スピリット（ローバー）
2004年から2010年まで活動していたNASAの元火星探査車

ウィキデータ項目
フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』より
スピリット移動性と操縦性の試験中の火星探査ローバー2号（MER-2）
ミッションの種類火星探査ローバー
運用者NASA
COSPAR ID2003-027A
SATCAT番号27827
ウェブサイト
  • 火星探査ローバー
  • ミッション期間
  • 計画：90
    ソル
  • 実際：2,208ソル（2,269日間）、
    着陸から最終接触まで
移動：1,892ソル（1,944日間）、着陸から最終埋め込みまで
合計：2,623ソル（2,695日間）、着陸からミッション終了まで宇宙船の特性
乾燥質量185キログラム（408ポンド）
電力
太陽電池パネル：140W 2003年6月10日 17時58分47秒UTC [1]
打ち上げ日デルタII 7925-9.5 [2] [3]
ロケットCape Canaveral SLC-17A
ContractorBoeing
End of mission
DeclaredMay 25, 2011[4]
Last contactMarch 22, 2010
Mars rover
Landing dateJanuary 4, 2004,
04:35 UTC SCET
MSD 46216 03:35 AMT
Landing siteGusev Crater
14°34′06″S 175°28′21″E / 14.5684°S 175.472636°E / -14.5684; 175.472636 (Spirit rover)[5]
Distance driven7.73 km (4.8 mi)

Spirit mission patch, featuring Marvin the Martian
NASA Mars rovers

Spirit, also known as MER-A (Mars Exploration Rover – A) or MER-2, is a Mars robotic rover, active from 2004 to 2010.[4] Spirit was operational on Mars for 2208 sols or 3.3 Martian years (2269 days; 6 years, 77 days). It was one of two rovers of NASA's Mars Exploration Rover Mission managed by the Jet Propulsion Laboratory (JPL). Spirit landed successfully within the impact crater Gusev on Mars at 04:35 Ground UTC on January 4, 2004, three weeks before its twin, Opportunity (MER-B), which landed on the other side of the planet. Its name was chosen through a NASA-sponsored student essay competition. The rover got stuck in a "sand trap" in late 2009 at an angle that hampered recharging of its batteries; its last communication with Earth was on March 22, 2010.

探査車は計画通り90ソル（地球日で92.5日弱）のミッションを完了した。太陽電池パネルからの電力供給量を増加させた清掃活動の恩恵もあり、スピリットはNASAの計画者らの予想よりも20倍以上長く効率的に機能した。また、スピリットは計画されていた600メートル（0.4マイル）ではなく7.73キロメートル（4.8マイル）の走行距離を記録したため[6] 、火星の岩石や惑星表面の特徴に関するより広範な地質学的分析が可能になった。ミッションの第一段階（90ソル・プライム・ミ​​ッション）の初期科学的成果は、科学誌『サイエンス』の特別号に掲載された[7]。

2009年5月1日（着陸から5年3ヶ月27地球日、計画されたミッション期間の21倍）、スピリットは柔らかい砂に閉じ込められました。[8]これはミッションにおける最初の「埋め込みイベント」ではありませんでした。その後8ヶ月間、NASAは状況を慎重に分析し、地球ベースの理論および実践シミュレーションを実行し、最終的にローバーが脱出ドライブを実行して自力で脱出を試みるプログラムを作成しました。これらの努力は、2010年1月26日にNASA当局がローバーが柔らかい砂の中に位置しているため回復不能なほどに妨害されている可能性が高いと発表するまで続きました。 [9]ローバーは 現在の位置から科学研究を継続していました。[10]

2010年3月22日（ソル2208）にスピリットとの通信が途絶えるまで、ローバーは静止した科学プラットフォームとしての役割を続けました。 [11] [12] JPLは2011年5月24日まで連絡を取ろうと試み続け、NASAは応答のないローバーとの通信努力が終了し、ミッション完了と発表しました。[13] [14] [15] [16]その後まもなく、NASA本部で正式なお別れが行われました。

目的

2003年6月10日、デルタIIがMER-Aとともに打ち上げられました

火星探査ローバーミッションの科学的目的は、以下のとおりです。[17]

