運転できるようになる前に、まず飛行機に乗らなければなりません

Jun 21, 2023

2022 年 10 月 3 日

（音楽）

NASA 発射管制: T-マイナス 15 秒…

ナレーター: 火星探査機がロケットの上にいて、地球から出発する準備ができているとき、それは単なる探査機ではありません。 宇宙カプセルの中にあるそのコンピューターの頭脳は、運転ではなく惑星間飛行に集中しています。 この瞬間、探査機は赤い惑星を目指す「宇宙飛行士」です。

NASA 発射制御: T マイナス 10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、メイン エンジン始動、ゼロ、リフトオフ!

ナレーター: ロケットは点火して空高く上昇し、燃料が使い果たされると、ロケットは地球の重力井戸に落ちます。 その間、宇宙に押し出されたカプセルは、スラスターと呼ばれる小型ロケットによって操縦され、私たちの惑星から遠ざかり、火星に向かって急降下し続けています。

[0:55] 宇宙カプセルはややカキに似ており、背面シェルと熱シールドが上部と下部を構成し、探査車は内部に真珠のように隠されています。 火星の大気圏に到達すると、カプセルは回転し、熱シールドが完全に目的地を向くようになります。

アル・チェンは JPL のエンジニアで、NASA の火星探査車「キュリオシティ」と「パーサヴィアランス」の突入、降下、着陸手順 (EDL) を磨きました。

アル・チェン: 進入、降下、着陸のすべてを 1 つのアイデアにまとめようとするなら、それは「停止する方法を見つける」ということです。

（効果音：宇宙カプセルのシューシュー音）

ナレーター: 探査機のカプセルは、地球から打ち上げられ、宇宙空間を何ヶ月も旅した後、かなりの速度を上げてきました。

アル・チェン: とても早く来ています。 時速12,000マイルか13,000マイルで入ってきます。 そして、その速度とエネルギーをすべて吐き出そうとしながら、着陸するまでに時速 2 マイル程度に落とす方法を見つけなければなりません。

(効果音:大気圏突入)

[1:58] アル・チェン: 私たちが大気圏の最上部を通過しているとき、大気の摩擦加熱により速度が低下しています。 カプセルの速度を下げると、車両の前部が加熱され、当然、大気も加熱されます。 そして、その速度の多くが、その99%が熱として大気中または熱シールド自体に放出されるのです。

そしてその期間中、私たちは生き残ろうとするだけでなく、好奇心と忍耐力を持って、行きたい場所へ車を操縦しようとします。 それは、宇宙船のスラスターを発射して、宇宙船の進行方向を指し示すことを意味します。

（効果音：カプセルスラスターの発射音）

Al Chen: Curiosity と Perseverance の両方に少しの上昇がありました。 非常に貧弱な飛行機の一種と考えることができます。 リフトをさまざまな方向に引っ張って、車両がダウンレンジでどのくらいの距離を飛行するかを制御できるようにします。 それがいわゆる参入指導です。

しかし、それはすべて飛行の極超音速部分にすぎず、時速12、13,000マイルから時速約1,000マイルまで、加速したり減速したりしています。 そしてその時点で、大気は私たちにできる限りのことをしてくれています。実際、他に何もせず、ただカプセルを動かし続ければ、大気のせいであなたがマッハ程度より遅くなることはありません。 1年半。 そこで私たちはこのパラシュートを展開して速度をさらに落とし、時速1,000マイルから最終的には亜音速、つまり音速以下の時速約150、160マイルまで降下させます。

[03:13] (効果音: パラシュートが開く)

アル・チェン: つまり、そのパラシュートは私たちに大きな衝撃を与えます…ご存知のように、私たちの速度を本当に遅らせます。 (笑) 実際には数秒以内に亜音速になります。 そしてその時点で、ついに遮熱板を取り外すことになります。 ここで、大気の暖房がまったくなくなるほどゆっくりと進んでいます。そのため、遮熱板を外して、最後に地面を見てみましょう。

（効果音：遮熱板がはじける音）

ナレーター: 熱シールドは目隠しのようなもので、探査機がレーダーを使用して火星上空に方位を取得するのを妨げていました。

アル・チェン: つまり、レーダーは実際に私たちがどのくらいの速度で進んでいるのか、どのくらいの高度にいるのかを教えてくれるだけなのです。 Perseverance では、カメラで実際に地面を観察し、私たちに向かって押し寄せる地面の写真を撮る機能を追加しました。 そうすることで、行きたい方向に調整することができます。

[3:59] しかしそれでも、この期間中、私たちはパラシュートで降下しており、パラシュートが終わって速度が落ちているにもかかわらず、時速160マイルほどで進んでいます。 したがって、繰り返しになりますが、他に何もしなければ、宇宙船は時速約 160 マイルで地面に衝突することになりますが、これは生存可能なケースではありません。 したがって、地上約 1.5 マイルまで降下したとき、ロケット エンジンに点火し、パラシュートを取り除く必要があります。

ナレーター: NASA の探査機ソジャーナー、スピリット、オポチュニティは、パラシュートにぶら下がっている間はエアバッグに包まれており、パラシュートが廃棄されると、地表に落下し、巨大なビーチボールのように火星の上を跳ね返りました。 CuriosityとPerseveranceはエアバッグには重すぎるため、代わりにジェットパックを使用しました。 ジェットパックは探査機を完全に降下させるのではなく、地表上でホバリングし、「スカイクレーン」と呼ばれる操縦でロープで探査機を降ろした。 探査車の車輪が火星の土に衝突すると、ロープが切断され、ロケット弾が探査機にダメージを与えないようにジェットパックが遠くに飛び去った。

（効果音：スカイクレーンとジェットパック）

[5:03] ナレーター: 火星への突入、降下、着陸は非常に速い速度で行われるため、探査車は自ら操縦する必要があります。

アル・チェン: 着陸システムの種類にもよりますが、大気圏の頂点から地上までは 6 ～ 7 分かかります。 私たちや宇宙船が何をする必要があるかを考える時間はほとんどありません。

片道の光時間、つまり信号が火星から地球に届くまでの時間は異なります。 着陸までの時間は、ほとんどの場合 10 ～ 15 分程度です。 つまり、それはちょうど宇宙船が私たちに何を伝えているのかを理解する時期なのです。 コマンドを送り返すにはその 2 倍の時間がかかります。 したがって、目で見ているものと運転しようとしているものの間に往復 20 分の遅れがあるリモコンカーを運転しようとしていると想像してください。 それは耐えられないですよね？

そのため、宇宙船は自力で最深部まで飛行しなければなりません。7分間の恐怖の中、大気圏を通過するので、家に助けを求めることはできないからです。 問題があることを認めて先に進み、止まる理由がないので正常に着陸できるよう努力し続けます。 立ち止まることは死でもある。 だから、続けたほうがいいかもしれません。

[6:03] ナレーター: アルは、この 7 分間が時計のように進むように何年も費やしてきました。

アル・チェン: 好奇心と忍耐力の間で、私は個人的に 19 年間、14 分間を費やしてきました。 最初の7分間は10年、次の7分間は9年でした。

ナレーター: この 7 分間は、宇宙船が不要になった部分を脱ぎ捨て、他の部分を初めて活性化するという変革的な時間でした。

アル・チェン: 私たちは基本的に、複数の異なるタイプの宇宙船を飛行しています。 私たちは宇宙を飛び回ります。 私たちは極超音速飛行と超音速飛行で別の飛行をします。 次に、パラシュートで別の飛行機を飛ばします。 そして、パラシュートが終わったら、降下ステージと探査機を組み合わせたもう一つの動力飛行体を飛行させます。 そして最後にその車両をスカイクレーンに変えて探査車を降ろします。 したがって、宇宙船のこれらすべての個々の部品を連携して飛行させるという、正しい方向に進む必要がある一連の作業が継続的に行われます。 そして、これらの基礎だけでなく、システムのより基本的な部分でさえも問題が発生し、そのいずれかが悪くなるということは、誰にとっても悪い日を意味します。

