火星96号（Mars 96 、 Mars-8とも呼ばれる）は、1996年にロシア宇宙軍によって火星を調査するために打ち上げられた失敗した火星ミッションであり、同名のソビエト連邦の火星探査プログラムとは直接関係がありません。2回目の第4段階の燃焼に失敗した後、探査機アセンブリは地球の大気圏に再突入し、太平洋、チリ、ボリビアの320 km（200 mi）以上の地域で分解しました。[1]火星96宇宙船は、1988年に火星に打ち上げられたフォボス探査機に基づいていました。それらは当時新しい設計であり、両方とも最終的に失敗しました。火星96ミッションでは、設計者はフォボス探査機の欠陥を修正したと考えていましたが、打ち上げ段階での探査機の破壊により、改良の価値が実証されることはありませんでした。

歴史

1990年代にソ連とロシアが共同で行った唯一の月・惑星探査機であるマルス96号は、火星の大気、地表、そして内部の進化を調査するという野心的なミッションでした。当初はマルス94号とマルス96号の2機の探査機として計画されていましたが、計画は延期され、マルス96号とマルス98号に改称されました。その後、マルス98号は中止となり、マルス96号はソ連崩壊後、地球周回軌道を越えたロシア初の深宇宙探査機となりました。探査機は、オービター1機、小型自律ステーション2機、独立ペネトレーター2機で構成されていました。[2]

しかし、これは非常に野心的なミッションであり、当時打ち上げられた惑星間探査機の中で最も重量が大きかった。このミッションには、フランス、ドイツ、その他のヨーロッパ諸国、そしてアメリカ合衆国から提供された多数の機器が搭載された。同様の機器は、2003年に打ち上げられたマーズ・エクスプレスにも搭載されている。プロジェクト科学者はアレクサンダー・ザハロフであった。

科学的目標

火星96号は、火星に関する理解を深めることを目的としていました。このミッションの科学的目標は、火星の表面、大気、そして内部構造の進化史を研究することでした。また、航海中には天体物理学的研究など、その他の研究も行われることになっていました。これらの研究は、いくつかのカテゴリーに分けられます。

火星の表面

火星表面の研究には、地球規模の地形調査、鉱物地図の作成、土壌組成、氷岩層とその深部構造の研究が含まれる予定でした。

雰囲気

大気の研究には、気候、水、二酸化炭素、オゾンなどの特定の元素、イオン、化学物質の存在量、一般的な地球規模の監視、時間の経過に伴う圧力の変化、エアロゾルの特性評価が含まれます。

内部構造

惑星構造の研究は、地殻の厚さを調べ、火星の磁場を研究し、熱流束を研究し、活火山の可能性を探り、地震活動を研究することでした。

血漿研究

プラズマ研究では、磁場の強さと方向の研究、惑星間航行中および火星付近でのプラズマのイオンとエネルギー構成の研究、磁気圏とその境界の研究が行われました。

天体物理学研究

惑星間航行中は天体物理学的研究が行われる予定だった。これには、宇宙ガンマバーストの研究や、太陽や他の恒星の振動の研究が含まれていた。

デザイン

火星96号探査機の模型

オービター

火星96オービターは、フォボス・オービターの設計に基づいた3軸太陽/恒星安定化宇宙船でした。展開可能な高利得アンテナと中利得アンテナを備えていました。宇宙船の両側には2枚の大型太陽電池パネルが取り付けられていました。また、火星軌道投入後に切り離すための推進装置も搭載されていました。宇宙船の上部には2つの表面ステーションが取り付けられていました。推進装置には2つのペネトレーターが取り付けられていました。さらに、中央インターフェース、マイクロプロセッサ、メモリシステムであるMORIONシステムも搭載されていました。オービターの総質量は、燃料を含めて6180kgでした。乾燥質量は3159kgでした。

地上ステーション

火星96号表面ステーション
火星96貫通機

各火星表面ステーションは、高さ約1メートル、直径約1メートルのエアロシェルに収容されていました。各ステーションには、ステーションの運用を制御するステーションデータ処理装置（SDPI）、データ転送用の送信機と受信機を備えた通信ユニット、2つの放射性同位体熱電発電機（RTG）とバッテリー、そしてバッテリー充電を制御するための電子機器からなる電源が搭載されていました。また、各火星表面ステーションには、火星探査のインスピレーションとなったSF小説、サウンド、アートを収録したコンパクトディスクが搭載されていました。これは将来の人類探検家への贈り物として意図されていました。各火星表面ステーションの想定寿命は1年でした。

