火星航空機
1970年代に飛行したNASAのミニスニファーは、地球の大気を感知するミッションのために設計され、ヒドラジン燃料を使用していました。[ 1 ]
インジェニュイティヘリコプターと、その背景にあるパーセベランスローバー(アートワーク)

火星航空機は、火星の大気圏で動力飛行を継続できる乗り物です。現在までに、火星ヘリコプター「インジェニュイティ」が火星を飛行した唯一の航空機[ 2 ] [ 3 ]であり、72回の飛行を成功させ、17.242 km (10.714 mi) を2時間8分48秒の飛行時間で飛行しました。[ 4 ]インジェニュイティは、ローターブレードの損傷により退役するまで、火星で1036ソル(合計1064日、2年334日)運用されました。[ 5 ] [ 6 ]

2021年4月19日、火星表面から離陸し、初の動力飛行を実施した。[ 7 ]以前は、NASAの実験機であるミニ・スニファーが火星の大気圏に侵入して調査するミッションに検討されたが、この構想は断念された。この航空機は、火星の大気の現地測定に加え、広範囲にわたる追加観測も行うことができる可能性がある。長期的な目標は、有人火星航空機の開発である。[ 8 ]

火星の空気は地球に比べて地表ではるかに薄く、海面での圧力は地球の1%未満であるため、揚力を得るにはより効率的な方法が必要です。この不利を補うために、火星の空気は主に二酸化炭素（CO2火星の大気は地球の空気よりも体積あたりの密度が高く、火星の重力は地球の40％未満です。[ 9 ] [ 8 ]

歴史

1918年、デンマークのSF映画『火星への旅』では、エクセルシオールと呼ばれる宇宙船による火星への有人飛行が描かれました。[ 10 ]

宇宙船による火星探査が始まる前、火星の大気の密度は後に測定された値よりも高いと推測されており、技術者たちは有翼飛行が実際よりもはるかに容易であると考えていました。ヴェルナー・フォン・ブラウンは「火星計画」（Das Marsprojekt）構想[ 11 ] において、火星への有人着陸ミッションのための有翼機を提案しました。[ 8 ]

NASAが最初に契約した詳細な火星着陸船は、 1960年代初頭にフォード/フィルコ・エアロニュートロニック社との契約であり、着陸船の揚力体設計を目的としていた。このとき、火星の大気の密度に関する最良の推定値のいくつかは、1965年7月のマリナーIVの測定で明らかにされたものよりも大幅に高かった。 [ 12 ]着陸船はタブ型の揚力体とウィングレットを備えており、火星の大気条件の改訂された数値では飛行できないものの、火星着陸船の最初の詳細設計の1つであった。[ 12 ]エアロニュートロニック社の火星揚力体着陸船の設計は、地球の約10%を占める窒素が大部分を占める火星の大気に基づいていた。[ 12 ]

1965年7月には、火星着陸機が揚力体や有翼グライダー型から弾道突入ガムドロップ型へと移行した。[ 13 ]

1970年代には、ミニスニファー機はいくつかのバージョンが製造され、全CO2ガスでも運用可能になった。2環境。[ 1 ]ミニスニファーはヒドラジンを使用することで酸素なしでも作動することができ、その設計は火星の大気をサンプリングするために考えられました。[ 14 ]この飛行機は薄い空気でも効果を発揮するために大きなプロペラを備えており、1975年から1982年の間に様々な構成の飛行が数多く行われました。[ 15 ]

1970年代には、静止したバイキング着陸船よりも広い領域をカバーするために、有翼ローバーの設計が提案されました。[ 8 ] 1990年代には、ライト兄弟の初飛行の記念日、「より速く、より良く、より安く」の時代に、火星に飛行機を飛ばすというNASAの提案がありました。 [ 8 ] ARES火星飛行機の提案は、火星スカウトプログラムの候補として選ばれましたが、飛行には選ばれませんでした。

2015年、日本のMELOSミッションの再開において、火星探査機がオプションとして検討された。[ 16 ]初期の設計では、翼幅1.2m、質量2.1kg、ミッションプロファイルは以下のとおりであった。[ 16 ] MELOSの表面要素の着陸段階では、機体は高度5kmで放出され、その後4分間飛行して水平25kmをカバーすることになっていた。[ 16 ]

2021年4月19日、NASAのヘリコプター「インジェニュイティ」が、火星に向けて初めて動力・操縦式で飛行した航空機となった。当初、インジェニュイティはNASAの火星探査車「パーセベランス」の下部に保管された状態で火星に着陸した。[ 7 ]

飛行機

ARESコンセプト
火星用太陽光発電航空機のコンセプト。 着陸とバッテリー充電のためのVTOLティルトローター機能。 [ 17 ]

火星飛行機のプロトタイプは、地球の高度30 km（98,000フィート）近く（火星表面の平均気圧の約2倍）で飛行し、[ 18 ]紫外線で硬化する拡張可能な翼をテストしました。[ 19 ]火星の大気圏での飛行では、レイノルズ数は地球の大気圏での飛行に比べて非常に低くなります。[ 9 ]マリネリス渓谷は、無人航空機の飛行と火星グライダーの飛行の対象となりました。[ 20 ] [ 8 ]

