火星サンプル回収ヘリコプター
火星サンプル回収着陸船ミッションにおけるNASAのヘリコプター

火星サンプル回収ヘリコプター[1]
NASA-ESA火星サンプルリターン計画の一部
火星の表面でサンプルを収集するロボットヘリコプター。
火星サンプル回収ヘリコプターの1機が火星2020のサンプルチューブをデポから回収している様子と、火星科学ヘリコプターとインジェニュイティが火星上空を飛行している様子を描いたアーティストの絵。
タイプ地球外 自律型 UAV ヘリコプター
所有者米航空宇宙局（NASA）
メーカージェット推進研究所
仕様
寸法131 cm × 49 cm × 52 cm (52インチ × 19インチ × 20インチ) [2]
乾燥質量2.26 kg (5.0 ポンド)
力6個のソーラー充電式ソニーVTC-4リチウムイオン電池; 標準エンジン入力電力: 350ワット[3]
歴史
展開済み
  • 2030
  • 火星サンプル回収着陸機（SRL）から（計画中）
    • 最高速度: 18 km/h (11 mph、9.7 kn)
    • 範囲: 0.700 km (0.435 マイル、0.378 nmi)
    • 実用天井高: 20 m (66 フィート)
    • 上昇率: 5.5 m/s (1,080 ft/min)
    • 沈下速度: 1 m/s (200 ft/min)
NASAの火星ヘリコプター

火星サンプル回収ヘリコプターは、アメリカのエアロバイロンメント社のエンジニアによって開発されている2機のロボット 無人 ヘリコプターで、2022年3月に、火星の土壌サンプルをパーサヴィアランス探査車が作ったサンプル保管庫からサンプル回収着陸機（SRL）の場所に運ぶ手段として提案されました。サンプル回収着陸機は、これらのサンプルを火星上昇車両（MAV）に積み込み、 NASAとESAの火星サンプルリターンプログラムに従って、サンプルを火星の低軌道に運び、将来地球に持ち帰る予定です。[5]

2024年1月、NASAが提案した関連計画は予算とスケジュール上の理由から異議が申し立てられ、新たな見直し計画が実施された。[6]

プロジェクトの背景

パーセベランス・ローバーが火星でサンプルを収集・保管する間、JPLの科学者と技術者は、サンプルを回収するためのヘリコプターを開発しています。この計画は2022年6月に浮上し、MSRキャンペーンがサンプルチューブを回収するためにヘリコプターを必要とした際に、サンプル回収ヘリコプターが投入されることになりました。

デザイン

火星サンプルリターン計画の見直し
火星サンプルリターンヘリコプターのコンセプト

火星サンプル回収ヘリコプターは、エアロバイロンメント社によって開発されており、NASAのパーセベランス・ローバーに搭載されたインジェ ニュイティ共軸ヘリコプターで実証された技術に基づいています。インジェニュイティの「技術実証機」とは異なり、サンプルリターンヘリコプターは、回転速度3500rpmのローターが約10センチメートル（3.9インチ）長く、[7] 280g（9.9オンス）のペイロード容量、2本指グリッパーを備えた小型マニピュレーターアーム、自走式の車輪付き着陸装置（それぞれ幅約2センチメートル（0.79インチ）、外径約10センチメートル（3.9インチ））を備え、巻き上げてサンプルを掴み、帰還機まで飛行することができます。[8]

主要コンポーネントは、インジェニュイティから得られた教訓に基づいて改良された。速度、飛行時間、航続距離などの飛行特性は、インジェニュイティと同じである。装置のパワーウェイトレシオは向上し、そのために太陽電池パネルの面積とバッテリーの容量が増加する。上部スクリューの制御システムはいくらか簡素化され、エンジン出力は増加する。ヘリコプターの全体寸法は若干大きくなる。合計で、このような機械を2機火星に送る計画である。[9]これに加えて、自律性を可能にする高性能プロセッサ、飛行と走行の両方による前例のない機動性、ロボットハンドによる真の操作能力により、サンプルチューブの回収以上のことが可能になります。[10]

サンプル回収ヘリコプターのモデルが車輪のテストをしているが、インジェニュイティにはない要素である。

ヘリコプターの航続距離は700メートル（2,300フィート）だが、着陸機はサンプルを保管する「デポ」から50メートル（160フィート）以内の距離に着陸する予定だ。サンプルチューブ1本あたりの重量は約150グラムである。[11] [12]

コンセプト

インジェニュイティクラスのサンプル回収作戦の想像図

火星表面で採取されたサンプルの中間輸送は、当初は欧州宇宙機関（ESA）が担当し、同機関のExoMars計画に含まれていました。Mars 2020ミッションでは、後に地球に帰還するサンプルを保管する探査車「パーセベランス」が着陸しました。しかし、度重なる延期により、NASAは2021年11月に既にサンプルの輸送を延期し、輸送計画自体に内在するリスクを評価する必要があると判断し、2022年7月にインジェニュイティの成功を決定しました。

NASAとESAの火星サンプルリターンミッションには、ESAサンプルフェッチローバーとそれに付随する2機目の着陸機は含まれず、代わりにヘリコプターとサンプルを軌道船まで運び、そこから地球に帰還させる上昇ロケットを搭載した1機の着陸機が使用される。ミッション計画者は、パーセベランスの寿命を考慮して、パーセベランス自身が以前に火星に貯蔵したサンプルを回収し、上昇ロケットまで運ぶことを計画している。インジェニュイティよりもわずかに重いヘリコプターは、パーセベランスが任務を遂行できない場合のバックアップとして使用される。 [13]