[7:06] 一般に、宇宙船を所有している場合、分解する必要があると確信するまでは分解したくありません。 遮熱板を外すときなどは、遮熱板を固定するボルトがあり、それを使用します。爆発物でボルトを破壊するため、これは火工品と呼ばれます。

(効果音:複数の爆発音)

アル・チェン: また、宇宙船のさまざまな部分がチューブや電線で互いに接続されている他の場所では、発火装置を使用してカッター (基本的には爆発的に作動するナイフ) を発射し、宇宙船のさまざまな部分を切断して、それらを分離します。 Curiosity にはそのうち 70 件以上がありました。

ナレーター: たとえ技術者たちが着陸システムのすべての面が機能すると確信していたとしても、火星自体には制御できない性質がまだあります。 このミッションでは、火星が着陸日にどのように動作するかをかなり前に予測する必要があります。 こちらは、Perseverance の誘導、ナビゲーション、制御を指揮した JPL エンジニアの Swati Mohan です。

[8:06] Swati Mohan: 打ち上げ期間と着陸期間の選択では、非常に多くの異なる属性を考慮しています。 火星の塵の季節、太陽周期の季節、着陸予定時の太陽の角度を考慮する必要があります。 私たちは、2020 年と 2021 年に起こることについて、2012 年、2013 年あたりに決定します。それには周期的な性質があります。 地球と火星は、太陽の周りを横切るように、2 年ごとに少しずつ整列します。 したがって、その 3 週間の枠内に打ち上げれば、火星までの飛行期間を最短にすることができます。

そして、火星に着陸するのは非常に困難ですが、それにはいくつかの理由があります。 火星の地形の起伏は、目的地に応じて、非常に急激なものから、オリンポス山の頂上のように非常に高いものまで、または非常に低いものまであります。

[9:08] 火星は地球より小さいです。 重力は減りましたが、それでも雰囲気はあります。 そして現在、大気の厚さは地球の約100分の1なので、それを考慮する必要があるほど厚いというこのカテゴリーに属します。 それは、大気のない月面着陸のようなものではなく、そのまま降下することができます。 そして、火星の大気は季節によって変化するため、その変化であっても、選択した季節の大気の密度に応じて、数百メートルの追加のパフォーマンスが得られます。

したがって、重力、地形、太陽の照度、ダストサイクルと大気に対するこれらすべての調整機能を車両に組み込んで、火星に安全に着陸するために降下中にそれらすべてを即座に管理する必要があります。

[10:03] ナレーター: 宇宙船が火星に到着し、地表に向かってスワン ダイブを開始すると、ミッション コントロールの 1 人がすべてのステップを指示する任務を負います。これは、オリンピックの解説者がアイススケート選手の演技を説明し、動きや動きを詳しく説明するのと同じです。うまくいけば、勝利のフィナーレをもたらす飛躍。 パーサヴィアランス探査機の着陸の解説者はスワティでした。

スワティ・モハン: 私は実際にうまくいかない可能性があることすべてを熟知しており、実際に地面に無事着地するためにすべてがうまくいくためには何が必要かを熟知していました。 EDL コメンテーターの役割で最も緊張するのは、物事が私たちの望むように進まない場合にどうすればよいかを知ることであったと思います。 「このデータを見たらこう言う」という巨大なフローチャートがありました。 このデータを見た場合は、その話をやめてください。はるかに高い給与等級を持つ誰かが後を引き継ぐでしょう。

[11:04] EDL解説者スワティ・モハン: パーサヴィアランスは現在、地上にレーダーロックを設置しています。 火星の表面上空 6.6 キロメートルで、流速は秒速約 100 メートルです。 （拍手）

スワティ・モハン: 私がパーサヴィアランス号の突入、降下、着陸の全体の映像を初めて見たのは、実際の着陸日から 6 か月後でした。 それまでは、それは私にとってまだ見ることができないほどのトラウマ的な出来事だったと思います。 しかし、私はそれがどのように認識されているかにショックを受けました。あの番組では、起こったすべての出来事を私がただ述べているだけでした。 しかし、実際にはそれは私の経験ではありませんでした。 私の場合、突入、降下、着陸のチーム全員のことが耳に入ってきました。 私たちが何年も一緒に働いてきたすべての声がこれらのイベントを次々と呼んでいるのを聞きました。

さて、彼らは皆、技術的な話でそれを呼んでいましたよね？ 私たちがこれらの出来事に与えたすべての頭字語や専門用語、略記、そして私の仕事は、彼らが言ったことを一般の人々が理解できるものに翻訳することでした。

[12:05] しかし、それは本当に非現実的な感覚でした。 まるで別のシミュレーションのような部分もあった。 私たちはチームにこれらの正確なシナリオを 2 ～ 3 回練習させ、実際の着陸日に何をすべきかを確実に理解できるようにしました。 しかし、本当に心に刺さったのは、最初のイメージが Perseverance から戻ってきたときでした。

私たちがシミュレーションを行ったとき、モックアップの中で親指を 2 つ上げているテストベッド エンジニアのイメージが戻ってきました。 しかし、着陸の日、パーサヴィアランスから火星と地表の安全な探査機を映した最初の画像を取得したことは、まさに驚異的でした。 それはすべてが順調に進んだことを意味していました。 それは地面にあり、安全で、逆さになったり、そのような奇妙なものではありませんでした。 (笑)

(イントロミュージック)

[13:26] ナレーター: NASA のジェット推進研究所のポッドキャスト「On a Mission」へようこそ。 私はレスリー・マレンです。このポッドキャストのシーズン 4 では、火星の探査車の軌跡を追ってきました。 探査機が赤い惑星で車輪の跡を作り始める前に、まず地球から火星までの悲惨な旅をしなければなりません。

これはエピソード 9 です: 運転できる前に、まず飛ばなければなりません。

（音楽）

ナレーター: 火星着陸の成功は、1976 年に NASA のバイキング 1 号および 2 号着陸船から始まった長年の経験の集大成です。

[14:05] アル・チェン: 私たちは常に以前に学んだことに頼っており、以前に下した決定の一部が次に何をするかを形作ります。 バイキングの時代まで遡ってください。70 年代まで遡ると、私たちは火星についてほとんど知りませんでした。 私たちは火星についてまだそれほど多くのことを知りませんが、当時よりもはるかに多くのことを知っています。 大気の濃さはわかりませんでした。 薄いことは分かっていましたが、どの程度薄いのかは分かりませんでした。 そして、私たちは地上で何が見つかるかほとんど知りませんでした。

ナレーター: 地球からの望遠鏡観測に加えて、NASA は 1960 年代後半から 70 年代前半にかけてマリナー ミッションを火星のそばを飛行させたり、マリナー 9 号の場合は火星の周回飛行をさせたりしていました。 しかし、それでも、これらのミッションからの画像は、惑星の表面の詳細を提供しませんでした。

アル・チェン: 私たちが使用していたカメラは解像度がかなり低かったです。 私たちが着陸しようとしていたバイキング着陸船の規模では、個々の岩や現地の地形は見えませんでした。

[15:00] 現在、私たちはいわゆる「ダイレクトエントリー軌道」をたどる傾向にあります。 その代わりにバイキングがやったのは、探査機に着陸船を取り付け、バイキング1号とバイキング2号の両方を一緒に火星に送り、その後、火星に着陸するために着陸船を分離する前に両方を軌道上に乗せることだった。 そしてそれは私たちにとっていくつかのことをもたらしましたよね？ 私たちは火星についてほとんど何も知らなかったため、探査機は火星に安全に着陸するために着陸船を緩める前にある程度の偵察を行うことができました。 つまり、それは私たちが今やっていることとは大きな違いでした。