ペネトレーター

各貫通体は、前部胴体と後部胴体という2つの主要構造から構成されていました。貫通体が地表に衝突すると、前部胴体は分離して地表から5～6メートルまで潜航するように設計されていましたが、後部胴体はワイヤーで前部胴体と接続されたまま地表に留まりました。前部胴体には保守機器と分析パッケージの一部が搭載され、後部胴体には分析パッケージの残りの部分と無線機器が搭載されていました。各貫通体は、放射性同位元素熱電発電機（RTG）とバッテリーによって電力供給されていました。各貫通体の予想寿命は1年でした。

楽器

オービター

アメリカ合衆国バージニア州スティーブン・F・ウドバー・ヘイジー・センターにある火星96号探査機と着陸機のエンジニアリングモデル
FONEMAエンジニアリングモデル
アルガス
ARGUSプラットフォームは、2台のテレビカメラとマッピング分光計で構成されていました。ARGUSは、独自のマルチプロセッサ制御システム、航法用テレビカメラ（他の2台とは無関係）、1.5ギガビットメモリを備えたデータ収集システム、熱制御システム、そして飛行中較正システムを備えていました。ARGUSは、取り付けられた機器を3軸すべてにおいて高精度に方向付けるように設計されていました。
パイス
PAIS プラットフォームは、SPICAM、EVRIS、および PHOTON 機器を搭載して向けるように設計されています。
HRSC
高解像度立体テレビカメラ（HRSC）は、詳細な地形調査、雲構造、周縁輝度、境界面の特徴といった大気の調査を目的として設計されました。ARGUSプラットフォームに搭載されたカメラの一つで、その設計はマーズ・エクスプレスのHRSCカメラにも再利用されました。
ワオス
広角立体テレビカメラ（WAOSS）は、火星の雲の動き、砂嵐による表面変化、その他表面と大気の長期観測を研究するために、火星全球を長期にわたって監視するために設計されました。このカメラはARGUSプラットフォームに搭載されました。
オメガ
可視赤外線マッピング分光計（OMEGA）は、火星表面の火成岩、堆積岩、土壌、霜、氷の組成をマッピングするために設計されました。また、主要な気体および固体の大気成分のマッピングも行うことが想定されていました。この装置はARGUSプラットフォームに搭載されました。
PFS
惑星フーリエ分光計は、地表と大気に関する専門的な研究を行うために設計されました。大気に関する研究には、3次元温度・気圧場のモニタリング、全球風速マッピング、水と一酸化炭素の空間的・時間的変動、エアロゾルの光学的厚さ、位相関数、粒径分布、化学組成の測定が含まれます。地表に関する研究には、土壌の温度と熱物理的特性、地表の鉱物組成、地表凝結物、高度測定が含まれます。
ターモスキャン
マッピング放射計は、土壌の熱慣性を調べ、気温状態の日内および季節の変化を監視し、異常な熱源を探し、大気の熱を研究するために設計されました。
スヴェット
高解像度マッピング分光計は、火星に存在する可能性のある岩石の吸収帯を分光測定してその組成を判定し、エアロゾルの性質を研究し、TERMOSCAN データを MORION システムと互換性のあるデジタル形式に変換する目的で設計されました。
スピカム
マルチチャンネル光学分光計の主な目的は、中層および下層大気におけるオゾン、水蒸気、一酸化炭素、エアロゾル、および気温の鉛直プロファイルの測定、電離層の診断、水蒸気の全球分布、そして大気の密度モデルの構築でした。この分光計はPAISプラットフォームに搭載されました。
UVS-M
