Blog single photo

うまくいけば、これが火星から打ち上げられる最初のロケットになります-Air&Space Magazine

今から十数年後、火星人はついに地球に到着するかもしれません。もしそうなら、それは私たちが彼らをここに連れてきたからでしょう。                                                                   NASAと欧州宇宙機関は、赤い惑星の表面から岩石と土壌のサンプルを収集し、3400万マイルの宇宙にそれらを輸送するという大胆なミッションを計画しています。科学者は、火星が何でできているかを研究し、検索する前例のない機会を与えます惑星がかつて生命を宿していたという証拠のために。過去のミッションで火星の湖とデルタの兆候が明らかになったため、科学者たちは、惑星が今日の極寒の砂漠になる前にそれらの湖と川で繁栄していた微視的な生物の化石を見つけるかもしれないと信じています。      来年7月、火星からサンプルを返す3つのパートからなるミッションは、火星2020ローバーの打ち上げから始まります。ローバーが土壌を調査および収集している間、NASAのエンジニアはミッションの他の2つのフェーズの技術の開発を続けます。火星軌道にサンプルを持ち上げるロケットを発射し、貴重な貨物をフェリーする待機中の帰還車両とランデブーします地球へ。そのプロセスの各ステップについて、NASAのジェット推進研究所のエンジニアは、一連の困難な課題に直面しています。      まず第一に、他の惑星の表面からロケットを発射した人はいません。これは、わずか238,900マイル離れた月からアポロ宇宙飛行士を家に連れて行ったシナリオとは非常に異なるシナリオです。アポロ月面モジュールの浮上段階とは異なり、計画されている火星浮上ビークル(MAV)は、地球の表面重力のわずか38%でさえ、惑星の重力から自らを解放する必要があります。そして、アセントビークルが家に向けて打ち上げられる前に、身体的な罰の手に耐えなければなりませんでした。      最初に、火星に向かう着陸船に搭載されたペイロードとして、MAVは地球からの打ち上げの大まかな乗り心地にさらされ、その後、深宇宙を6か月から9か月の飛行が続き、最終的に火星への進入に至ります火星を取り巻く大気、超音速降下、それほど柔らかくない着陸。その後、火星の嵐、紫外線、華氏マイナス40度までの温度にさらされて、火星の半年(地球での1年に相当)、船は表面に座ります。      アポロミッションとのもう一つの重要な違い:宇宙船には人間はいません。また、送信が火星に到達するまでに数分かかることがあるため、リモートパイロットでも問題になりません。      NASAのJet Propulsion LaboratoryのエンジニアであるPaulo Younse氏は、「ジョイスティックを使用することはできません」と述べています。私たちはそれと通信することはできませんし、乗船している人もいないので、自動化する必要があります。                ジェット推進研究所のエンジニアは、2,300ポンドを超える火星2020ローバーの右board車輪を取り付けます。すべてが計画どおりに進んだ場合、2番目のフェッチローバーが送信され、2020ミッション中に収集されたサンプルがMars Ascent Vehicleにロードされます。            (NASA / JPL-Caltech)       2021年2月18日、火星2020ローバーは30マイル幅のJezeroクレーター(「YEH-zuh-roh」と発音)に着陸し、サンプルを収集し、後で取り出すために密閉されたチューブにキャッシュします。 NASAは、着陸地点がJezeroに落ち着く前に、5年かけて審議しました。科学者たちは、41〜35億年前、クレーターは深さ820フィートの湖で満たされていたと信じています。おそらくもっとエキサイティングなのは、川のデルタの兆候です。デルタは、バイオシグネチャー、湖の水、または堆積物と湖の水との界面に存在していたかもしれない生命の証拠、または、おそらく、源流地域に住んでいたものを保存するのに非常に優れています昨年11月に着陸地点を発表したとき、火星2020プロジェクトの科学者ケン・ファーリーは、川とデルタに堆積しました。 ローバーは、粘土や炭酸塩を含む少なくとも5種類の岩石からサンプルを収集します。これらの岩石は、複雑な有機分子であれ微生物の化石であれ、古代の生命の指標を保存する可能性が高いです。サンプルの検索は、分光器、紫外線レーザー、カメラを使用して有機化合物を検出するSHERLOC(有機および化学物質のラマンおよびルミネセンスを伴う走査型居住環境)などの一連の機器によって支援されます。しかし、科学者によると、この装置は、特に有機プロセスを模倣する可能性のある化学活動から生命の兆候を区別するという困難な課題に直面した場合、地球上のより洗練された機器に代わるものではありません。 