  • 過去の水活動の手がかりとなる様々な岩石や土壌を探し、特性を明らかにします。特に、探査対象となるサンプルには、降水、蒸発、堆積性セメント化、熱水活動などの水関連プロセスによって堆積した鉱物を含むものが含まれます。
  • 着陸地点周辺の鉱物、岩石、土壌の分布と組成を決定します。
  • どのような地質学的プロセスが地元の地形を形成し、化学組成に影響を与えたかを特定します。このようなプロセスには、水または風による浸食、堆積、熱水メカニズム、火山活動、クレーター形成などが含まれます。
  • 火星探査機（MRO）の機器による表面観測の較正と検証を行います。これは、軌道から火星の地質を調査するさまざまな機器の精度と有効性を判断するのに役立ちます
  • 鉄含有鉱物を検索し、鉄含有炭酸塩など、水を含む、または水中で形成された特定の鉱物の種類を識別して相対量を定量化します。
  • 岩石や土壌の鉱物学と組織を特徴づけ、それらを形成したプロセスを特定する。
  • 液体の水が存在していた時代の環境条件に関する地質学的手がかりを探す。
  • それらの環境が生命の生存に適していたかどうかを評価する。

ミッションのタイムライン

スピリット着陸地点から見たコロンビアヒルズのパノラマ（注釈付き）
MER-Aスピリット着陸地点の全体図（星印で表示）

オポチュニティとスピリットの探査車は、長期火星探査計画における火星探査ローバープログラムの一部でした火星探査計画の4つの主な目的は、火星に生命が存在する可能性があるか（特に、火星で回収可能な水が見つかるかどうか）、火星の気候と地質を特徴付ける、そして火星への潜在的な有人ミッションに備えることであった。火星探査ローバーは火星表面を移動して定期的に地質学的分析を行い、火星に水が存在したかどうか、また利用可能な鉱物の種類を決定するとともに、火星偵察オービター（MRO）によって取得されたデータを裏付けることになっていた。[18]両方のローバーは90ソル（地球の92日）の寿命を想定して設計されたが、それぞれ予想よりもはるかに長く続いた。スピリットのミッションは予想寿命の20倍続き、柔らかい砂にスタックし、脱出しようとして予備電力を使い果たした後、2011年5月25日にミッション終了が宣言された。オポチュニティは、着陸からミッション終了まで、当初の90太陽寿命の55倍も長く、5498日間運用されました。探査機の状態に関する毎週の最新情報は、オポチュニティ・アップデート・アーカイブでご覧いただけます。[19]

打ち上げと着陸

スピリットの軌道アニメーション
   太陽     地球 ·    火星 ·    精神

MER-A (スピリット) と MER-B (オポチュニティ) は、それぞれ2003年6月10日と2003年7月7日に打ち上げられた。両探査機はケープカナベラル宇宙発射施設17 (CCAFS SLC-17)からボーイング デルタ II 7925-9.5 ロケットで打ち上げられたが、MER-B は、火星横断投入のための追加エネルギーを必要としたため、その打ち上げ機の大型バージョンに搭載された。両打ち上げ機は、MER-A が CCAFS SLC-17A に、MER-B が CCAFS SLC-17B にそれぞれ搭載され、すぐ隣り合った発射台に搭載された。この二重発射台によって、15 日間と 21 日間の惑星打ち上げ期間を近接して実施することができた。MER-A の最終打ち上げ日は 2003 年 6 月 19 日、MER-B の初日は 2003 年 6 月 25 日であった。NASA の打ち上げサービス プログラムが両宇宙船の打ち上げを管理した。

スピリットは2004年1月4日、宇宙船イベント時間（SCET）4時35分に火星の表面に着陸することに成功しました。これは90ソル（約90日間）のミッションの始まりでしたが、太陽電池の洗浄イベントにより、2010年まで続く、はるかに長いミッションの始まりとなりました。スピリットは、過去に液体の水の影響を受けたと思われる場所、グセフ・クレーターをターゲットとしました。これは、目標楕円[20]の中心から約10km（6.2マイル）離れた、南緯14度34分18秒 東経175度28分43秒 / 南緯14.5718度 東経175.4785度 / -14.5718; 175.4785にあります。[21]エアバッグで保護された着陸機が表面に着陸した後、ローバーはパノラマ画像を撮影するためにロールアウトしましたこれらは、科学者が有望な地質学的ターゲットを選択し、現地で科学調査を行うために必要な情報を提供します。[22] MERチームは、スペースシャトル・コロンビア号の事故で亡くなった7人の宇宙飛行士に敬意を表して、着陸地点を「コロンビア記念ステーション」と名付けました。

