| ミッションタイプ | 着陸機 ・ローバー |
|---|---|
| オペレーター | NASA ·ジェット推進研究所 |
| コスパーID | 1996-068A |
| SATCAT番号 | 24667 |
| Webサイト | 火星 |
| ミッション期間 | 85日間の打ち上げから最後の接触まで:9ヶ月23日 |
| 宇宙船の特性 | |
| 打ち上げ質量 | 890 kg(推進剤を含む)[ 2 ] |
| 力 | パスファインダー:35 Wソジャーナー:13 W |
| ミッション開始 | |
| 発売日 | 1996年12月4日06:58:07 UTC (1996年12月4日) |
| ロケット | デルタ II 7925 (#D240) |
| 発射場 | ケープカナベラルSLC-17 |
| 請負業者 | なし[ 3 ] |
| ミッション終了 | |
| 最後の接触 | 1997年9月27日10:23 UTC (1997年9月27日) |
| 火星着陸船 | |
| 着陸日 | 1997年7月4日16:56:55 UTC MSD 43905 04:41 AMT (1997年7月4日) |
| 着陸地点 | アレス渓谷、クリセ平原、火星19°5′50″N 33°15′14″W / 北緯19.09722度、西経33.25389度 / 19.09722; -33.25389 (ソジャーナ探査車(マーズ・パスファインダー)) |
| トランスポンダー | |
| バンド | 高利得アンテナを備えたXバンド |
| 帯域幅 | 深宇宙ネットワーク( 70m)への伝送速度6kb/s 、地上コマンドへの伝送速度250b/s [ 2 ] |
マーズ・パスファインダー[ 1 ]は、1997年に火星に移動探査機を搭載した基地ステーションを着陸させたアメリカの無人探査機である。この探査機は、カール・セーガン記念ステーションと改名された着陸機と、重量10.6kg(23ポンド)の軽量車輪付きロボット火星探査機「ソージャーナ」[ 4 ]で構成されており、地球・月系外で運用された最初の探査機となった。このミッションは1998年に終了した。
1996年12月4日、NASAのデルタIIブースターでマーズ・グローバル・サーベイヤーの1か月後に打ち上げられた探査機は、1997年7月4日、火星のアレス峡谷にあるオキシア・パルス四分円内のクリセ平原と呼ばれる地域に着陸した。着陸機はその後開いて、火星表面で多くの実験を行った探査車が露出した。このミッションでは、火星の大気、気候、地質、岩石や土壌の組成を分析するための一連の科学機器が搭載された。これは、当時の長官ダニエル・ゴールディンが推進した「より安く、より速く、より良い」というモットーの下、低コストの宇宙船の使用と頻繁な打ち上げを促進するNASAのディスカバリー計画における2番目のプロジェクトであった。このミッションは、 NASAの火星探査計画を担当するカリフォルニア工科大学の一部門であるジェット推進研究所(JPL)によって指揮された。プロジェクトマネージャーはJPLのトニー・スピア氏でした。
このミッションは、火星探査車を含む一連のミッションの最初のものであり、1976年に2機のバイキングが火星に着陸して以来、初めて成功した着陸機であった。ソビエト連邦は1970年代にルノホート計画の一環として月へ探査車を送ることに成功したが、火星計画で探査車を使用する試みは失敗した。
科学的目的に加え、マーズ・パスファインダー・ミッションは、エアバッグによる着陸や自動障害物回避といった様々な技術の「概念実証」でもありました。これらの技術は後に火星探査ローバー・ミッションで活用されました。マーズ・パスファインダーは、火星への他の無人宇宙ミッションと比較して、極めて低コストであったことでも注目されました。当初、このミッションは火星環境調査(MESUR)プログラムの第1弾として構想されました。[ 5 ]

マーズ・パスファインダーは、 3つの科学機器を用いて火星の土壌に関する様々な調査を行った。着陸機には、マーズ・パスファインダー用イメージャー(IMP)と呼ばれる伸縮式ポールに取り付けられた空間フィルター付き立体カメラ[ 8 ] [ 9 ]と、大気構造機器/気象パッケージ(ASI/MET)[ 10 ]が搭載されていた。ASI/METは火星の気象観測所として機能し、気圧、気温、風のデータを収集した。METの構造物には、ポールの3つの高さに設置された3つの風向計があり、最上部は約1メートル(3.3フィート)の高さにあり、一般的に西からの風が観測された。[ 11 ]
ソジャーナ探査車には、アルファ陽子X線分光計(APXS)[ 12 ]が搭載されており、岩石や土壌の成分分析に使用されました。また、白黒カメラ2台とカラーカメラ1台も搭載されていました。これらの機器は、火星表面の深さ数ミリメートルから数百メートルまでの地質、岩石や表面の地球化学と進化史、地表の磁気特性と機械的特性、さらには塵や大気の磁気特性、そして火星の 自転・軌道ダイナミクスを調査することができました。

