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●まもなく火星を回る軌道に入ろうとする2機の火星探査機昨年11月に打ち上げられた2機の火星探査機が、約10カ月に渡る航海を経て、まもなく火星を回る軌道に入ろうとしている。

1つはインド宇宙研究機関(ISRO)が開発した「マーズ・オービター」。インドは火星探査はもちろん、惑星探査自体が初挑戦で、打ち上げ後に小さなトラブルは起こしたものの、なんとか乗り切りここまで来た。

もう1つは米航空宇宙局(NASA)の「メイヴン(MAVEN)」だ。米国は火星探査のベテランで、無事メイヴンが火星に到着すれば、NASAは6機もの火星探査機を運用することになる。また米国は2030年代に火星の有人探査を狙っており、メイヴンはNASAの他の火星探査機と同様、その露払い役も担っている。

今回はこの2機の火星探査機の歩みと、今後の火星探査計画について紹介したい。

○マーズ・オービター

マーズ・オービターは、インド宇宙研究機関(ISRO)によって開発された探査機で、製造もISROの下部組織であるISROサテライト・センター(ISAC)によって行われた。

インドは、2008年に月探査機チャンドラヤーン1を打ち上げた以外に宇宙探査の経験はない。マーズ・オービターはインドにとって2機目の宇宙探査機であり、また月より遠くの深宇宙へ飛ぶ初の探査機でもある。したがってミッションの目的は、惑星探査に必要な技術の開発と、その実証が第一とされている。

ただ、科学観測がないがしろにされているわけではなく、メタンの検出を目指したセンサーをはじめ、5種類の観測機器が搭載されており、火星の地表から大気まで、幅広い範囲に渡る観測が行われる。またNASAの火星探査機と共同観測も計画されている。

マーズ・オービターの開発は2012年8月に始まり、打ち上げまでの期間はわずか2年2カ月ほどと、驚くほど短い。また開発費も約45億4000万インド・ルピー(日本円で約70億円)ときわめて安価だ。

打ち上げ時の質量は1,337kgで、I-1Kと呼ばれる衛星バス(筐体)が用いられている。I-1Kは通信衛星や測位衛星、前述の月探査機チャンドラヤーン1でも使われたことのある、実績のあるバスだ。また、スラスターや通信機器なども既存品に改修を加えたものが用いられている。

また、インドにとってマーズ・オービターは、中国との宇宙開発競争においても重要な意味を持っている。中国はこれまでに月へ3機の探査機を飛ばし、月面への着陸と無人探査車の走行にも成功し、さらに有人宇宙飛行も成し遂げているが、方やインドは、月探査機は1機のみで、有人宇宙船はようやく今年試験機が打ち上がるという段階だ。また、ロケットや衛星に関しては、中国はインドどころか世界の中でも高い技術を持っている。

その中国は2011年に、ロシアの探査機フォボス・グルントに相乗りする形で、火星探査機「蛍火一号」を送り出したが、フォボス・グルント側にトラブルが発生し地球軌道から脱出できず、失敗に終わっている。もしマーズ・オービターが火星に到達できれば、インドは初めて中国を、宇宙開発の分野でひとつ、出し抜けることになる。

多くの貧困者を抱えるインドにとって、宇宙開発、とりわけ宇宙科学分野へ投資することへの批判は少なくないが、マーズ・オービターの成功によってそうした批判を封じ込められるばかりか、逆に中国と対等に渡り合えるだけの国力があることを示す国威発揚にもなるだろう。

●人類の火星への挑戦はまだ終わらない○メイヴン

メイヴンは「Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN」の頭文字から名付けられた。直訳すると「火星大気と、その揮発の進み方」といった意味になる。また「専門家」を意味する英単語のMavenにも掛かっている。

製造はロッキード・マーチン・スペース・システムズが担当し、同社が以前開発したマーズ・リコネサンス・オービターや、2001マーズ・オデッセイの設計を基にしている。打ち上げ時の質量は2,454kgで、8種類の観測機器を積んでいる。

メイヴンは火星の上層大気を中心に観測し、火星の大気と太陽風の相互作用や、火星大気の宇宙空間への流出過程についての解明が期待されている。科学的な知見を得られると同時に、将来の有人火星探査や、火星への入植の検討にも役立てられることになっている。

現在NASAは、2001マーズ・オデッセイ、マーズ・リコネサンス・オービターの2機の火星周回衛星と、オポチュニティとキュリオシティの、2機の火星探査車を運用している。ここにメイヴンが加われば、NASAは計5機の火星探査機を運用することになる。

○打ち上げから火星到着へ

マーズ・オービターは2013年11月5日、PSLV-C25ロケットに搭載され、サティシュ・ダワン宇宙センターから打ち上げられた。

探査機は打ち上げ後、まず地球を回る軌道に乗り、そこから6回に分けて軌道変更を行った。途中、4回目の軌道変更において不具合が起き、予定していた軌道に乗れなかったものの、修正を行い挽回した。そして12月1日に、火星へ向かう軌道に乗った。