しかし、『バイキング』で見られる多くの作品が再び登場します。 彼らは、進入、降下、着陸の極超音速部分では減速し、目に見えるかもしれない加熱に対処しなければならないことを知っていました。 そして実際、バイキングが飛行したのと同じ形状の前体で、私たちは今日に至るまで飛行し続けています。 火星に飛行したすべての NASA ミッションには、同じ形状の熱シールドが装備されていました。 70度の球体です。 大きさは違っていたかもしれませんが、正面は同じでした。私たちは毎回同じ顔を火星に見せてきました。

[15:57] バイキングには進入中に自ら操縦する能力があり、好奇心と忍耐力のような少しの揚力があったが、彼らは大気の薄さを非常に心配していて、標高がどのくらい高いのかよくわかっていなかったからだ。 、バイキングに関するすべては高度を取得しようとしていた。 彼らは実際に遮熱板を通して見ることができるレーダーを持っており、進行中の高度を確認できました。 彼らは時間内に停止できないことを死ぬほど恐れていました。 その一環として、彼らは超音速パラシュートを開発しました。 その超音速パラシュートにより、彼らは熱シールドを投棄し、降下中に速度を得るのに役立つより正確な第 2 レーダーを使用できるようになりました。 そして、私たちと同じように、彼らはできるだけ長くパラシュートに乗り、仕事を終えるにはエンジンが必要でした。

バイキングは足で着陸したため、シャワーヘッドと呼ばれる小さなノズルがたくさん付いたエンジンを持っていました。 地上に多くの撹乱を引き起こす可能性のある 1 つの巨大なノズルの代わりに、ロケットから出てくる集中ジェットが地面に衝突するようなものだと考えてください。砂っぽいのか、それとも岩が固いのか。 彼らは、私たちがいわゆる「墓穴を掘る」ことを恐れていました。 ロケット エンジンはクレーターを作り、最終的にはそこに車両を着陸させます。巨大な穴を掘るだけです。

[17:09] それで、彼らはそれを心配したので、これらのスロットルエンジン、つまりどのくらいの推力が出るかを非常に正確に制御できるエンジンを採用しましたが、地面の乱れをどれだけ減らすかを試みるためにこれらのシャワーヘッドノズルを追加しましたありました。 そして、彼らはこれら 3 つのエンジンを使って地上まで飛行し、着陸時にそれらのエンジンを停止しました。

ナレーター: バイキングの後、NASA は 20 年間、火星に着陸船を送りませんでした。 生命を検出するために設計されたバイキングの実験は決定的なものではなかったため、NASA は宇宙探査の他の側面に焦点を当てました。 1990 年代に NASA が火星の表面に再挑戦することを決定したとき、EDL エンジニアはバイキング着陸システムを再作成する必要がありましたが、それをパスファインダー着陸船とそれに搭載される小さなソジャーナー探査車に適合させる必要がありました。

[17:57] アル・チェン: パスファインダー自体は、さまざまな意味で、私たちが再び火星に着陸できることを示す試みでした。 しかし、パスファインダーはバイキングよりもはるかに少ない資源で火星に着陸しようとしました。 したがって、オービターと一緒に軌道に乗ろうとするのと同じアプローチをとることはできませんでした。 私たちはオービターを作りたいわけではありません。 私たちは火星に着陸したいだけです。 打ち上げ時には、火星と火星の大気圏に向かって真っ直ぐに向かうことになります。

今では雰囲気が少しわかったので、時間内に停止しようとする心配が少し減りました。 したがって、大気圏の上層部で車両を制御しようとする代わりに、砲弾を作って、それが向かうところまで進んでみましょう。 それでは、飛行の超音速部分に移ります。 バイキングのあの超音速パラシュートはそのままにしておきましょう。そうしないと、あまりにも早く地面に着地することになるからです。ただし、より現代的な素材を使用してください。

そして、そこから状況が大きく異なります。 バイキングが開発したスロットルエンジンなどはかなり高価でした。 そのため、スロットル エンジンの代わりに、ほぼ「バン、バン」という音を発する固体ロケット モーターを使用しています。 固体ロケット モーターには、オンとオフの 2 つのスロットル レベルがあります。 これで、私たちが「三体システム」と呼んでいるものが完成しました。上部にパラシュート、中央にロケット弾を備えた後部シェル、そしてその下部にエアバッグに包まれた着陸船がぶら下がっています。 地面に近づくと、これらのエアバッグが膨張します。

[19:07] (効果音: エアバッグが膨らむ)

アル・チェン： 2階建てくらいの高さなので、小さくはありません。 私たちは小さな着陸船を 2 階建てのエアバッグ (笑) で包み、岩やその他の地形などにぶつかったときに備えて保護しています。 そして、本当に地面に近づいたら、頭上にあるロケットモーターを点火しましょう。

（効果音：ロケットモーター）

アル・チェン：最後は本当にスピードを落とします。 つまり、時速 50、60 マイルから速度がゼロ、または可能な限りゼロに近くなり、着陸船が切り離されます。

(効果音: 着陸船が切り離され、エアバッグが跳ねる)

アル・チェン: そして、その着陸船は、もちろんエアバッグに包まれていて、地面にぶつかって少し跳ねたり、転がったりするかもしれませんが、うまくいけば、それらのエアバッグが私たちを守ってくれます。 そして、停止したら、エアバッグを収縮させて開くことができます。 それがあなたの着陸船です、無事に火星に到着しました。 そしてそれがまさにパスファインダーで起こったことです。

ナレーター: 1997 年のパスファインダー着陸船とソジャーナー探査機の成功後、NASA はさらに多くの探査機を火星に送る準備をしていました。 しかし、2004 年初めに火星に到着する予定だった双子の探査機スピリットとオポチュニティでは、着陸レシピを再度微調整する必要がありました。

[20:09] アル・チェン: ほとんどの場合、着陸は似たようなものです。弾道突入、同じ種類の熱シールド、後部シェル内の固体ロケット、最後にエアバッグを使用して、火星への直接の道を進んでいます。 しかし、質量が少し増加したため、水平方向の速度に対処するために、Spirit と Opportunity に新しいシステムを追加する必要がありました。

そのため、以前は、スロットル エンジンを備えたバイキングは、降下中に垂直速度と水平速度を制御できました。 パスファインダーでは、固体ロケットモーターだけを使用しており、後部シェルがどの方向を向いていても、ロケットが発射される方向であり、その方向が減速する方向であることにほとんど対処する必要がありました。

つまり、この 3 体システムで物体が揺れているときに後部シェルが傾いている場合、このパラシュート、この後部シェル、この着陸船がある場合に、後部シェルのロケットが傾いていない場合を意味することがありました。ロケットモーターを真下に向けて発射すると、水平方向の速度が上がります。 そしてそれは悪いことかもしれません。 エアバッグで対応できるのは限界があります。 探査機が重くなり、したがって私たちが止めようとしているもの全体も重くなるにつれて、私たちが使用したエアバッグの素材は鋭い石などに対処するのに苦労していました。

[21:11] そこで、Spirit and Opportunity にシステムを追加する必要がありました。このシステムでは、下降中に写真を数枚撮り、それらの写真からどれくらいの速度で横に移動しているかを把握しようとしました。 そして、バックシェルに横向きの小さなロケットモーターを追加したので、どちらかの方向に少し押すことができ、エアバッグが大量の横向きの力に対処する必要がなくなります。それは彼らを引き裂き、私たちが最悪の一日を過ごすことになるかもしれません。

（音楽）

ナレーター: ほぼ 1 トンの探査車キュリオシティを設計する際、着陸システムにさらに大幅な変更を加える必要がありました。

アル・チェン: Spirit and Opportunity から次の探査機、Curiosity に移行するにつれて、約 170 キロの探査機から、Curiosity を搭載した約 900 キロの探査車に移行します。 これらのエアバッグはエネルギー吸収システムであり、質量が 5 倍に大きくなったため、より多くのエネルギーに対処する必要があります。 しかし、エアバッグは材料の観点から私たちができると考えていた限界に達していました。 したがって、Curiosity に到達するには、新しいアプローチを考え出す必要がありました。

[22:15] Curiosity の一部であり、このようなはるかに大きな探査車を着陸させるというアイデアは、火星が私たちに投げてくる可能性のあるものの上を走り回ることができるように、より大きな車輪とより大きなサスペンション システムも構築するつもりだったということでした。 平坦な道をただ走り回るのは嫌でした。 私たちは急な坂を登ったり、岩の上をドライブしたかったのです。 そのため、私たちには進入、降下、着陸の面でチャンスが残されました。 火星に対処するためにすでに構築されているシステムを、火星への着陸にも使用してみてはいかがでしょうか?

