マーズ・クライメイト・オービター

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試験中のマーズ・クライメイト・オービター

マーズ・クライメイト・オービターMars Climate Orbiter)は、マーズ・ポーラー・ランダーと共にマーズ・サーベイヤー'98で開発された2つの火星探査機のひとつである。マーズ・サーベイヤー'98オービターより改称された。

これらの2つの探査機は、火星の、気象気候と、大気中の二酸化炭素の量を観測することにより、火星の揮発性物質(en:volatile)の蓄積、振舞い、大気内での役割を調べ、長期的で間欠的な気候の変化の痕跡について調査するはずだった。

しかし、マーズ・クライメイト・オービターは、航行上のミスにより、予定されていた火星の上空140-150 kmの軌道ではなく、高度57kmの軌道に乗ってしまったために、探査機は、低高度での大気による抵抗圧力に耐えられず破壊された。調査委員会によるとこの原因は、地上局でのとある計算がポンド重・秒(ヤード・ポンド法)の単位で行われていたが、それをニュートン・秒(メートル法)による単位を予期していた探査機の航行担当のチームに単位変換をせずに報告したためである。探査機は、2つの単位システムの間を変換するようにはできていなかった。

ミッションの概要[編集]

マーズ・クライメイト・オービターはデルタ7425ロケットにより、フロリダ州ケープカナベラル空軍基地の第17コンプレックスのAパッドより、1998年12月11日の18:45:51(UT)(13:45:51 アメリカ東部標準時)に打ち上げられた。最初に地球軌道を航行した後、デルタIIロケットの第3ステージエンジンが、探査機を火星への惑星間軌道に乗せた。打ち上げの15日後、ヒドラジン・スラスターにより最大規模の軌道接続操縦(Trajectroy Connection Maneuver; TCM)をした。この後、火星への航行中に、1999年の、3月4日6月25日9月15日にもヒドラジン・スラスターによるTCMが行われた。

探査機は、1999年の9月23日、09:01 UST(5:01 EST)に火星に到達し、軌道進入のために16分13秒の間、主エンジンを燃焼させた。その後、探査機は、09:06 UT ERT(Earth Received Time、地球で受信された時のUST時間。電波信号は火星から地球に到達するのに10分55秒かかる。)に火星の裏側に隠れ、主エンジンの燃焼が終わって10分後の、09:27 UT ERTに再び姿を現し、地球との電波交信を再開するはずだった。しかし、探査機との交信が再開することはなく、探査機からの信号は完全に途絶えてしまった。調査委員会の報告によるとこの失敗の原因は、探査機のあるデータがメートル法で報告されるはずが、ヤード・ポンド法によって報告されていたという、航行上のミスによるものと判明した。これにより、探査機は、軌道進入の際に、予定されていた火星の140-150 km上空の軌道ではなく、57 km上空の軌道に進入した。このような低軌道では探査機は、大気の圧力と抵抗に耐え切れずに破壊されたはずである。

単位の混同[編集]

マーズ・クライメイト・オービターのリアクション・ホイールは、角モーメント非飽和化法(Angular Moment Desaturation:AMD)という方法で、スラスター(軌道・姿勢修正用の小型ロケットエンジン)を噴射することにより、線形(非飽和)の動作領域に保たれるようになっていた。AMDが実施された時、関連する探査機のデータは地球の地上局へ送信されて処理され、AMDファイルと呼ばれるファイルに保存されていた。ジェット推進研究所の航行・運行チームは、AMDファイルから取り出されたデータを元に、スラスターが噴射された時に探査機にかかった力を計算していた。このような、小さな力の探査機に与える影響を計算しておくことは、探査機の軌道を正確に把握しておくために欠かせないことだった。スラスターが噴射された際の、速度変化(デルタV)は、スラスターが噴射されていた時間と、個々のスラスターの性能をモデルするインパルス・ビット(衝撃量)により計算されていた。スラスター動作の計算は、探査機上と、地上支援局の2箇所で別々に行わるようになっていた。探査機に搭載されたソフトウェアは、スラスターによる速度変化を正しく計算し地上局へ送信していた。しかし、地上局のソフトウェアは、元々マーズ・グローバル・サーベイヤー計画のために、書かれたものだった。マーズ・グローバル・サーベイヤーでは、探査機上では速度変化を計算せず、地上局へ送信することもしなかったので、マーズ・クライメイト・オービターから送られた速度変化のデータは、地上局では無視され、地上局でAMDファイルより再計算した速度変化値を使用していた。マーズ・クライメイト・オービターは、マーズ・グローバル・サーベイヤーとは異なる大きさのスラスターを使用していたため、それに合わせて、地上局ソフトウェアのスラスター計算式を書き換える必要があった。しかし、ポンド重・秒から、ニュートン・秒への変換は、元の計算式の中に埋没していて、容易には気づかれないために、書き換えられた計算式には含まれなかった。このため、地上局のソフトウェアによって計算された、インパルス・ビットは、実際より4.45倍大きな値だった(1ポンド重 = 4.45ニュートン)。探査機から送られたAMDファイルを元に、間違った計算式により計算されたインパルス・ビットは、スラスター噴射が探査機の軌道に与える影響を、それだけ小さく見積もっていた。

この、単位の混同の影響は、さらに2つの要因により、拡大された。

  • AMDデータの流れを、最初から最後まで通した試験をしなかった。
  • AMDより計算された結果とは別に、計算を行い、チェックすることをしなかった。

これらは、以前の探査機では、実施されていたが、マーズ・クライメイト・オービターでは予算削減のために省略されていた。