ローバーには3台のCCDカメラが搭載されており、いずれもイーストマン・コダック社製で、ローバーのCPUによって制御されていました。2台の前面モノクロカメラはナビゲーション用途で使用され、5台のレーザーストライププロジェクターと連動して立体的な危険検知機能も備えていました。これらの前面カメラは、縦484ピクセル、横768ピクセルの解像度を持ち、 0.65メートル(26インチ)の範囲で0.6センチメートル(0.24インチ)という微細なディテールを識別できる光学解像度を備えていました。これらのカメラからの画像は、ブロック・トランケーション・コーディング(BTC)アルゴリズムを用いて圧縮することができました。
APXSの近くの後方に設置された3台目のカメラは、カラー画像撮影に使用された。このカメラはフロントカメラと同じ解像度を持っていたが、APXSのターゲットエリアとローバーの軌跡の両方を撮影するために90度回転した。このリアカメラは、特定の色感度を持つ4x4ピクセルブロックを備えていた。緑色に12ピクセル、赤色に2ピクセル、赤外線に2ピクセルである。すべてのカメラは、500 nm未満の光波長を遮断するセレン化亜鉛製のレンズを使用していた。その結果、青色/赤外線ピクセルは赤外線のみを効果的に検出した。各カメラには自動露出機能と不良ピクセル処理機能があった。露出時間や圧縮設定などの画像パラメータは、送信される画像ヘッダーに含まれていた。リアカメラでBTC圧縮を使用する場合は、色情報を破棄する必要がある。[ 13 ]


IMPには、地表および大気現象を記録するためのフィルターセットが搭載されていました。2つのカメラ(つまり目)が搭載されており、それぞれフィルターセットがわずかに異なっていました。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]
| 目とフィルター | 中心波長(nm) | 帯域幅(nm) | カテゴリ |
|---|---|---|---|
| L0 | 443 | 26 | ステレオ、地質学 |
| L5 | 671 | 20 | ステレオ、地質学 |
| L6 | 802 | 21 | 地質学 |
| L7 | 858 | 34 | 地質学 |
| L8 | 898 | 41 | 地質学 |
| L9 | 931 | 27 | ステレオ、測距、地質学 |
| L10 | 1003 | 29 | 地質学 |
| L11 | 968 | 31 | ステレオ、測距、地質学 |
| R0 | 443 | 26 | ステレオ、地質学 |
| R5 | 671 | 20 | ステレオ、地質学 |
| R6 | 752 | 19 | 地質学 |
| R8 | 600 | 21 | 地質学 |
| R9 | 531 | 30 | ステレオ、測距、地質学 |
| R10 | 480 | 27 | 地質学 |
| R11 | 967 | 30 | ステレオ、測距、地質学 |
| L1 | 450 | 5 | 太陽 |
| L2 | 883 | 6 | 太陽 |
| L3 | 925 | 5 | 太陽 |
| L4 | 935 | 5 | 太陽 |
| R1 | 670 | 5 | 太陽 |
| R2 | 946 | 44 | 太陽 |
| R3 | 936 | 5 | 太陽 |
| R4 | 989 | 5 | 太陽 |

ASI/METは、突入時、降下時、そして地上での気温、気圧、風のデータを記録しました。また、センサー操作とデータ記録のための電子機器も搭載されていました。[ 16 ]
着陸地点は火星の北半球にある「アレス・ヴァリス」(古代ギリシャで「アレスの谷」という意味、古代ローマの神マルスに相当)と呼ばれる古代の氾濫原で、火星で最も岩石の多い地域の一つです。科学者たちがこの場所を選んだのは、着陸するのに比較的安全な表面であり、壊滅的な洪水の際に堆積した多種多様な岩石が含まれていることがわかったためです。着陸は北緯19.13度、西経33.22度で[ 20 ]成功し、着陸機は天文学者のカール・セーガンに敬意を表して「カール・セーガン記念ステーション」と名付けられました[ 21 ]。 (地球外記念碑一覧も参照) 北緯19度8分 西経33度13分 / / 19.13; -33.22