ナレーター: 探査機ソジャーナー、スピリット、オポチュニティはすべて、エアバッグだけでなく着陸プラットフォーム内に押し込まれていました。 着陸後、エアバッグは収縮し、プラットフォームが開き、スロープが伸びて探査車が火星表面まで降下する道を提供しました。 Curiosity のタッチダウンにはそのようなプラットフォームは必要ありません。

[23:04] アル・チェン: スカイクレーンの背後にある全体的なアイデアは、探査機を車輪で着陸させましょう、ただし、着陸時に目に見える荷重が走行中に見える荷重よりも悪くない程度に十分にゆっくりと探査機を着陸させましょうということです。火星の周りに、そして負荷とは、力のことを意味します。 車両が走行中に岩から落ちた場合、ある程度の衝撃や他の力が探査機を通過することになります。 火星の岩から落ちたかのように探査機をそっと降ろすことができれば、着陸船を新たに建造したり、エアバッグやその他のタッチダウンの衝撃を和らげるために開発したりする必要はありません。

そのため、探査車を降下させるには、着陸システムの基礎がさらにいくつか必要でした。 そのうちの1つはレーダーです。 私たちは、より正確な高度計と速度計、つまり、1 秒あたり 10 分の 1 メートルの精度で、どのくらいの速度で進んでいるかを正確に知る機能を必要としていました。 さらに、それを知っていることと、それをコントロールできることは別のことです。 しかし、オンとオフの 2 つの設定がある固体ロケット モーターでは、そのような仕事はできません。 しかし、良いアイデアは決して消えることはありません。 バイキングには高精度のスロットル エンジンがありました。 ほぼ任意の推力レベルを調整できます。

[24:11] 彼らが開発したのは 1970 年代で、現在は 2000 年代初頭だったため、これらのエンジンを再構築する方法を見つけるために、少し考古学的なプロジェクトを行う必要がありました。 それは、人々の机の下のケースに保管されていた古いエンジンを見つけ、それを開け、切断して中に何が入っているかを確認し、すべての設計図を見つけて、それらのエンジンを再び構築する方法を見つけようとすることを意味しました。

しかし、私たちは変化を起こしました。 シャワーヘッド ノズルの代わりに、グラウンド プルームの外乱 (地面に衝突して巨大なクレーターを作るロケットの推進力) に対処するための小さなエンジンがすべて、現在、探査機を下に置き、エンジンを上に置いているので、これが必要です。ロケット動力のジェットパックでは、エンジンが地面からさらに離れたところにあるため、シャワーヘッド ノズルはもう必要ありません。 したがって、実際には 1 つのベル ノズルだけでより効率的なシステムを作成できます。 そしてもちろん、この 900 キロの探査機では、はるかに多くの質量を着陸させることができるため、バイキングが持っていたエンジンは 3 基だけではなく、現在は 8 基になっています。

[25:06] ナレーター: より大型でより重い探査機を火星に着陸させるために必要な変更は、スカイ クレーンとロケット モーターだけではありませんでした。 キュリオシティのサイズは、大気圏の上空でも問題を引き起こしました。 研究チームは、これまでの探査車を火星大気圏突入時の炎から守っていたのと同じ種類の熱シールドを使いたかったが、キュリオシティは非常に大きく、探査機の宇宙カプセルの熱シールドとバックシェルは合わせて「エアロシェル」と呼ばれていた。もっと大きくなければなりませんでした。

アル・チェン氏: キュリオシティでは、直径 2.65 メートルのエアロシェルから、直径 4.5 メートルのエアロシェルに移行しました。 そしてそれは、「より大きな構造物を建てる」という観点だけでなく、暖房の観点からも無料ではありませんでした。 宇宙船を建造するにつれて、熱シールド上で乱流が発生し始め、それが発熱の増加を引き起こします。 したがって、宇宙船が重くなり、幅が広くなると、流出するエネルギーが増えます。

[26:06] 私たちは当初、バイキングとパスファインダー、スピリットとオポチュニティで非常にうまく機能したのと同じヒートシールド熱保護素材を使用するつもりでした。 しかし、その素材がキュリオシティで期待していた加熱条件に対処できるかどうかを確認するためのテストを開始したところ、その素材は消えてしまいました。

（効果音：遮熱材破壊）

アル・チェン: 狂ったように血が流れてしまいました。 そして、これは私たちにとってすでに開発のかなり遅い段階でした。 デザインが決まり、すべてを構築する準備が整いましたが、時間はほとんどありませんでした。 発売から2年経ちましたが、遮熱材はありませんでした。 しかし幸運なことに、NASA は PICA (フェノール含浸カーボンアブレーター) と呼ばれる新しい熱保護システム材料の開発に取り組んでいました。 そして私たちはすぐにそれに飛びつきました。

ナレーター: キュリオシティのパラシュートも超大型にする必要があり、これがまた問題を引き起こしました。

アル・チェン: これまでに使用したパラシュート、スピリットやオポチュニティに使用したパラシュートより大きいバイキングサイズのパラシュートでさえ、速度を十分に低下させるには十分ではありませんでした。 彼らはバイキングのために16メートルくらいのパラシュートを持っていました。 そして、停止するには高さ 21 メートルのパラシュートが必要であると判断しました。

[27:12] そこで私たちはより大きなパラシュートを開発しました。 繰り返しになりますが、バイキングのデザインと同じラインに沿って、同じ形状をスケールアップしただけです。 そして、より現代的な素材を使用し、素材は私たちがスピリットとオポチュニティで飛ばしたものに沿っています。 そして私たちはそれをここ米国最大の風洞、エイムズ研究センターに持ち込み、そこでも多くの冒険をしました。通常はシュートを爆破したり、シュートを反転させたりする作業が必要でした。

（音楽）

アル・チェン: 火星では、宇宙船の後部からこのパラシュートを迫撃砲か大砲で発射します。 そして、パラシュートは 1 秒未満、つまり 10 分の 6 秒程度で膨らみます。 つまり、本当に詰め込まれた状態から木材の密度まで変化するのは電光石火の速さで、その後、非常に激しく、非常に早くフルサイズまで膨張し、オイル缶ほどの大きさから始まり、最終的にはあの巨大なサイズに達します。膨らませると、リトルリーグの内野とほぼ同じ大きさです。

[28:08] しかし、パラシュートが大きいほど、膨らませるのに時間がかかります。 火星では、10 分の 6 秒ではなく 10 分の 5 秒について話しているので、これはそれほど大きなことではありません。 すべてが速いです。 しかし、ここ地球では、数秒かかる場合があります。 海面にある風洞でテストを行っています。 大気ははるかに厚く、重力のようなものがパラシュートに作用し始める可能性があります。

