湿度に関する重要なデータからMicroARESを補足し、これによって科学者の砂塵の帯電に関してよりよく理解することを可能にする[41]

また、地表用ペイロードに加えてEDMのカラーカメラシステムは画像の形で貴重なな追加的科学データを提供する。まだカメラの設計は選ばれていない[42]

2018年の打ち上げ[編集]

ロシアの着陸機[編集]

2回目の打ち上げは2018年に予定されており、ロシアの着陸機はエクソマーズ・ローバー英語版を火星表面に展開させる。この再突入・降下・着陸モジュールは80%がロシア側で、20%がESAで製造される[6]。ロシアは2機目の着陸機のハードウェアのほとんどを製造し、ESAは誘導や航法システムの要素を扱う[1]。 この地上基地型着陸機かEDM装置にロシアの原子力電源を装備することで、以前計画されていた数日の観測期間から火星年で1年にわたって地表環境を観測できるようにすることが提案されている[18]

着陸予定地点[編集]

2007年11月の時点で、ローバーの着陸地点には以下の候補がある。[43]

2009年の火星でのメタン源の発見によって、探査のための高付加価値な目標が判明した[12]。メタンの可能性は生命や地学的活動に由来する可能性があるため注目されており、どちらかの確認は主要な探査目的である。メタンは広範囲のプルームで生じ、プロファイルはメタンが個別の地域で開放されたことを暗示している。プロファイルは北緯30度、西経260度と北緯0度、西経310度の2箇所のメタン源の地域があるらしいことを示唆している[44]。最適な着陸点と通信の安定を決めるために、トレース・ガス・オービターは2016年に打ち上げられ、事前に季節的とされるメタン生成を地図化することが決められた[45]。探査車はオービターによって判明したメタン源を調査する。

探査車[編集]

エクソマーズ・ローバーの試験機の初期の設計、2006年のベルリン国際航空宇宙ショーにおいて 他の初期のテストモデル、2007年のパリ航空ショーにおいて
エクソマーズ・ローバーの試験機の初期の設計、2006年のベルリン国際航空宇宙ショーにおいて
他の初期のテストモデル、2007年のパリ航空ショーにおいて

エクソマーズ・ローバーは自走式で六輪の探査車である[46]

関連項目[編集]

[編集]

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外部リンク[編集]