スピリットの画像からまとめられた最初のカラー画像。これは、他の惑星で撮影された最高解像度のカラー画像でした。

2009年5月1日（ソル1892）、ローバーは柔らかい砂にスタックし、機械は普通に見える土壌の層の下に隠された硫酸鉄(III)（ジャロサイト）の隠し場所の上に停止しました。硫酸鉄は凝集力がほとんどないため、ローバーの車輪がトラクションを得るのが困難でした。[23] [24]

2010年1月26日（ソル2155）、NASAは数ヶ月にわたるローバーの解放の試みの後、この試みを断念し、代わりに移動式ロボットを固定式の研究プラットフォームとして使用するミッションに変更しました。冬の間もシステムを稼働させ続けるため、太陽に向けてバッテリーを充電する作業が行われました。[25] 2010年3月30日、スピリットは予定されていた通信セッションをキャンセルし、最近の電力供給予測から予想されていたように、低電力の冬眠モードに入ったと考えられます。[26]

ローバーとの最後の通信は2010年3月22日（ソル2208）[27]であり、ローバーのバッテリーがあまりにも多くのエネルギーを失い、ミッションクロックが停止した可能性が高い。以前の冬には、ローバーは太陽に面した斜面に駐機し、内部温度を-40℃（-40℉）以上に保つことができたが、ローバーは平地に停泊していたため、内部温度は-55℃（-67℉）まで低下したと推定される。もしスピリットがこれらの状況を乗り越え、清掃イベントが行われていたとしたら、2011年3月の南半球夏至に太陽エネルギーがローバーを目覚めさせるレベルまで増加していた可能性がある。[28] スピリットはホームプレート西側の「トロイ」と呼ばれる場所で沈黙を保っている。[29]

スピリットは低電力障害を経験し、通信を含むすべてのサブシステムをオフにし、バッテリーの充電を試みるために深いスリープ状態に入った可能性が高い。また、ローバーがミッションクロック障害を経験した可能性もある。もしそうなっていたら、ローバーは時間の流れを失い、太陽電池アレイに十分な日光が当たって目覚めるまでスリープ状態を維持しようとしただろう。この状態は「ソーラーグルービー」と呼ばれている。ローバーがミッションクロック障害から目覚めた場合、リッスンするだけだった。2010年7月26日（ソル2331）から、ミッションクロック障害の可能性に対処するための新しい手順が実施されたが、失敗に終わった。

ミッション終了

JPLは2011年5月25日までスピリットとの交信を試み続けたが、その日NASAは交信活動の終了とミッションの完了を発表した。[13] [15] [30] NASAによると、探査車は「生存用ヒーターを稼働させるのに十分な電力がなかった」ために「内部温度」が極端に低かった可能性が高い。これは「日光の少ない過酷な火星の冬」によるものだった。多くの重要な部品や接続部は「寒さによる損傷を受けやすかった」とされている。[15]スピリットの支援に必要だった資産は、当時まだ運用中だったスピリットの双子機、オポチュニティの支援に回された。[13]

スピリットの主な火星表面ミッションは、少なくとも90ソル（約90日間）の期間続く予定だった。ミッションは数回延長され、最終的に約2,208ソル（約2,208日間）続いた。2007年8月11日、スピリットは1,282ソル（約1282日間）の期間、火星表面での運用期間を記録し、着陸機または探査機としては2番目に長い運用期間となった。これはバイキング2号の着陸機よりも1ソル長い。バイキング2号は原子核電池で稼働していたのに対し、スピリットは太陽電池で稼働している。 2010年5月19日にオポチュニティに追い抜かれるまで、火星探査機の運用期間が最も長かったのはバイキング1号で、火星表面で2,245ソル（約2,245日間）を稼働していた。2010年3月22日、スピリットは最後の通信を送信し、バイキング1号の運用記録を1か月強上回ることになった。探査機のステータスに関する毎週の更新アーカイブは、スピリットアップデートアーカイブで見ることができる。[31]