12月11日には、最初の軌道補正を実施、結果は良好で、翌2014年の4月に予定されていた軌道補正は不要となり、6月12日に2回目の軌道補正を実施した。

2014年9月14日には、火星軌道投入時に使用されるコマンドの送信が行われた。搭載機器やスラスターなどの状態などもすべて正常で、火星到着に向けて体制は万全だ。

今後は、9月22日に3回目の軌道補正を行い、また火星軌道への投入時に使用するメイン・エンジンの燃焼試験も行う予定となっている。

そして、9月24日10時47分(日本時間)に火星の軌道に入る噴射が始まる。エンジンは約24分間噴射し、無事に完了すれば、探査機は火星を回る軌道に入っているはずだ。火星到着後は、火星にもっとも近い高度が365.3km、もっとも遠い高度が80,000kmの楕円で、かつ赤道からの傾きが150度の軌道を回り、6カ月から最大10カ月に渡る探査を行う予定となっている。

一方のメイヴンは、マーズ・オービターが打ち上げられた約2週間後の2013年11月18日に、アトラスVロケットに搭載され、ケープ・カナヴェラル空軍ステーションから打ち上げられた。

両機の打ち上げ時期が近かったのは単なる偶然ではない。地球と火星の軌道の関係から、火星探査機を打ち上げるのに適したタイミングが約2年2カ月ごとに訪れるためだ。

打ち上げ後、メイヴンは火星へ向かう軌道に直接投入された。これはロケットの打ち上げ能力が大きかったためだ。そして2013年12月と2014年2月に軌道補正を行い、観測機器の試験や校正なども行いつつ、火星を目指した。

マーズ・オービターより後の打ち上げだったが、打ち上げ時のスピードが大きかったため途中で追い抜き、到着はマーズ・オービターより早い、9月22日に予定されている。軌道投入噴射は33分間で、噴射完了、すなわち軌道投入時刻は9月22日10時50分(日本時間)の予定だ。軌道は、火星にもっとも近い高度が150km、もっとも遠い高度が6,000kmの楕円軌道だ。ミッション期間は約1年が予定されている。

○今後の火星探査計画

マーズ・オービターとメイヴンが無事火星に到着すれば、火星には米欧印の3カ国からなる、総勢7機もの火星探査機がひしめき合うことになる。

だが、人類の火星への挑戦はまだ終わらない。

現在、欧州宇宙機関(ESA)とロシア連邦宇宙局(ロスコスモス)は、共同でエクソマーズ(ExoMars)と名付けられた計画を推進中だ。エクソマーズは、まず2016年にトレイス・ガス・オービター(TGO)と呼ばれる火星周回衛星と、EDMと呼ばれる火星の地表への着陸実証機が打ち上げ、そして2018年には火星探査車を打ち上げるという、二段構えの計画だ。ESAはTGOとEDM、火星探査車を開発し、ロスコスモスはTGOに搭載される観測機器と、2018年の火星探査車の着陸装置を開発する他、両方の打ち上げで使用されるプロトン・ロケットを提供する。

エクソマーズ計画はもともと、ESAとNASAとの共同ミッションとして立案された火星探査計画だ。しかしNASA側が予算不足を理由に脱退、その後ESAはロスコスモスをパートナーにした。ただし、NASAは完全にエクソマーズから抜けたわけではなく、観測機器や通信装置などの提供で協力は続けている。

一方、NASAは2016年に、火星の地中を探査することを狙ったインサイト(InSight)を打ち上げる予定だ。また2020年には、現在も火星で活動中の探査車キュリオシティの設計を基に開発される、新しい探査車の打ち上げも予定されている。そして2030年代には、火星の有人探査を行うことを目標として掲げている。

人類が火星に探査機を送り込むようになって、すでに半世紀以上が経過した。人類はまだ、火星で直接暮らしたことはないが、それとほとんど同じ経験、言うなれば擬似的に火星で働くという経験をすでに味わっている。私たちがこうしている間も、NASAやESAの誰かは、火星の暦に従って生活をしているのだ。

かつて人々がその不気味な色に恐怖を抱き、災いや争いをもたらす星とまで呼ばれた赤い星は、いつしか運河と生物の存在に胸を躍らせる星となり、そして今では、誰も知らない、見たこともない謎の解明に挑めるまでになり、その魅力を味わえるようになった。多くの探査機と、それに関わった多くの"火星人"が刻んだ軌跡を引き継ぎ、人類はこれからも魅惑の赤い星へ挑み続けるだろう。

参考・・・・NASAJPL&utm_content=daily20140917

(鳥嶋真也)