マーズ・パスファインダーは、突入カプセル、超音速パラシュート、固体ロケット、そして衝撃を緩和する大型エアバッグからなる革新的なシステムを使って火星の大気圏に突入し、着陸した。
マーズ・パスファインダーは、オリジナルのバイキング火星着陸機の設計から派生した大気圏突入エアロシェル(カプセル)を使用して、6.1km/s(14,000mph)の双曲線軌道から逆方向に火星の大気圏に直接突入した。エアロシェルはバックシェルと特別に設計されたアブレーションヒートシールドで構成され、370m/s(830mph)まで減速すると、超音速ディスクギャップバンドパラシュートが展開され、火星の薄い大気中での降下速度を68m/s(150mph)まで減速した。着陸機のオンボードコンピュータは冗長化されたオンボード加速度計を使用してパラシュート展開のタイミングを決定した。20秒後、ヒートシールドが花火によって解放された。さらに20秒後、着陸機はバックシェルから切り離され、20m(66フィート)のブライドルで降ろされた。着陸機が地表から1.6km(5,200フィート)の高さに到達したとき、搭載されたコンピュータはレーダーを用いて高度と降下速度を算出しました。この情報は、その後の着陸の正確なタイミングを決定するためにコンピュータによって使用されました。[ 22 ]

着陸船が地上 355 メートル (1,165 フィート) に到達した時点で、3 つのガス発生器を使用してエアバッグが 1 秒未満で膨らんだ。[ 23 ]エアバッグは、正四面体の着陸船を取り囲む 4 つの相互接続された多層ベクトランバッグでできていた。これらは、28 m/s (63 mph) の高さからの斜入射衝撃に耐えられるように設計およびテストされた。しかし、エアバッグは最大約 15 m/s (34 mph) の垂直衝撃に耐えられるように設計されていたため、3 つの固体逆噴射ロケットが着陸船上部のバックシェルに取り付けられた。[ 24 ]これらは、地上 98 メートル (322 フィート) で発射された。着陸船のオンボード コンピューターは、ロケットを発射してブライドルを切断する最適なタイミングを推定し、地上 15 メートルから 25 メートル (49 から 82 フィート) の間で着陸船の速度がほぼゼロになるようにした。 2.3秒後、ロケットはまだ点火を続けていたが、着陸機は地上約21.5メートル(71フィート)でブライドルを切断し、地面に落下した。ロケットはバックシェルとパラシュートと共に上昇し、離陸した(その後、軌道画像で確認されている)。着陸機は14メートル/秒(31マイル/時)で衝突し、減速はわずか18Gに抑えられた。最初のバウンドは15.7メートル(52フィート)の高さで、着陸機はさらに少なくとも15回のバウンドを続けた(加速度計のデータ記録は全てのバウンドを通して継続されたわけではなかった)。[ 25 ]
突入、降下、着陸の全プロセスは4分で完了しました。
着陸機の着陸が停止すると、エアバッグが収縮し、着陸機の「花びら」に取り付けられた4つのウインチによって着陸機に向かって引き込まれました。着陸機は、どの方向からでも自力で姿勢を正すように設計されていましたが、偶然にも着陸機はベースとなる花びらの上に正しい向きで転がり落ちました。着陸から87分後、花びらは展開され、内側にはソジャーナ・ローバーと太陽電池パネルが取り付けられていました。 [ 26 ]
着陸機は1997年7月4日の夜、火星現地太陽時2時56分55秒(協定世界時16時56分55秒)に到着した。着陸機は最初のデジタル信号と画像を地球に送信するために日の出まで待たなければならなかった。着陸地点は、北緯19.30度、西経33.52度のアレス峡谷に位置し、幅200km(120マイル)の着陸地点楕円の中心から南西わずか19km(12マイル)の距離にあった。着陸機が火星に滞在した最初の太陽日であるソル1の間に、着陸機は写真を撮影し、いくつかの気象測定を行った。データを受信すると、技術者たちはエアバッグの一つが完全に収縮しておらず、ソジャーナの降下ランプの今後の横断に問題が生じる可能性があることに気付いた。この問題を解決するため、着陸機にコマンドを送り、着陸機の花弁の一つを上げ、エアバッグを平らにするために追加の格納を実行させた。この手順は成功し、ソル2にソジャーナーは切り離され、立ち上がって2つの傾斜路のうちの1つを後退した。[ 26 ]
ソジャーナー探査車は、1997年7月4日の着陸後、第2ソルに着陸機から離脱しました。その後数ソル進むにつれて、探査車はいくつかの岩石に接近しました。科学者たちはこれらの岩石を、有名な漫画キャラクターにちなんで「バーナクル・ビル」、「ヨギ」、「スクービー・ドゥー」と名付けました。探査車はこれらの岩石と火星の土壌に含まれる元素を測定し、着陸機はソジャーナーと周囲の地形の写真を撮影し、気候観測も行いました。
ソージャーナーは6輪の車両で、全長65cm(26インチ)、幅48cm(19インチ)、高さ30cm(12インチ)、重量10.5kg(23ポンド)である。[ 27 ]最高速度は1cm/秒(0.39インチ/秒)に達した。ソージャーナーは合計約100m(330フィート)を移動したが、パスファインダー基地から12m(39フィート)以上離れたことはなかった。83ソルの運用期間中、ソージャーナーは550枚の写真を地球に送信し、着陸機周辺の16地点の化学的性質を分析した。(宇宙探査ローバーも参照)