したがって、このパラシュートを大砲から発射すると、パラシュートが完全に膨らむのに十分な空気が満たされる前に、パラシュートが一列に伸びてしまいます。 その間、パラシュートの上部が落下する可能性があり、「リーディングエッジクロスオーバー」と呼ばれるもので、上端が他のラインの下に落ち、他のラインを通過します。 そして、最終的にキャノピーに十分な空気が入って膨らむと、すべてが変形し、バラバラになってしまいます。 それは素晴らしいことではありません。

[28:53] しかし、私たちは最終的に、これは地球テストの問題であると判断しました。 火星ではパラシュートが非常に早く膨らみ、重力などの影響で膨らむのに数秒かかるため、火星ではそれらの現象が起こるのに十分な時間がないため、火星ではこの種のクロスオーバーは起こらないでしょう。 そこで、地球上でそれに対処するために、私たちは実際に反転防止ネットを追加しました。これは、パラシュートが引っ張られたくない場所を通って引っ張られるのを防ぐために、パラシュートの天蓋の端の線の間に設置したネットです。を通して。

ちなみに、風洞内でパラシュートをテストするこの方法は新しいものではありませんでした。 Spirit と Opportunity の場合、実際に同じ風洞に行きましたが、パラシュートが小さく、膨らませるのにそれほど時間がかからなかったため、この問題は実際には発生しませんでした。 そのため、パラシュートを拡大し、同じ形状と同じ材料を使用して少しだけ大きくするなど、単純なことをしていると思っている場合でも、予期せぬ出来事があなたを苦しめる可能性があります。

ナレーター: キュリオシティの火星への飛行に必要なすべての変更は、チームを動揺させました。 宇宙ミッションはうまく機能することが証明されているテクノロジーに依存しており、システムへのほんの小さな変更でさえ、システムが予期せぬ形で変化する可能性があり、バタフライ効果によって探査機が大惨事に向かって急降下する可能性があります。

[30:02] アル・チェン: 怖かったです。 ミッション中には、購入者が何らかの後悔を感じているように感じる点が常にあります。 やると言ったことは本当にできるのでしょうか？ そして、『Curiosity』では、そのミッションの早い段階で、自分たちがたくさんの新しいことをかじっていることに気づいていたと思います。 しかし、成功するたびに自信が高まります。 そしてもちろん、Curiosity で得た自信は計り知れませんでした。

探査機キュリオシティの着陸: EDL コメンテーターのアル・チェン: タッチダウンが確認されました。 火星では私たちは安全です。 （拍手、悲鳴）

ナレーター: Curiosity は着陸に成功しましたが、後で EDL チームがすべての詳細を確認したところ、エラーがなかったことがわかりました。

Al Chen: 私が今でも恥ずかしく思っている『Curiosity』での最大の間違いは、タッチダウン速度を再構築しようとしたときにかなり明らかになりました。 ゆっくりと接地しようとしていたことを思い出してください。ゆっくりとは、時速約 1 マイル半、秒速約 0.75 メートルで接地することを意味していました。 しかし、私たちが着地した速度は秒速 0.6 メートル強で、予定よりも遅かったです。 打撃が遅すぎると良くありません。理由の 1 つは、より多くの燃料を消費することになるからです。 そして 2 つ目は、何かを理解していなかったということです。

[31:08] 私たちが行ったゲイル クレーター、幅 100 キロメートル、深さ 4.5 キロメートル、その中に 5 キロメートルの山が突き刺さっているクレーターです。私たちは何か根本的な間違いを犯しました。そして、それは重力であることが判明しました。 ここ地球上のヒマラヤ付近では重力が地球上の他の場所と少し異なるのと同じように、ゲイル クレーターではその影響が考慮されておらず、それが着陸が遅すぎる原因となっています。 私たちは重力がある程度あると考えていましたが、予想から約 400 マイクロ G 外れていました。 とてもではありませんが、私たちは二度と同じ間違いを犯したくありませんでした。

好奇心を犠牲にすることはありませんでした。 燃料はたっぷり余っていましたが、逆の可能性もあったのではないでしょうか？ 逆方向の重力について間違っていたら、もっと強く接地できたかもしれません。 そこで、Curiosity と Perseverance の間に私たちが行ったことの 1 つは、火星の高解像度の重力マップを開発することでした。

[32:00] ナレーター: キュリオシティの着陸におけるもう 1 つの予期せぬ側面により、パーサヴィアランスのパラシュートが変更されました。

アル・チェン: パラシュートが展開したとき、パラシュートが膨張する前にずっと伸ばそうとするため、途中でナビゲーションエラーが発生しました。 それで、それは奇妙です。 私たちは慣性測定ユニットを持っています。これを内耳がどちらの方向に進んでいるのか、どのくらいの速度で進んでいるのか、どのくらいの加速度を受けているのかを把握しようとしているようなものだと考えてください。 そして、何かを後ろに非常に速く投げ、それがこの非常に硬いロープの端に当たると、システム全体が非常に強く引っ張られ、物が揺れます。

（効果音：パラシュート、風、金属の揺れ）

アル・チェン: それで、『パスファインダー』以来、パラシュートの素材を最新のものに切り替えました。ここがまた私たちを苦しめるようなところですが、ほとんど変更はありません。 ケブラーやベクトランなどの最新の素材は、以前に使用されていたものよりもはるかに硬いです。 それは、システムを通じて衝撃を伝達することを意味します。 そして結局のところ、慣性測定装置が設置されていたパネルが、装置自体の共振周波数の 1 つに似た周波数でたまたま振動したことが判明しました。 そのため、この揺れが拡大され、実際には車両全体に起こっていない速度や加速が起こっていると車両に錯覚させることになりました。私たちがこのパネルを狂ったように揺さぶっていたため、たまたまそれらが感知されただけです。これらのパラシュートを展開するのはかなり困難です。

[33:20] そこで、実際にパラシュート システムとセンサーの両方にいくつかの変更を加え、その問題に対する感度を下げるためにセンサーの使用方法を変更しました。

ナレーター: パーサヴィアランス探査機はサイズと重量がキュリオシティと似ていたため、チームは宇宙カプセルに多くの変更を加える必要はないと考えました。 実際、彼らは 10 年以上前にもともとキュリオシティ用に作られたヒートシールドを使用することさえ計画していました。

アル・チェン: 通常、宇宙船を作るときは飛行物品を作ります。飛行物品は実際に宇宙、この場合は火星に送るものです。 もう 1 つは、フライト 1 に何か問題が発生した場合に備えてスペアであり、スペアと交換して飛行することができます。 そこで私たちは、「キュリオシティで使用できる非常に優れた予備の熱シールドがある。そして基本的に同じことをパーサヴィアランスでもやっている。それを飛ばしてみたらどうだろうか？」と考えました。

[34:07] この遮熱板はしばらく倉庫に眠っていたので、埃を払いました。 しかし、それが依然として優れた熱シールドであること、保管期間中に問題が発生していないこと、または実際に火星に飛行したものと大きな違いがないことを確認するために、私たちはそれに対して負荷テストを行いました。 なぜなら、極超音速の期間を経て、発生している激しい加熱を生き延びようとしているとき、極超音速で移動し、大気を利用して停止するという事実が、エントリー車両に大きな力を加えるからです。 実際、私たちは Curiosity とその熱シールドを 15 地球 G の減速に耐えられるように設計しました。これは地上における地球の重力の 15 倍であり、これは非常に大きな値です。 それが、人を飛ばすのではなくロボットを飛ばすことの良いところです。 15個のアースGは戦闘機パイロットさえもグーにしてしまうだろう。 しかし、ロボットに 15 個の Earth G があれば問題ありません。

しかし、それらの負荷をかけ始めると壊れてしまいました。 ヒートシールドの周囲に見事な亀裂が発生しました。 そのため、その熱シールドはパーサヴィアランスで火星に飛ばされませんでした。 (笑)