紫外線分光光度計は、上層大気中の水素、ヘリウム、酸素の分布を調べ、大気中の重水素の存在量を調べ、大気の高高度プロファイルを作成し、惑星間物質の中性成分を見つけることを目的としていました。
軽水炉
長波レーダーは、GRUNT実験とPLASMA実験で使用されました。GRUNT実験の目的は、火星氷岩石圏の下部表面の調査、氷岩石の発生深度と地理的分布の特定、そして土壌の誘電パラメータの推定でした。PLASMA実験の目的は、上部電離層における電子数密度の高度プロファイルの全球分布を調査し、太陽風と火星大気の相互作用のダイナミクスを研究することでした。
フォトン（またはフォトン）
ガンマスペクトロメータは、高空間分解能と高精度で岩石の元素組成をマッピングし、天然放射性元素と岩石形成元素の存在量を測定することを目的としており、PAISプラットフォームに搭載されました。
ニュートロンS
中性子分光計は火星の土壌の表層の水分含有量を調査するために設計されました。
MAK
四重極質量分析計は、上層大気と電離層の組成を決定し、大気中のイオンと中性元素の組成の高度プロファイルを測定し、同位体比を測定および更新し、大気と電離層の季節的および日中の変動を測定するために設計されました。
アスペラ
エネルギー質量イオン分光器と中性粒子イメージング装置は、火星付近のプラズマと中性粒子の相互作用を測定するために設計されました。
フォネマ
高速全方向非走査イオンエネルギー質量分析装置は、高温イオン種の 3D 分布関数を高時間分解能で測定し、火星近傍のプラズマの微細構造、ダイナミクス、起源を調査するために設計されました。
ディミオ
全方向性電離層質量分析計は、電離層のダイナミクスと太陽風との相互作用を調査するために設計されました。
マリプロブ
電離層プラズマ分光計は、火星の電離層と磁気圏内の冷たいプラズマ対流を測定するために設計されました。
マレムフ
静電分析装置と磁力計は、火星のプラズマ環境と太陽風内の磁場ベクトルと電子およびイオンの 3D 分布を測定することを目的としていました。
エリスマ
ウェーブ・コンプレックスは、火星のプラズマ環境と太陽風の相互作用を測定し、電離層と磁気圏内の不安定性を特定し、砂嵐と雷によって発生する大気起源の波動を調査し、プラズマ対流の地球規模のマッピングを行い、高度300kmまでの熱プラズマの温度と密度の分布を見つけ、上層大気と下層電離層間の動的関係を監視するために設計されました。
そり
低エネルギー荷電粒子スペクトロメータは、火星環境における高エネルギー粒子放射線の詳細な研究と、惑星間巡航中の低エネルギー宇宙線を監視するために設計されました。
PGS
精密ガンマ分光計は、火星の表面、強力な太陽フレア、ガンマバーストからのガンマ放射線を測定するために設計されました。
リラス2号
宇宙および太陽ガンマ線バーストの研究では、ガンマ線バーストの発生源の位置を高精度で特定し、スペクトル内の低エネルギー吸収特性を分析し、ガンマ線バーストの減衰段階での熱放射を研究しました。
エヴリス
EVRIS恒星振動観測装置は、恒星の脈動、自転、内部構造を調査し、それらの振動によって引き起こされる光度微小変動を測定するために設計されました。この装置はPAISプラットフォームに搭載されました。
大豆
太陽振動光度計は太陽の内部構造を研究するために設計されました。
RADIUS-M
放射線/線量計管理複合施設は、惑星間航行中および火星付近での放射線を調査し、宇宙船の放射線量を予測し、宇宙船に搭載された線量計を制御し、惑星間空間での荷電粒子の伝播を調査し、宇宙船に対する隕石の危険性を推定するために設計されました。