サンプル採取プロセス

サンプル回収には4ソル（火星日）かかる。最初のソルでは、SRL付近からサンプルチューブから数メートル離れた着陸地点まで飛行する。次のソルでは、ヘリコプターがサンプルチューブまで移動し、小型ロボットアームでチューブを掴む。3ソル目にSRLに戻り、最後のソルでは所定の位置に移動してサンプルチューブを分離し、着陸機のESA製サンプル移送アームが、着陸機のデッキに設置された火星上昇機（Mars Ascent Vehicle）に搭載されたサンプルリターンキャニスターにチューブを載せる。[14]

サンプル回収ヘリコプターは、適切かつ安全であると判断された所定の場所、またはヘリポートで離着陸し、飛行中に地図に基づくナビゲーションを使用して、表面に残されたサンプルチューブの既知の位置に到達する。[1]

火星サンプル回収ヘリコプターは、インジェニュイティ火星ヘリコプター向けに開発された技術を応用した高度な自律航法システムを採用します。アビオニクススイートには、視覚に基づく航法、地形相対マッピング、慣性測定センサーが統合されており、火星の薄い大気圏での安定性を維持します。これらのシステムにより、ヘリコプターは地上への介入を最小限に抑えながら、サンプルチューブを識別、追跡、回収することができます。インジェニュイティの飛行データは、変化する照明条件や地形条件下での精密着陸と障害物回避を向上させるアルゴリズムの改良に活用されています。[15] [16]

参考文献

  1. ^ ab mars.nasa.gov. 「サンプル回収ヘリコプター – NASA」. mars.nasa.gov . 2023年1月8日閲覧。
  2. ^ mars.nasa.gov (2023年11月22日). 「NASA​​、2つの惑星を利用して将来の火星ヘリコプターの設計をテスト」NASA火星探査. 2023年11月30日閲覧。
  3. ^ パブリックドメイン上記の文の1つ以上に、パブリックドメインである以下の情報源からのテキストが含まれています："Mars Helicopter". Mars.nasa.gov . NASA. 2020年4月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2020年5月2日閲覧。
  4. ^ mars.nasa.gov (2023年11月22日). 「NASA​​、2つの惑星を利用して将来の火星ヘリコプターの設計をテスト」NASA火星探査. 2023年11月30日閲覧。
  5. ^ Pipenberg, Benjamin T.; Langberg, Sara A.; Tyler, Jeremy D.; Keennon, Matthew T. (2022年3月). 「将来のサンプル採取ミッションに向けた火星回転翼機の概念設計」. 2022 IEEE Aerospace Conference (AERO) . pp.  01– 14. doi :10.1109/AERO53065.2022.9843820. ISBN 978-1-66543-760-8. S2CID  251473077。
  6. ^ David, Leopnard (2024年1月15日). 「NASA​​の火星サンプルリターンミッションのトラブルに科学者たちは激怒 - 数十億ドル規模の予算超過が見込まれるため、NASAの計画を「ゴミ捨て場の火事」と呼ぶ者もいる。」Space.com . 2024年1月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2024年1月16日閲覧。
  7. ^ mars.nasa.gov (2023年11月22日). 「NASA​​、2つの惑星を利用して将来の火星ヘリコプターの設計をテスト」NASA火星探査. 2023年11月30日閲覧。
  8. ^ Foust, Jeff (2022年7月27日). 「NASA​​とESA、火星サンプルリターン計画から探査機を除外」. Spacenews . 2022年8月2日閲覧。
  9. ^ 「ニュース速報：NASAの火星探査車パーサヴィアランスが地質学的に豊かな地域を調査（2022年9月15日）」YouTube 2022年9月15日2022年11月15日閲覧。
  10. ^ 研究所、NASAジェット推進研究所の火星ヘリコプター・プロジェクトの主任エンジニア、ボブ・バララム氏（2022年11月14日）。「火星ヘリコプター - 4R - NASA」mars.nasa.gov 。 2022年11月15日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
  11. ^ Smith, Marcia (2022年7月27日). 「NASA​​とESA、火星サンプルリターン計画の方針を変更」. Spacepolicyonline.com . 2022年8月2日閲覧。
  12. ^ Marcia Smith [@SpcPlcyOnline] (2022年7月27日). 「ヘリコプターの航続距離は…」（ツイート） . 2022年8月1日閲覧– Twitter経由。
  13. ^ ポッター、ショーン（2022年7月27日）「NASA​​は2033年に火星のサンプルを地球に帰還させ、世界にインスピレーションを与えるだろう」NASA。
  14. ^ 「パーセベランス、火星のサンプルキャッシュの投棄準備」2022年12月18日。
  15. ^ 「NASA​​の火星サンプルリターンには先進的なヘリコプター技術が使用される」NASA 2023年8月2025年10月6日閲覧。
  16. ^ 「NASA​​、インジェニュイティの教訓をサンプル回収ヘリコプターに活用」Space.com、2023年7月。 2025年10月6日閲覧。
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