[35:05] ナレーター: 新しい熱シールドなどの必要な変更に加えて、EDL チームは着陸システムにも改良を加えたいと考えていました。 レンジ トリガーと呼ばれるアップグレードの 1 つは、コンピューター コードのわずか数行の単純な変更でした。

Al Chen: これは実際に Curiosity で考えていたアイデアですが、すでに新しいものが多すぎると判断したため、この範囲トリガーのアイデアは行き過ぎでした。 しかし、Perseverance については、この新しいパズルのピースを追加できるかどうか見てみましょう。 そしてそれは、車両が認識した場所に基づいて超音速パラシュートを展開する機能です。

Curiosity では、一定の速度に達したときにパラシュートを展開するだけでした。 適切な速度で進んでいることに気付いたら、パラシュートを展開します。そうすれば、どこにいても、どこに降りてくることになります。 そこで、Perseverance についてもう少し賢くしてみましょう。 ここで、パラシュートを展開するための安全な速度範囲内にある限り、速度だけではなく、パラシュートがあった場所に基づいてパラシュートを展開する機能を Perseverance に与えてみましょう。 そして、パラシュートをより正確に展開できたため、着陸楕円 (地上に降りられる場所) をかなり縮小することができました。

[36:12] そこで、Curiosity では長さ 20 キロメートル、幅 10 キロメートル程度の楕円から、長さ約 7.5 キロメートル、幅約 6.5 キロメートルのパーサヴィアランスの着陸楕円に変更しました。 そのため、下ることができるエリアをかなり縮小しました。 突然、この着陸楕円をより狭い場所に配置し、針に糸を通し、危険に囲まれる可能性がありますが、大丈夫です。

ナレーター: パーサヴィアランス着陸システムには、これまでのミッションでは着陸が懸念されていたより危険なエリアを狙うことができる、別の革新性がありました。

アル・チェン: 科学者たちがずっと行きたいと思っていた場所がありますが、私たちの着陸技術はそこに到達するには十分ではありませんでした。 科学者と突入、降下、着陸の技術者の間には常に緊張があります。 地質学者は皆、グランド キャニオンが大好きです。 彼らは、簡単にアクセスできる崖の面、科学的に興味深い目標、または私がそれらを死の罠と呼んでいる、すべての歴史があなたのために展開されている場所を訪問したいと考えています。

[37:08] 私のようなエントリー、下降、着陸の男は駐車場を探しています。 平らで退屈な場所。 パーサヴィアランスを導入する前、私たちはできるだけ滑走路に近い、長さ数キロメートルの都市のようなエリアを探していました。 そこで私たちにとっての質問は、「着陸楕円内の安全な場所まで飛行できる機能を追加できないか?」ということでした。 小さな小さな駐車場をたくさん作ることができ、そうすれば着陸楕円の中に科学的に興味深い死の罠を設置することができます。 ご存知のとおり、遠く離れたグレート プレーンズに着陸してからグランド キャニオンまで車で行く必要はありません。 グランドキャニオン自体の隣の駐車場に自分で着陸することができます。 これが、Terrain Relative Navigation の背後にある考え方です。

つまり、パラシュートが展開し、遮熱板が外れた後、私たちは時速 160 マイルで地上に向かって突進しているにもかかわらず、依然としてレースカーの速度で走っているのです。そのとき、私はエレベーターの音楽が流れます。 待っていた。

(エレベーター音楽)

[38:02] アル・チェン: 次のパートを待っているところです。 私たちは下山中ですが、できれば穏やかに、あるいはそれほど穏やかではないかもしれません。 しかし、車両自体は地面を見て、近づいてくるのを見て、それに対処しています。 パラシュートで降下している時間を利用して、自分がどこにいるのかを把握しましょう。

ナレーター: これを行うために、探査車は、スピリットとオポチュニティがパラシュートにぶら下がっているときの横方向の動きを把握するのに役立つ画像処理システムの最新バージョンを使用します。 Swati Mohan のチームは、この改良された機能を Perseverance に追加しました。

Swati Mohan: Lander Vision System は、Terrain Relative Navigation システムの重要な部分を占めています。 私は最初からそこにいて、遺産キュリオシティの進入、降下、着陸システムにどのように外科的に挿入するかを考えていました。 着陸日に確実に機能するように、これらすべての要素をどのように組み合わせればよいでしょうか?

（音楽）

スワティ・モハン: キュリオシティの突入、降下、着陸システムは主にレーダーを使用して、地表に対してどこにいるかを判断します。 これは目を閉じて手を出して地面を感じるのと似ています。 指が叩くタイミングに基づいて地面からどのくらい離れているかはわかりますが、自分がどこにいるのか、どの地面を叩いているのかはわかりません。

[39:15] そして、Terrain Relative Navigation を使用すると、目を開けたまま実際に着陸することができます。 降下中に地表の写真を撮る見下ろしカメラを追加し、軌道画像を使用して事前に作成した地図と比較し、それらを相関させて「これらの画像に基づいて、私は今、火星にいます。」

私たちは、崖がどこにあるのか、斜面がどこにあるのか、避けられない地域がどこにあるのかについて、さまざまな危険をすべて特定した 2 番目の車載地図を持っていました。 そして、車両が自分の場所を把握すると、「よし、ここにいる。積んでいる燃料の量に応じてこれらの地域に行ける。その地域で一番安全に行ける場所はどこだ」と言うことができる。私のために?」

[40:07] ナレーター: パーサヴィアランスのために選ばれた場所は、これまで火星で試みられた着陸地点の中で最も危険な場所となるでしょう。

スワティ・モハン: パーサヴィアランスはジェゼロ・クレーターに行くことが目標でした。 実際、キュリオシティのような以前の火星ミッションでも検討されましたが、危険すぎると判断されました。 そして、私たちが信じているジェゼロ・クレーターは火星の古代の湖底であり、実際にデルタ地帯をジェゼロ・クレーターに流れ込む川の水路の特徴があります。

ナレーター: LVS または「エルビス」としても知られるランダー ビジョン システムは、ジェゼロ クレーターの雑然とした地形の上で探査車がどこに位置しているかをわずか数秒で特定します。 しかし、LVS は初期のテスト中にクラッシュし続けました。

スワティ・モハン: 私たちはそれを部分的なブロックで行ってきましたが、システム全体をまとめたことはありません。 そして、完全な進入、降下、着陸を実行する前に、入力を入力してそれが機能するかどうかを確認するために、このスタンドアロン テストを作成しました。 そしてそれは機能しません。 動いていない。 私はこう思いました。「何が問題なのか分かりません。考えられるものはすべてデバッグしました。さまざまな部分はすべて動作しますが、実行してみるとまったく動作しません。」

[41:16] ナラティブ: テストが失敗し続ける理由に困惑したスワティは、別のアプローチを試みることにしました。 LVS をテストするだけでなく、突入、降下、着陸のコンピューター シーケンス全体を実行します。

スワティ・モハン: 試してみましょう。 全体を組み立てて、他に変更を加えずに動作するかどうかを確認します。 まさに万歳のマリアでした。 エンチラーダ全体を試してみてください。うまくいくと確信しています。 そして、エンチラーダ全体を食べるのは決して小さなことではありません。 テストベッドでは、進入、降下、着陸を 7 分間セットアップするだけで 5 時間ほどかかります。 ですから、それは簡単なことではありません。 それがうまくいかない場合は、片付けなどにさらに時間がかかります。