地上ステーション

2 つの地上ステーション、それぞれに次のものが含まれます。

MIS
気象観測機器システムには、温度センサー、圧力センサー、相対湿度センサー、直射日光と散乱日光の強度を比較する光学深度センサー (ODS)、イオン電流と大気のイオン化を検出するイオン風速計が搭載されていました。
解像度
降下段階計器には加速度計と温度センサーが搭載されていました。
アルファ
アルファ粒子X線分光計は火星の土壌の元素組成を測定するために設計されました。
楽観
OPTIMISM には磁力計、地震計、傾斜計、電子ユニットが搭載されていました。
デスカム
降下段階カメラは、パラシュート降下中の撮影用に設計されました。
パンカム
パノラマカメラは、地上ステーション周辺の風景をテレビパノラマで撮影するために設計されました。
MOx
火星酸化剤実験は、火星の土壌と大気中の酸化剤の存在を研究するために設計されました。
MAPEx
マイクロエレクトロニクス・フォトニクス実験のためにプラスチックとシリコンで放射線を記録しました。コンパクトディスクのラベルに貼られています。

貫通者

2 つの貫通体、それぞれに次の特徴があります:

TVSテレビカメラ
周囲の風景のパノラマ画像を撮影し、火山活動などの可能性のある活動を監視するように設計されています。
MECOM メテオセット
地表の気象パラメータをその場で測定するように設計されています。
PEGAS GAMMA分光計
火星表面の岩石の元素組成を推定するために設計されました。
オングストレムX線分光計
地下岩石の元素組成を推定するために設計されています。
ALPHA ALPHA-P分光計
岩石の化学組成を推定するために設計されています。
中性子ニュートロンP分光計
岩石の湿度と密度を測定するために設計されています。
GRUNT加速度計
抵抗力/時間、速度プロファイル/時間、浸透プロファイルと深さを取得して機械的特性を調査するように設計されています。
テルモゾンド
岩石の表層の熱的および物理的研究を行うために設計されています。
KAMERTON地震計
惑星の地殻の構造を研究するために設計されました。
IMAP-6磁力計
火星の固有磁場と岩石の磁気特性を研究するために設計されています。

計画されたミッション

打ち上げ

打ち上げは1996年11月16日にプロトン8K82K/11S824Fロケットで行われることになっていた。これは4段式ロケットで、過去に2回しか飛行したことがなく、どちらの飛行も1988年にフォボス宇宙船を火星に向けて打ち上げるために使用された。最初の3段は燃料を使い果たすまで燃焼する。その後、ブロックD-2と呼ばれる第4段が点火され、宇宙船とともに地球を周回する駐機軌道に投入される。その後、再点火して火星横断軌道投入操作を開始することになっていた。第4段の停止後、宇宙船は分離され、アンテナを展開し、推進装置を使用して燃焼を完了することになっていた。これが完了すると、宇宙船は太陽電池パネルとPAIS科学プラットフォームを展開することになっていた。

惑星間クルーズ

航海は約10ヶ月間続き、途中で2回の航路修正が計画されていました。惑星間航海中は天体物理学的研究も行われることになっていた。火星到着は1997年9月12日の予定だった。

到着

到着の4～5日前（できれば5日前）に、宇宙船は両方の火星表面ステーションを分離し、北半球の2つの異なる地点に着陸させる予定でした。分離後、宇宙船は軌道投入の準備として、軌道変更操作を行い、オービタの軌道をフライバイパスに変更します。適切なタイミングで、推進ユニットのメインエンジンを飛行方向に向けた状態で噴射し、減速して火星周回軌道に突入します。火星周回軌道の初期値は、近点高度500km、遠点高度約52,000km、周回周期43.09時間です。

地上ステーション着陸

オービターが軌道投入噴射を行っている間に、両方の火星表面ステーションは火星に軟着陸することになっていた。着陸シーケンスは両方とも同一で、まず機体が空気圧によって減速される。高度19.1kmでパラシュートが展開し、続いて高度18.3kmで耐熱シールドが分​​離し、高度17.9kmでエアバッグが展開する。エアバッグに支えられた着陸機が地面に着地すると、パラシュートが分離する。エアバッグは最終的に停止し、その後両方のエアバッグが分離して着陸機が姿を現す。着陸機は4つの花弁を開き、着陸地点上空を通過するとオービターに信号を送る。

火星の軌道

火星周回軌道到達後、オービターが最初に行う任務は、両方の火星表面ステーションから着陸確認信号を受信することでした。ペネトレータの着陸は、火星周回軌道投入後7日から28日後に行われる予定でした。オービターの主要な科学観測段階は、両方のペネトレータが切り離され、推進装置が切り離されるまで開始できませんでした。

貫通着陸

各ペネトレータの着陸手順は同一です。まず、ペネトレータを安定させるためにスピンアップさせ、その後オービタから分離します。ペネトレータは固体ロケットモーターを噴射し、軌道から落下を開始します。20～22時間後、ペネトレータは火星の大気圏に突入します。その後、ブレーキ装置が作動します。衝突時に前部胴体が分離し、本体よりも深く潜ります。その後、オービタと通信を行い、着陸を確認します。