岩石の最初の分析は、ソル3にバーナクル・ビルによって開始されました。アルファ粒子X線分光計(APXS)を用いて組成を特定し、分光計はサンプルの完全なスキャンに10時間を要しました。その結果、岩石または土壌の質量のわずか0.1%を占める 水素を除くすべての元素が検出されました。
APXSは、岩石や土壌サンプルにアルファ粒子(陽子2個と中性子2個からなるヘリウム原子核)を照射することで機能します。その結果、「バーナクル・ビル」は地球の安山岩とよく似ていることが示され、過去の火山活動が裏付けられました。安山岩の発見は、火星の岩石の一部が再溶融・再加工されたことを示しています。地球では、マグマが岩石のポケットに留まり、鉄とマグネシウムの一部が沈殿することで安山岩が形成されます。その結果、最終的な岩石には鉄とマグネシウムが少なく、シリカが多く含まれます。火山岩は通常、アルカリ(Na 2 OとK 2 O)の相対量とシリカ(SiO 2 )の量を比較して分類されます。安山岩は、火星から飛来した隕石に含まれる岩石とは異なります。[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]
APXSを用いてヨギ岩を再度分析したところ、バーナクル・ビルよりも原始的な玄武岩であることが示されました。ヨギ岩の形状と組織から、洪水によって堆積した可能性が高いと考えられます。
モーと名付けられた別の岩石の表面には、風による浸食を示す痕跡がいくつか見られました。分析された岩石のほとんどは、高いケイ素含有量を示しました。ロックガーデンと呼ばれる別の地域では、ソジャーナーは三日月形の砂丘に遭遇しました。これは地球の三日月形の砂丘に似ています。
ミッションの最終結果が科学誌『サイエンス』(1997年12月5日号)の一連の論文で発表された時点では、ヨギ岩は塵の層で覆われているものの、バーナクル・ビル岩に類似していると考えられていました。計算によると、この2つの岩石は主に斜方輝石(マグネシウム・鉄珪酸塩)、長石(カリウム、ナトリウム、カルシウムを含むアルミニウム珪酸塩)、石英(二酸化ケイ素)の鉱物を含み、少量の磁鉄鉱、イルメナイト、硫化鉄、リン酸カルシウムが含まれていることが示唆されています。[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]
ソジャーナ探査機に搭載された組み込みコンピュータは、2MHz [ 31 ]のインテル80C85 CPUと512KB のRAM 、 176KBのフラッシュメモリソリッドステートストレージを搭載し、巡回実行プログラムを実行していた。[ 32 ]
パスファインダー着陸船のコンピュータは、 128MBのRAMと6MBのEEPROMを搭載した耐放射線IBM RISC 6000シングルチップ(Rad6000 SC)CPUであり[ 33 ] [ 34 ]、オペレーティングシステムはVxWorksであった。[ 35 ]
着陸船の同時発生ソフトウェアバグによりミッションは危ぶまれた。 [ 36 ]このバグは飛行前テストで発見されていたが、予期せぬ高負荷状態でのみ発生する不具合とみなされ、優先度は低く、突入および着陸コードの検証に重点が置かれた。この問題は、飛行ソフトウェアで有効化されていたログ記録およびデバッグ機能により、実験室の複製を使用して地球から再現・修正されたが、優先度の逆転によるコンピュータのリセットが原因であった。コンピュータのリセット後、科学的または工学的データは失われなかったが、その後のすべての操作は翌日まで中断された。[ 37 ] [ 38 ]ミッション中、4回のリセット(7月5日、10日、11日、14日)が発生し、[ 39 ]その後、7月21日にソフトウェアにパッチを当てて優先度の継承を有効にした。[ 40 ]