[41:57] それで、私たちには 3 人がいますが、正直に言うと、私たちの誰もうまくいくとは思っていなかったと思います。なぜなら、3 ～ 4 週間ずっとうまくいかなかったからです。 そこで、それをキューに入れました。10 秒以内に動作する必要があり、データは毎秒取得されます。すると、突然、高速スクロールが始まりました。 「待って、待って、何が起こっているの？」って感じです。 他のすべてのケースでは、1 ～ 2 行のメッセージが表示されただけで停止してしまいました。これはクラッシュに相当します。 それを見て、「うまくいったの？」と思います。 私は一緒にテストベッドにいるアーロン・ステフラに目を向けます。 彼は「なんてことだ」という感じです。 そして私たちはちょうど飛び跳ね始めました。

そしてその日は、新しい飛行ソフトウェアのすべての新しいアップグレードを備えたパーサヴィアランスの設計が実際に機能したため、ついに私たちに使命があると感じた最初の日でした。 そのため、エンドツーエンド システムで機能することを証明したら、何が問題なのかを切り分けることができました。

エルヴィス・プレスリーの歌「私には見るべき世界がたくさんある、見るべき世界がたくさんある。」

[43:05] ナレーター: パーサヴィアランスの構築とテストを完了しようとする勢いは、2020 年初頭のコロナウイルスのパンデミックの急増によって打ち砕かれました。打ち上げはその夏に予定されていましたが、チームは探査車が安全を確保しながら作業を続けることに慌てました。フロリダにあるNASAのケネディ宇宙センターから予定通り打ち上げられる。 新型コロナウイルスの予防措置により、南カリフォルニアにあるJPLのミッションコントロールから打ち上げを監視していた人々は、長年の伝統に簡単に参加することができなくなった。

スワティ・モハン: 私たちはピーナッツを食べることを許されませんでした。 外に出て食べてから戻ってこなければなりませんでした。マスクのせいでこれだけのことが起こりました。

ナレーター: 幸運のピーナッツの起源は 1960 年代、月へのロボットレンジャーのミッションにあります。

（音楽）

ナレーター: レンジャー 1 から 6 までは全員、さまざまな方法で失敗しました。 レンジャー 7 では、ディック ウォレスという名前のエンジニアが、神経を落ち着かせる方法として、JPL のミッション コントロールの周りでピーナッツを分け合いました。 そのミッションは成功し、次の 2 つのミッション、レンジャー 8 号とレンジャー 9 号も成功しました。それ以来、ピーナッツは打ち上げや着陸などの大きなイベントに常備されています。

[44:18] いくつかの問題はあったものの、パーサヴィアランスの立ち上げは成功したため、こっそり外に出て幸運のピーナッツを食べることはうまくいったようです。

スワティ・モハン: 最初の劇的な瞬間は打ち上げ直前、ロケットが点火する予定の約 10 分前でした。 ここJPLのミッションコントロールで地震が発生しました。 部屋全体が揺れ、パンデミックと地震を同じ日にやらなければならないなんて正気の沙汰ではないと思ったのを覚えています。 ありがたいことに、それはかなり小さかったですが、それは私が「本当に？本当に？」と思った瞬間の1つでした。

[44:58] 2 番目のことは、打ち上げ直後に、ロケットプロバイダーからの美しい映像をすべて見たことです。これは素晴らしかったです。 そして、実際に信号を取得する必要があるときが来ましたが、信号と通信することはできません。 そしてそれが全く別の一連の出来事を引き起こしたのです。 私たちは、「車両が見え、信号もあるのがわかり、少なくとも車両は生きている」と考えています。 しかし、何かが起こったので、それが何なのかを突き止めて、通信できるように設定を変更する必要がありました。

実際に何が起こったかというと、打ち上げ中にハードウェアの一部に障害が発生し、車両がセーフ モードになり、バックアップに切り替わったのです。 車両はやるべきことをすべて実行していましたが、打ち上げ中にそのハードウェアが故障するとは私たちが予想していなかったというだけです。 それで、それがもう少しドラマを引き起こしました。 しかし、その最初のシフトが終わるまでに、私たちはそれを元に戻す計画を立て、数時間以内にほぼ軌道に戻りました。

[45:58] そして、特に私たちがそのことを覚えているのは、私たちが打ち上げたのが7月30日で、私の誕生日が8月1日だったからです。つまり、私たちが軌道に戻っていなかったら、私は誕生日に管制室に入らなければならなかったでしょう。する必要はありませんでした。 ということで、本当に素敵な誕生日プレゼントになりました。 (笑)

（音楽）

ナレーター: 宇宙飛行の何ヶ月にもわたって、パーサヴィアランスは JPL のミッションコントロールと定期的に連絡を取り合い、全体的な健全性に関する最新情報を提供し、正しい方向に飛行し続けるためにカプセルのスラスターを使用するための指示を受けていました。 カプセルが火星に近づくにつれて、EDL チームは探査機にいつ、どこで大気圏への突入を開始するかを指示しました。

EDL コメンテーターのスワティ・モハン氏: パーサヴィアランスは最大減速点を通過し、約 10 地球 G の減速を感じたと指摘しました。

ナレーター: 2021 年 2 月 18 日の着陸日になっても、新型コロナウイルスのフェイスマスクは依然として必要でした。そのため、スワティがさまざまな段階について説明したとき、彼女は自分のことを理解してもらうために、これまでの EDL コメンテーターよりも懸命に働かなければなりませんでした。

[47:06] スワティ・モハン: フェイスマスクは 1 枚だけではありません。 私はフェイスマスクを2枚着用していました。N95とその上の布製フェイスマスクです。

(拍手)EDL解説者スワティ・モハン: 航法によりパラシュートが展開したことが確認され、速度が大幅に減速していることがわかります...

スワティ・モハン: 私が感じた最大の安堵感は、パラシュートが展開し、減速が見られたと聞いた時だったと思います。 パラシュートは私たちの単一失敗点の 1 つです。 必要なときに展開しなければ、30 秒後に地面に激突して墜落してしまいます。

ミッションコントロール: TRN Safety Bravo.EDL コメンテーター Swati Mohan: 地形相対航法が完了しました。現在の速度は毎秒約 30 メートル、高度は火星の表面から約 300 メートルです。

[47:55] スワティ・モハン: 進入、降下、着陸の際に少し心配になったことがもう 1 つありました。 電話の 1 つは、パーサヴィアランスがどこに行くことを選択したかについて話していたものでした。 この地形相対ナビゲーション全体の一部として、私たちは Perseverance の機能を組み込み、「よし、地形相対ナビゲーションを完了したので、この場所に行く」と伝えました。 そして、テレメトリが選択した安全なターゲットの危険レベルをテレメトリにエンコードしました。

さて、すべてのシミュレーションで、ほとんどの場合、最も安全なビンが選択されるようにビンをコーディングしました。 しかし、着陸当日、私たちが得たものはそうではありませんでした。 私たちはその下にある 2 番目のビンを取得しました。最も安全ではありませんが、2 番目に安全なビンでした。これが「TRN Safety Bravo」というコールでした。 それで、私は「ああ」という感じです。 いったいどこへ行くのでしょうか？ したがって、少しリスクが高くなります。 私たちは「分かった、たぶんうまくいくだろう」という感じです。

[48:55] EDL コメンテーター スワティ モハン: タッチダウンが確認されました! パーサヴィアランスは火星の表面に安全に到着し、過去世の痕跡を探し始める準備ができています。 （乾杯）

スワティ・モハン: 実際、進入システムが少しオーバーシュートしてしまったので、着陸楕円の南東部分に近づいたのですが、そこはただの岩場です。 しかし最終的には、システムは完璧に動作しました。 とても正確に着地できたので、岩に囲まれた平らな場所に着地できました。

ナレーター: パーサヴィアランスを着陸させた後、他のミッションと同様に、EDL チームは何か月もかけてデータを調べ、何が計画通りに進んだのか、何が計画どおりに進んでいないかを確認しました。 パーサヴィアランスのビデオカメラは、探査車が火星大気中を降下する様子を映し出す素晴らしい映像を提供しました。