火星をシステムとして理解することに次の大きな飛躍をもたらすために、ここにサンプルがあります」と、火星探査局のJPLマネージャー、チャールズ・エドワーズは言います。これらのサンプルを地球に戻すことで、すべての地上研究所の力を本当に解き放ち、火星の生命について私たちが答えたい質問のいくつかに答えることができます。 NASAと欧州宇宙機関は、最終的に火星サンプルリターンを完了する予定の、まだ予定されていない後のミッションを計画するために協力しました。 2020年の火星の後、次のステップは、「フェッチローバー」と火星アセントビークルを運んでいる別の着陸船をジェゼロクレーターに送ることです。ローバーは、火星2020でキャッシュされた岩石と土壌のサンプルを含むチューブを取り出し、バレーボール程度の17ポンドのシリンダーであるMAVのペイロードコンテナーにロードします。その後、MAVは水平方向から直立した発射位置に自立的に上昇し、ミッションの3番目の部分である地球帰還オービターでランデブーするために上昇します。 MAVの設計に課せられる要求は、MAVをミッションの最もリスクの高い部分にします。 JPLの上昇ビークルの推進リーダー兼副マネージャーであるアシュリーカープは、ロケットの推進システムの開発は、NASAの施設での7年間に取り組んだ最も困難な工学的課題であると言います。エントリー、降下、着陸のシステムに適合して火星に到達し、サンプルを起動して別のシステムにも配信できるようにする必要があります」とKarp氏は言います。 �したがって、複数のインターフェースが使用されています。 '' 推進システムは、火星の極端な温度に耐えることができる燃料を必要とする一方で、MAVが火星着陸機に収まることを可能にする体積と重量の要件も満たしています:約880ポンド以下で、約10フィート以下の高さです。 。過去20年にわたって、NASAのエンジニアは、複数のMAV推進設計をいじり、2つの可能性、つまり単段ハイブリッドロケットモーターと2段固体燃料ロケットモーターに照準を合わせてきました。 固体燃料ロケットの主な利点は、技術が十分に理解されていることです、とカープは言います。実際、それらは火星に着陸するために、Pathfinder、Spirit、Opportunityなどの以前のミッションですでに使用されています。固体燃料モーターは、液体燃料を使用するモーターほど複雑ではありません。液体燃料を使用する場合、供給システムと加圧システムまたはポンプが必要です。また、固体燃料は腐食性が低く、液体燃料よりも安定しているため、長期間簡単に保管できます。 酸化剤を液体または気体として、燃料を固体として保存するハイブリッドロケットは、解決が難しい問題です。ソビエト連邦が液体酸素と固体ガソリンを組み合わせたロケットを打ち上げた1933年以来、エンジニアは設計をいじくり回してきました。しかし、酸化剤と燃料がすでに単一の推進剤に組み合わされている固体ロケットとは異なり、液体燃料が噴霧されると固体燃料成分が十分に速く燃焼しないため、ハイブリッドロケットで安全に高推力を達成することは困難です飛行中は別途。それでも、NASAは、開発が遅れているにもかかわらず、火星ミッション用のハイブリッドロケットの潜在的な利点は無視できないほど大きいと考えています。固体燃料ロケットに点火したら、点火し続ける必要があります。ハイブリッドは、操縦中にスロットル、シャットダウン、および再点火できるため、より多くのオプションを提供します。 NASAは、燃焼率の高い新しい燃料を使用しているため、ハイブリッドについて楽観的です。 SP7と呼ばれるパラフィンで、飽和炭化水素の混合物から作られたワックス状の固体です。酸化剤はMON25と呼ばれ、窒素の25%の混合酸化物を含む液体酸化剤です。 従来の固体推進薬の問題は、火星の極端な温度により火星がひび割れ、場合によっては点火時に爆発する可能性があることです。そのため、NASAが固体燃料ロケットモーターを選択した場合、着陸船はMAVを暖かく保つために重要な力を注ぐ必要があります。対照的に、ハイブリッドロケットモーターで使用されるワキシーSP7は、温度の幅広い変動にさらされても構造的に健全なままであり、酸化剤MON25の氷点は華氏マイナス67度であり、これにより予想される温度範囲に十分なマージンがありますジェゼロクレーターは、MAVが火星に着陸してから1年後に地球全体を持ち上げるまでの期間です。 4月下旬、ハイブリッドロケットは重大なしきい値を超えました。華氏マイナス4度で点火が成功しました。それは実際に機能する最初のデモンストレーションでした」とカープは言います。 7月下旬に、さらに2つのテストが実施されました。最初のテストでは、ロケットの急速点火システムの2回目の燃焼と新しいロケットノズルのテストを行い、2回目のテストでは微調整されたSP7の処方をテストしました。                