スピリットの総走行距離は7,730.50メートル（4.80マイル）です。[32]

設計と建設

注釈付きローバー図
パンカムマストアセンブリ（PMA）

スピリット（およびその双子であるオポチュニティ）は、高さ1.5メートル（4.9フィート）、幅2.3メートル（7.5フィート）、長さ1.6メートル（5.2フィート）、重量180キログラム（400ポンド）の6輪式太陽光発電ロボットです。ロッカーボギーシステムの6つの車輪により、起伏の多い地形での移動が可能になりました。各車輪には専用のモーターが搭載されていました。車両は前後で操舵され、最大30度の傾斜でも安全に動作するように設計されていました。最高速度は毎秒5センチメートル（2.0インチ/秒）[33] 、時速0.18キロメートル（0.11マイル/時）でしたが、平均速度は約毎秒1センチメートル（0.39インチ/秒）でした。スピリットとオポチュニティの両方に、倒壊したワールドトレードセンターの金属片が取り付けられており、「掘削装置のケーブルを保護するためのシールドに転用」されました。[34] [35]

太陽電池は1ソルあたり最大14時間、約140ワットの電力を発電し、充電式リチウムイオン電池は夜間使用のためにエネルギーを蓄えました。スピリットの搭載コンピューターは、128MBのDRAMと3MBのEEPROMを搭載した20MHzのRAD6000 CPUを使用しています。 [36]ローバーの動作温度範囲は-40～+40℃（-40～104°F）で、放射性同位元素ヒーターが基本的な加熱レベルを提供し、必要に応じて電気ヒーターが補助します。[37]

通信は、低データレートで通信する全方向性低利得アンテナと、地球と直接接触する可動式高利得アンテナに依存していました。低利得アンテナは、火星を周回する宇宙船へのデータ中継にも使用されました。[38]

科学ペイロード

科学機器には以下が含まれていました。[39]

ローバーアームには以下の機器が搭載されていました。[40]

  • メスバウアー分光計（MB）MIMOS II - 鉄を含む岩石や土壌の鉱物学の詳細な調査に使用されます
  • アルファ粒子X線分光計（APXS） – 岩石や土壌を構成する元素の存在量を詳細に分析します。
  • 磁石 – 磁性ダスト粒子を収集します。
  • 顕微鏡撮像装置（MI） – 岩石や土壌の高解像度のクローズアップ画像を取得します。
  • 岩石研磨ツール（RAT） – 搭載機器による検査のために新鮮な材料を露出させます。

スピリットは、ミッション全体を通して複数のオペレーターによって「操縦」されました。[41]

乾燥質量

ローバーは太陽電池と充電式化学電池を組み合わせて使用​​します。[42]このクラスのローバーには、8アンペア時の容量を持つ8つのセルで構成される2つの充電式リチウム電池が搭載されています。[43]ミッション開始時には、太陽電池パネルは1ソルでバッテリーと電源システムを充電するために1日あたり最大約900ワット時（Wh）を供給できましたが、これはさまざまな要因によって変化する可能性があります。[42]イーグルクレーターでは、セルは1日あたり約840Whを生成していましたが、2004年12月の第319ソルまでに1日あたり730Whに低下しました。[44]

地球と同様に、火星にも季節変動があり、冬には日照量が減少します。しかし、火星の年は地球よりも長いため、季節は地球の約2年ごとに一巡します。[45] 2016年までに、MER-Bは火星の冬を7回経験しました。この時期には電力レベルが低下し、ローバーは大量の電力を消費する活動を避けることができます。[45]最初の冬には、電力レベルが2ヶ月間1日あたり300Wh未満に低下しましたが、その後の冬はそれほど悪くありませんでした。[45]