アル・チェン: これまで、他の惑星でパラシュートが膨張するのを文字通り見たことがありませんでした。 そこで、私たちはそこにカメラを設置して、それを確認し、パラシュートが実際にどの方向に膨張しているのか、その混沌とし​​た膨張プロセス中にパラシュートのどの部分がどこに向かっているのかを把握できるようにし、その後パラシュートがどのような状態にあるのかを確認できるようにしました。クロックを計るときに、パラシュートがどの方向を向いているかがわかるようにそこにデザインを入れました。 また、ちょっとしたメッセージも入れてみましょう。

[50:06] ナレーター: 白いパラシュート上のオレンジ色のブロックとストライプのランダムなデザインのように見えるものは、実際には JPL のモットー「Dare Mighty Things」を暗号化しています。 ビデオ映像には、エンジニアたちを驚かせたものも映っていました。

アル・チェン: パラシュートは、車内にあるときは、極超音速部分での空力加熱中に高温になりすぎないように保護するためにその上に蓋が付いています。 そして、大砲を使ってその蓋を通してパラシュートを発射します。 そしてその蓋は飛んでいき、二度と見られないことを願います。

その蓋の上にはこのレドームがあり、巡航中に使用するためにアンテナが蓋を通して無線周波数を送信できるようにしていました。 そのレドームは、パラシュートパックによって押しのけられるときにパラシュートの蓋に取り付けられたままになるはずでしたが、そうではありませんでした。 その蓋を剥がすと、無料のチラシになったのがわかります。 これは素晴らしいことではありません。なぜなら、超音速で走行中に車両の後部からこの物体を発射し、その後パラシュートを展開して、射出したばかりの物体の直前で停止するからです。 幸いなことに、パーサヴィアランス号ではそのようなことは起こりませんでしたが、レドームの目の前で停止すると、そのレドームのようなものがパラシュートを通って戻ってきて、穴が開いたり、車両に衝突したりするのではないかと心配になります。 それは心配です。

[51:15] しかし、パラシュートの残りのカメラ映像からは、すべてが素晴らしく見えました。 パラシュートは非常に対称的なパターンで膨張しました。 かなり完璧に見えました。

ナレーター: パーサヴィアランス探査機の打ち上げと着陸が歴史に名を残すようになったことで、エンジニアたちはすでに次の大規模な火星ミッションを計画しています。

スワティ・モハン: パーサヴィアランスはマーズ・サンプル・リターンの最初の行程でした。 したがって、次の課題は、パーサヴィアランスが見つけて収集したサンプルを入手し、それらのサンプルを地球に持ち帰ることです。 したがって、次のミッションでは、パーサヴィアランスのように火星に安全に着陸するだけでなく、実際にサンプルを回収するためにサンプルがある場所に正確に着陸する必要がある。 つまり、火星にピンポイントで着陸するのは初めてのミッションだ。

[52:01] そこで、パーサヴィアランスがやったことは、危険がいっぱいの大きな駐車場をターゲットにし、パーサヴィアランスが自力で着陸する駐車場を見つけたのと同じようなものでした。 どこにでも駐車できると言いましたが、駐車するときに何もぶつからないように注意してください。 ただし、サンプル回収着陸船が行う必要があるのは、同じ駐車場に戻ることですが、駐車できるのはこの場所のみです。

そして、火星の表面からサンプルを軌道に乗せるために、別の惑星の表面からロケットを打ち上げるという大きな仕事が始まります。これは私たちがやったことがありません。そうすれば、3番目のミッションが宇宙でそれらのサンプルを収集できるようになります。そして向きを変えて家に戻り、地球への突入、降下、着陸を通じてそれらのサンプルを投下します。

アル・チェン: どこで最大の奇跡が必要になるのかを知るのは難しいです。 これは私たちがここで行った中で最大のことであり、最も複雑なことになると思います。 それは間違いなくリレー レースです。そう、ここではほぼいつでもバトンを落とすことができます。

[53:05] (音楽)

ナレーター: このミッションで最も注意が必要な部分の 1 つは、火星を周回する宇宙船が火星から打ち上げられた後、バトン (パーサヴィアランスのすべての岩石サンプルが入ったカプセル) を掴むときかもしれません。

Al Chen: サンプル容器はかなり小さいです。 バスケットボールより少し大きいくらいです。 そこで私たちは火星の周りの宇宙で本当に小さな何かを見つけ出そうとしています。 私の知る限り、それはこれまで一度も行われたことがありません。

私たちはほんの一握りのサンプル、つまり 1 キログラム程度のサンプルしか採取していません。 私たちは、周回するサンプルキャニスターをできるだけ軽量に保ちたいと考えています。 打ち上げるロケットの上段にはビーコンがあり、要するに「生きている、ここを探してください」と言っているのです。 その後、地球帰還探査機は、私たちが考えている場所に基づいて周回中のサンプル容器を見つけ、実際にそれを見てみなければなりません。

ちょうど先週、私たちは、頭上を通過するこのオービターからのカメラでそれを見ることができるように、サンプル容器にどんな塗料を塗るつもりかについて話し合っていました。 それは難しいことになるだろう。 この中には、私が問題として考えもしなかった部分がたくさんあり、今後の課題になります。 私たちが現在取り組んでいることの 1 つは、火星の雲がどれくらい明るいかということです。 火星のこれらの雲は迷光を引き起こし、サンプルが入っているこのサンプル容器を私たちが見るのを困難にする可能性があります。

[54:15] ナレーター: どのレースでも同様に、タイミングが成功の最大の要因の 1 つになります。

アル・チェン氏: 少なくとも火星に向かう途中では、2028 年頃までにすべてを打ち上げたいと考えています。 私たちは、火星に十分な時間を与えて、どこからでもチューブをロケットに乗せて、寒くなりすぎて打ち上げられなくなる前にロケットを地面に打ち上げるという作業を完了できるように、適切な時期に到着したいと考えています。

また、火星で砂嵐の季節が始まる前に打ち上げたいと考えています。 これも、複数の理由から、この問題の大きな部分です。 ロケットを保温している着陸船は太陽光発電で動いています。 局地的な砂嵐や局地的な砂嵐は、ほぼいつでも発生する可能性がありますが、惑星を取り巻く砂嵐の場合は、およそ火星の 3 年に 1 回発生します。 私たちは、太陽光発電で動くものなら何でも対応できるように、そして電力が不足しないように、そのようなことは避けたいと考えています。

[55:04] それ以上に、地面の写真を撮る地形相対ナビゲーションなど、追加された機能のいくつかは、地面が見えない場合は使用できません。これらの写真は、そうです、あなたがどこにいるかを知るためのものです。 したがって、砂嵐の季節には絶対に上陸したくありません。 そして、塵自体が大気の構造を変える可能性があり、降下中に特定の風プロファイルと密度プロファイルを期待していても、異なるものとなり、最終的には異なる場所に到達する可能性があります。あなたが意図したよりも。

私は EDL を、正しく進む必要がある一連のものとして考えるのが好きです。 さて、火星に 1 つの EDL、地球にも 1 つの EDL があるという事実によってそれを拡大すると、火星から打ち上げて、この軌道上でランデブーを行う必要があります。 したがって、時間切れになる前に地上で走るレースを確実に実行できるように、時間通りに地上に到着する必要があります。

私たちは少し頭がおかしいのかもしれない。

ナレーター: 私たちは NASA のジェット推進研究所のポッドキャスト「On a Mission」です。 このエピソードが気に入ったら、お気に入りのポッドキャスト プラットフォームでフォローして評価してください。また、NASA の他のポッドキャストも必ずチェックしてください。これらはすべて、NASA dot gov、スラッシュ、ポッドキャストで見つけることができます。

(エピソードの長さ = 56:17)

NASA/JPL-カリフォルニア工科大学

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