着陸機は16,500枚の写真を含む23億ビット(287.5メガバイト)以上の情報を送信し、気圧、気温、風速を850万回測定した。[ 41 ]
太陽から異なる距離にある空の画像を複数撮影することで、科学者たちはピンク色のもやの中の粒子の大きさが半径約1マイクロメートルであると判断することができた。一部の土壌の色はオキシ水酸化鉄相の色に似ており、これは過去の気候がより温暖で湿潤であったという理論を裏付けるものとなる。[ 42 ]パスファインダーは塵の磁性成分を調べるために一連の磁石を搭載していた。最終的に、1つを除くすべての磁石に塵のコーティングができた。最も弱い磁石が土壌を引き付けなかったため、浮遊塵には純粋な磁鉄鉱やマグヘマイトの一種だけが含まれているのではないと結論付けられた。塵はおそらく酸化鉄(Fe 2 O 3 )で固められた集合体だったと思われる。[ 43 ]火星探査車スピリットは、はるかに高性能な機器を使用して、火星の塵と土壌の磁性は磁鉄鉱で説明できることを発見した。磁鉄鉱は土壌で発見され、土壌の最も磁性のある部分は黒くなっていた。磁鉄鉱は非常に黒い。[ 44 ]
科学者たちはドップラー追跡と双方向測距を用いて、バイキング着陸船による以前の測定結果と合わせ、極モーメントの非静水力学的成分はタルシス隆起によるものであり、内部は溶融していないことを明らかにした。中心金属核の半径は1,300~2,000km(810~1,240マイル)である。[ 28 ]

ミッションは1週間から1ヶ月の予定だったが、ローバーはほぼ3ヶ月間正常に動作した。10月7日以降通信が途絶え[ 45 ]、パスファインダーからの最後のデータ送信は1997年9月27日10時23分(UTC)に受信された。ミッションマネージャーはその後5ヶ月間、完全な通信の回復を試みたものの、ミッションは1998年3月10日に終了した。延長された運用中、周囲の地形の高解像度ステレオパノラマが作成されており、ソージャーナーローバーは遠くの尾根を訪問する予定だったが、パノラマ撮影は約3分の1しか完了しておらず、通信が途絶えた時点で尾根訪問はまだ始まっていなかった[ 45 ] 。
1ヶ月間動作するように設計された搭載バッテリーは、繰り返しの充電と放電により故障した可能性があります。このバッテリーは、探査機の電子機器を火星の夜間の予想気温よりわずかに高い温度まで加熱するために使用されていました。バッテリーの故障により、通常よりも低い気温によって重要な部品が破損し、通信が途絶えた可能性があります。[ 45 ] [ 46 ] ミッションは最初の1ヶ月で目標を達成しました。
火星探査機マーズ・リコネッサンス・オービターは2007年1月にパスファインダー着陸機を発見した(写真参照)。 [ 47 ] [ 48 ]

火星探査車「ソージャーナー」の名称は、コネチカット州ブリッジポート在住の12歳のヴァレリー・アンブロワーズちゃんが、1年間にわたる世界規模のコンテストで優勝したことから付けられました。このコンテストでは、18歳までの生徒がヒロインを選び、彼女の歴史的功績についてエッセイを提出しました。生徒たちはエッセイの中で、ヒロインにちなんで名付けられた惑星探査車が、火星の環境においてこれらの功績をどのように活かすかを考察するよう求められました。
このコンテストは1994年3月にカリフォルニア州パサデナの惑星協会がNASAジェット推進研究所(JPL)と協力して開始し、全米理科教師協会の雑誌「科学と子供」 1995年1月号で告知され、全米の2万人の教師と学校に配布されました。[ 49 ]
アンブロワーズさんの優勝作文は、探査車に19世紀の女性権利活動家ソジャーナ・トゥルースにちなんで命名することを提案したもので、3,500編の応募作文の中から選ばれた。準優勝はメリーランド州ロックビルのディープティ・ロハトギさん(18歳)で、科学者マリー・キュリーを提案した。準優勝はテキサス州ラウンドロックのアダム・シーディさん(15歳)で、1986年のスペースシャトル・チャレンジャー号爆発事故で亡くなった故宇宙飛行士ジュディス・レズニックにちなんで名付けた。その他の人気候補には、探検家でガイドのサカジェウィアや飛行士アメリア・イアハートなどがあった。[ 50 ]