Earth Return Orbiter(アーティストの印象)が火星の185〜250マイルのスペースを飛び回る17ポンドのバレーボールサイズの異質の土のコンテナを捕まえると、ハイステークスキャッチゲームになります。            (ESA / ATG Medialab)       どちらのMAV設計が選択されたとしても、適切な火星軌道を実現するには、地球帰還オービターが見つけられるように、自律的な誘導、ナビゲーション、および制御技術が必要です。 Marshall Space Flight CenterのガイダンスおよびナビゲーションエンジニアであるEvan Anzaloneにとって、最も困難な課題は、発射前に初期条件を確立することです。正確には、MAVが表面上で目標軌道に関連しており、正確にどの方向を指しているのか(その態度)。ロケットの姿勢は、そのノーズコーンが指している方向だけでなく、惑星の回転速度と局所的な重力環境によっても決定されます。 「これらのことをうまく測定できれば、私たちの初期の態度をよりよく理解できるようになります」とアンザローネは言います。この問題は解決することができ、大きな車両でそれを行いました。しかし、この小さなサイズに到達すると、あらゆる種類のコマンドとチェックアウトに長い遅延を伴い、これをすべて自律的に行​​う必要があります。 Anzaloneと彼の同僚は、ガイダンス、制御、ナビゲーションへの2つのアプローチを研究しています。 1つは「オープンループ」ガイダンスと呼ばれ、ロケットは本質的に特定の軌道を飛行するように事前にプログラムされています。 �あなたはアクチュエーターにコマンドを与えて行くだけです。 ''ロケットを発射する比較的簡単な方法ですが、リスクが伴います。たとえば、MAVを運ぶ火星着陸船がJezero Craterに着陸し、ロケットの姿勢が1度ずれると、開ループ誘導システムがその初期エラーで起動し、MAVは目標軌道に到達しません。 対照的に、他のオプションは「閉ループ」ガイダンスであり、はるかに複雑なシステムです。このアプローチでは、ロケットは飛行中にその位置、推力、速度を監視し、ロケットの軌道を微調整するためにノズルを指す位置を調整します。 MAVが指定された軌道に到達すると、サンプルを含むカプセルを解放する必要があります。同じ軌道に配置された地球帰還オービターは、毎秒約2インチの閉鎖速度でその上をonい上がります。おそらく、サンプルコンテナは明るい色であり、おそらくQRコードに似た記号が付いていると、キャプチャアンドコンテインメントシステムを開発するJPLエンジニアのPaulo Younse氏は言います。これらの機能により、オービターに搭載されたカメラがターゲットをより簡単に見つけることができます。約328フィート離れるまで、フライトコントローラーはアプローチを監視し、ランデブー前にコースを修正することができます。しかし、その後は、すべてが搭載されており、宇宙船自体が飛行します」と、NASAの現在の火星へのInSightミッションのチーフメカニカルエンジニアであり、捕獲および封じ込めシステムの共同作業者であるジェフリー・ウムランドは言います。 「この非常に貴重なものがあり、それに慣性があります」とYounseは言います。移動し、低速で回転します。今、挑戦しているのは、軌道上でロボットを使ってこのことをキャプチャし、システムに持ち込み、コンテナにパッケージして、封印して持ち込めるようにすることですそれは地球に戻ります。これほど複雑なことはこれまで行いませんでした。 欧州宇宙機関がEarth Return Orbiterを開発している間、JPLのエンジニアはその宇宙船に搭載された捕捉および封じ込めシステムを設計しています。 そのシステムの前面にはキャプチャコーンがあり、コンテナが完全に内側になったことを検出する一連のセンサーがあります。この時点で、コンテナが開く前に蓋がコーンの上部をすばやく(2秒以内に)閉じますコーンの背面にぶつかり、宇宙空間に跳ね返るチャンスです。 「多かれ少なかれマウストラップと考えてください。しかし、私たちはマウスに飛びます」とUmlandは言います。 コーンの内側では、パドルに取り付けられた機械式アームがコンテナ上を旋回し、キャプチャコーンの後方に向かって格納容器に押し込まれます。おそらくワイパー機構の一種である別のデバイスは、サンプルチューブが宇宙船の熱シールドに対して右側を上にして保管されるように、コンテナを一掃して方向付けます。ミッションプランナーは、地球上の再突入および到着中に、おそらくユタ砂漠の着陸範囲で移動方向から離れて直面した場合、チューブのハーメチックシールが生き残る可能性が最も高いと考えています。 これは、SF作家が火星人が地球に到着することを伝統的に想像していた方法ではありません。しかし、それが成功すれば、最終的に別の世界での生命の証拠を入手するかもしれません。                       続きを読む



footer
Top