受信電力を低下させるもう一つの要因は、大気中の塵、特に砂嵐です。[46]砂嵐は、火星が太陽に最も近づくときに頻繁に発生します。[46] 2007年の世界的な砂嵐により、オポチュニティとスピリットの電力レベルが大幅に低下し、1日に数分しか動作できなくなりました。[46] 2018年の火星の砂嵐のため、オポチュニティは6月12日に休眠モードに入りました。 [47] [48]しかし、10月初旬に砂嵐が収まった後も、活動を停止しました。[49]

発見

グセフ平原の岩石は玄武岩の一種です。カンラン石、輝石、斜長石、磁鉄鉱などの鉱物が含まれています。細粒で不規則な穴（地質学者は気泡や空洞があると言うでしょう）があるため、火山玄武岩のように見えます。[50] [51]

スピリット近郊の岩石の注釈付きパノラマ写真（2006年4月）

平原の土壌の多くは、地元の岩石が崩壊してできたものです。一部の土壌にはかなり高濃度のニッケルが含まれていました。これはおそらく隕石由来のものでしょう。[52]

分析の結果、岩石は微量の水によってわずかに変質していることが示されています。岩石の外側のコーティングと内部の亀裂は、水によって堆積した鉱物、おそらく臭素化合物を示唆しています。すべての岩石には、細かい塵のコーティングと、1つまたは複数の硬い物質の皮膜が含まれています。ある種のものはブラシで払い落とすことができますが、別のものは岩石研磨ツール（RAT）で研磨する必要がありました。[53]

グセフ・クレーターの塵は、火星全体の塵と同じです。すべての塵は磁性を持っていることがわかりました。さらに、スピリットは、その磁性は鉱物である磁鉄鉱、特にチタン元素を含む磁鉄鉱によって引き起こされることを発見しました。1つの磁石ですべての塵を完全に逸らすことができたため、火星のすべての塵は磁性を持っていると考えられています。[54]塵のスペクトルは、軌道を周回する衛星によって検出されたタルシスやアラビアのような明るく熱慣性の低い領域のスペクトルと類似していました。おそらく1ミリメートル未満の薄い塵の層がすべての表面を覆っています。その中には、化学的に結合した少量の水が含まれているものがあります。[55] [56]

天文学

スピリットはカメラを空に向け、火星の衛星ダイモスによる太陽面通過を観測しました（「火星からのダイモスの太陽面通過」参照）。また、2004年3月初旬には、他の惑星の表面から地球を撮影した最初の写真も撮影しました。

2005年後半、スピリットは好ましいエネルギー状況を利用して、火星の衛星フォボスとダイモスの両方を夜間に複数回観測しました。[57]これらの観測には、「月食」（あるいはむしろフォビアンの）が含まれており、スピリットはフォボスが火星の影に消えていくのを観察しました。スピリットの星空観測の一部は、ハレー彗星によって引き起こされると予測されている流星群を探すために設計されており、少なくとも4つの流星の筋が疑わしい流星でしたが、宇宙線によって引き起こされたものと明確に区​​別することはできませんでした。[57]

2005年1月12日、14:45 UTCから23:05 UTCにかけて、水星の火星通過が発生しました。理論的には、スピリットとオポチュニティの両方で観測できたはずですが、カメラの解像度では水星の6.1インチ角直径を観測できませんでした。ダイモスの太陽面通過は観測できましたが、ダイモスの角直径は2フィートで、水星の6.1インチ角直径の約20倍です。JPLホライゾンズが作成したエフェメリスデータによると、オポチュニティは通過開始から地球時間19:23 UTC頃の日没まで観測できたはずですが、スピリットは19:38 UTC頃の日の出から通過終了まで観測できたはずです。[説明が必要] [58]

機器の摩耗と故障

両ローバーは当初のミッション時間である90ソルを何度も超過しました。地表での滞在時間が延長され、部品への負担が増大したため、いくつかの問題が発生しました。[29]

2006年3月13日(ソル778)、火星上で7km(4.2マイル)を走行した後、右前輪が動かなくなった[59]。技術者らは回転軸を引きずりながら探査車を後進させ始めた。これにより運転技術の変更を余儀なくされたが、この引きずり効果は探査車が移動する際に地表の土壌を部分的に除去する有用な手段となり、通常ではアクセスできない領域の撮影が可能になった。しかし、2009年12月中旬、技術者らを驚かせたのは、ソル2113のホイールテストで右前輪がわずかに動き、ソル2117の4回のホイールテストのうち3回では明らかに通常の抵抗で回転したが、4回目で停止したということである。2009年11月29日(ソル2098)には右後輪も停止し、残りのミッション期間中は動作不能のままであった。