オービターの一次科学段階

発射台に立つマーズ96

軌道投入後約1ヶ月、ペネトレータ放出後、オービターは推進装置を切り離す予定である。推進装置はLWR機器とARGUSプラットフォームの展開の妨げとなるため、主要科学観測フェーズ開始前に切り離す必要がある。オービターの通常ミッションは地球の1年継続する予定であった。推進装置切り離し後、オービターは軌道維持のために低出力推力システムを搭載した。通常フェーズ中はデイモスへのフライバイは可能であったが、フォボスへのフライバイは通常ミッション終了後まで不可能であった。延長ミッションが承認された場合、2～3ヶ月間のエアロブレーキングにより、軌道周期は約9時間に短縮される予定であった。

ミッション失敗

ロケットは1996年11月16日20時48分53秒（UTC）に打ち上げられました。ロケットは駐機軌道まで正常に動作しました。計画されていたブロックD-2第4段の2回目の燃焼は行われませんでした。宇宙船は分離し、その後自動的にエンジンを燃焼させました。しかし、第4段の燃焼が行われなかったため、宇宙船は近地点を再び地球の大気圏に下降し、大気圏再突入が発生しました。第4段はその後の軌道で再突入しました。この時期については、アメリカとロシアの資料の間で意見の相違があります。[3]

結論

調査委員会は、火星96号の墜落がプロトンKロケットのブロックD-2上段ロケットの故障によるものか、火星96号宇宙船自体の故障によるものかを特定できなかった。故障調査委員会は、ミッションの重要な部分におけるテレメトリデータの欠落が故障原因の特定を妨げたと結論付けた。故障はプロトンブロックD-2上段ロケットの2回目の点火時に発生し、宇宙船はロシアの地上局の圏外にあった。火星96号宇宙船は、200グラムのプルトニウム238を小型ペレットの形で搭載していた。ペレットは熱と衝撃に耐えられるように設計されており、再突入後も残存したと考えられている。ブロックD-2段ロケットにはプルトニウムは搭載されていなかった。宇宙船は、チリのイキケの東32kmを中心として南西から北東に伸びる長さ320km、幅80kmの楕円形のどこかに墜落したと考えられている。宇宙船および上段ロケットの部品は回収されていない。[4]

プルトニウム燃料の運命

当初、マルス96号の組立体は大気圏で燃え尽き、破片が太平洋に落下したと考えられていた。[3]しかし、1997年3月、米国宇宙軍は衛星の再突入経路の計算を誤っていたことを認めた。「我々は再突入の数週間後にメディアを通じて、再突入の目撃証言を多数知っていた」と、コロラド州コロラドスプリングスの米国宇宙軍メディア部長、スティーブン・ボイラン少佐は記している。「さらに分析した結果、実際に衝突したのは地上であったと合理的に考えられる」[1] マルス96号には、火星の大気圏に突入するように設計された4つの組立体、2つの表面貫通体、2つの表面ステーションが搭載されていた。これらは地球の大気圏に突入してもほぼ確実に生き残ったであろう。2つの表面貫通体は地面への衝突にも耐えられるように設計されていた。 4つの集合体が燃料として合計200グラムのプルトニウム238を搭載していたにもかかわらず、ロシアは今のところ回収作業を行っていない。[1]

火星96を拠点とするミッション

計画中および成功した後のミッションの多くは、Mars 96の技術に基づいています。たとえば、ESAのMars Express（2003年打ち上げ）、NetLander（キャンセル）、その後継のMetNet（2016～2019年に打ち上げが提案されていたがキャンセルされました）などです。[要出典] Mars 96の機器設計の一部は、MARS-500の実験に使用されました。[5]

参照

参考文献

  1. ^ abc James Oberg (1999年3月6日). 「地球に落ちた探査機」. New Scientist . 2009年9月9日閲覧。
  2. ^ 「Beyond Earth: a chronicle of deep space exploration, 1958-2016」NASA. 2018年. 2021年5月15日閲覧。 パブリックドメインこの記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
  3. ^ イゴール・リソフ、ジム・オバーグのコメント付き（1996年9月19日）。「火星96号で本当に何が起こったのか？」アメリカ科学者連盟（fas.org） 。 2009年9月9日閲覧。
  4. ^ 火星96号の失敗 – 打ち上げから再突入までのタイムライン
  5. ^ 「モスクワ・北京ビデオ会議のアーカイブコピー：「Mars-500プロジェクト - 予備的結果」 - 更新（ロシア語）」。2011年8月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年2月6日閲覧。
ウィキメディア・コモンズには、 Mars 96に関連するメディアがあります。
  • NASAエントリー
  • 地球に落下した探査機