グライダーはより多くの科学機器を搭載できるが、カバーできる範囲は狭い。[ 8 ]ヒドラジンは火星航空機の燃料として提案されている。[ 8 ] NASAはかつて、中華鍋ほどの大きさの飛行機による「マイクロミッション」の計画を進めていた。これは火星に向かう別のペイロードに搭載される予定だった。[ 8 ]火星のマッハ1は約240 m/s（790 ft/s）であるが、地球では約332 m/s（1,090 ft/s）である。[ 21 ]

中止された火星スカウト計画におけるダイダロス提案は、コプラテス峡谷に沿って400km（250マイル）以上を飛行する火星グライダーを設計した[ 22 ]

提案されている火星飛行機のコンセプトには次のものがあります。

風船

気球はパラシュートの代替となり、軟着陸を可能にする。[ 30 ]気球は着陸機を離陸させ、新しい地点に着陸させることが可能である。[ 30 ]気球技術には、超圧気球とモンゴルフィエール気球の2種類がある。[ 30 ]超圧気球は、加熱による圧力を抑えて高度を維持しようとする。[ 30 ]

モンゴルフィエールは火星の熱気球を利用して揚力を発生させる。[ 30 ]火星気球のコンセプトの一例としては、火星地質科学エアロボットがある。[ 31 ]気球の表面自体が太陽から電力を生成できるようにする、極めて薄く柔軟な太陽電池の開発が行われている。[ 32 ]

真空を利用して揚力を発生させる飛行船も提案されている。[ 33 ] [ 34 ]

回転翼航空機

火星表面のライト兄弟飛行場にインジェニュイティヘリコプターが配備される

2002年に発表された論文では、火星探査用の自律型ロボットヘリコプターがマーズ・スカウト・プログラムで実現可能であることが示唆された。[ 35 ]実現可能な回転翼航空機の設計には、困難な火星の地形を通過しながらも複数の場所をその場で訪問できる能力など、多くの利点があることが指摘された。[ 35 ] 1967年のルナ・サーベイヤー6号による短距離飛行は、別の場所を訪問するためのホッピングの例として注目された。[ 35 ]

将来の火星科学ヘリコプターのプロジェクト設計

NASAの火星2020ミッションの一部であるインジェニュイティは、パーセベランス探査車から展開され、火星の大気圏で初の回転翼航空機飛行を実証した、現在は使用されていないロボットヘリコプターである。 [ 36 ] NASAは、将来の火星ミッションのためにこの設計を活用できるだろう。 [ 37 ] NASAは、飛行中にパーセベランスとの通信が途絶え、インジェニュイティが損傷を受けたことをエンジニアが発見したことを受け、インジェニュイティのミッション終了を発表した。このヘリコプターは3年間で72回飛行し、最終的なシステムテストとデータ収集は今後数ヶ月間継続される予定である。 [ 6 ]

インドのISROは、マンガルヤーン計画の一環として、MARBLE（火星境界層探査機）と名付けられた回転翼航空機の打ち上げを目指している。現在、設計の概念段階にある。[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]

その他の航空機および航空機搭載装置

その他の空中装置
バイキング1エアロシェル
スカイクレーンから降ろされたキュリオシティ探査車（アートワーク）
  • 極超音速グライダーはヴェルナー・フォン・ブラウンによって提案されました。[ 8 ]
  • 様々なパラシュートが主な空中投下装置となっている
  • 逆噴射ロケットのようなロケット持続飛行も着陸システムの一部となっている。
  • さまざまな宇宙船のエアロシェル
  • ロケット駆動ホッパー（例：Mars Geyser Hopper）
  • 昆虫類
  • キュリオシティやパーサヴィアランスなどのより重い火星探査機を着陸させるために使用されるスカイクレーン着陸システムは、どちらの探査機を着陸させる際にも非常に短時間の飛行が可能です。

バーチャル

マーズ・エクスプレス高解像度ステレオカメラと火星探査機HiRISEのカメラはどちらも、3D地形モデルの上に地表画像を重ね合わせることで、火星の仮想飛行を提供することができる。[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]

参照

参考文献

  1. ^ a bカルザダ、ルビー (2015-09-28)。「ミニスニッファー」。NASA。
  2. ^ mars.nasa.gov (2017年12月5日). 「Entry, Descent and Landing (EDL) - NASA」 . mars.nasa.gov . 2023年10月4日閲覧。
  3. ^ 「キュリオシティのスカイクレーン操縦、アーティストによる概念図 - NASA」 。 2023年10月4日閲覧。
  4. ^ 「フライトログ」 .火星ヘリコプター技術デモ. NASA . 2023年10月7日閲覧。
  5. ^ NASA Science Live: Ingenuity Mars Helicopter Tribute & Legacy、2024年1月31日、2024年2月1日閲覧。
  6. ^ a b「火星での3年間を経て、NASAのインジェニュイティ・ヘリコプター・ミッションが終了」ジェット推進研究所。
  7. ^ a b「NASA​​のインジェニュイティ火星ヘリコプター、歴史的な初飛行に成功」 NASA、2021年4月19日。 2021年4月20日閲覧。
  8. ^ a b c d e f g h i j「オリバー・モートン – MarsAir：地球外飛行機の作り方」 。 2021年3月4日閲覧。
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  10. ^ミクローシュ・ヴィンチェ（2013年8月15日）「宇宙時代以前の驚異的な宇宙船デザイン」io9 .
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  12. ^ a b c「火星への道…」Air & Space Magazine . 2018年7月19日閲覧。
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