科学機器も、過酷な火星環境への曝露と、ミッション計画者が想定していたよりもはるかに長い期間の使用により劣化しました。時間の経過とともに、岩石研磨ツールの樹脂研磨面のダイヤモンドが摩耗し、その後はターゲットをこすりつけることしかできなくなりました。[60]他のすべての科学機器と工学カメラは、通信が途絶えるまで機能し続けました。しかし、スピリットの寿命の終わりに近づくにつれて、MIMOS II メスバウアー分光計は、半減期が271日のコバルト-57ガンマ線源の崩壊により、ミッション初期よりも結果を出すのに非常に長い時間がかかりました。

遺産と栄誉

火星探査におけるスピリットの多大な貢献を記念して、小惑星37452はスピリットにちなんで名付けられました。[61]この名前は、 1960年9月24日にコルネリス・ヨハネス・ファン・ハウテンとトム・ゲーレルスとともに小惑星を発見した イングリッド・ファン・ハウテン＝グローネフェルトによって提案されました。

ローバーを称えるために、JPLチームはオポチュニティローバーが探査したエンデバークレーター付近の地域を「スピリットポイント」と名付けました。[62]

2022年に制作されたドキュメンタリー映画『おやすみオッピー』は、オポチュニティ、スピリット、そして彼らの長期ミッションを描いたもので、ライアン・ホワイトが監督を務め、JPLとインダストリアル・ライト＆マジックの支援を受けました。[63]

ローバーは複数のカメラで写真を撮影できましたが、異なるカラーフィルターでシーンを撮影できるのはPanCamカメラのみでした。パノラマ画像は通常、PanCamの画像から作成されました。スピリットは生涯で128,224枚の写真を転送しました。[64]

ミズーラ・クレーター（2004年4月19日、ソル105）
「ラリーの展望台」から撮影されたカラーパノラマ。左端は「テネシー渓谷」、右はローバーの軌跡です。
スピリット着陸地点から見たアポロヒルズのパノラマ写真（注釈付き）

関連項目

参考文献

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ウィキメディア・コモンズには、火星探査ローバーに関連するメディアがあります。
  • JPLの火星探査ローバーミッションのホームページ
  • （JPLの火星探査ローバーのホームページは廃止されました）Wayback Machineに2008年7月13日にアーカイブ
  • 惑星フォトジャーナル、NASA JPLのスピリット向け惑星フォトジャーナル
  • NASA TV特別イベントスケジュール、 JPLのMERニュースブリーフィングのWayback Machineに2014年12月21日にアーカイブ
  • NASA JPLからのミッションステータスアップデート（2004年12月4日アーカイブ、Wayback Machine）
  • ウィキソース：NASA MER記者会見
  • MERアナリストノートブック、ミッションデータと文書へのインタラクティブアクセス
  • SpaceFlightNow Spaceflightnow.com、ステータスページ最終更新日：2004年5月
  • コーネル大学のローバーサイト：アテナ最終更新日：2006年
  • スピリットを探す：バイキングの画像に基づくインタラクティブな火星地図帳：画像のズームイン/アウトやパンが可能で、希望の場所を見つけることができます。スピリットのおおよその位置は、南緯14.82度（北緯-14.82度）、西経184.85度（東経5.15度）です（2008年6月4日現在、機能していません）。
  • スピリットの着陸地点がマークされたGoogleマップ
  • スピリットの砂嵐に関するニューサイエンティスト誌の記事（2008年5月8日アーカイブ、Wayback Machine、2005年3月15日）
  • スピリットのホイールの状態に関するニューサイエンティスト誌の記事（2006年4月3日）
  • Unmanned Spaceflight.comによるスピリットに関する議論（2008年6月4日時点、最終更新日2008年6月4日）
  • ショーン・ドランによるスピリットの最終位置をズームインした高解像度ビデオ
  • planetary.orgのAJSレイルによるMER進捗報告アーカイブ
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