タイタン海探査機
提案された宇宙船着陸機の設計

タイタン海探査機
TiME湖着陸船の想像図
ミッションタイプタイタン着陸船
オペレーター米航空宇宙局（NASA）
ミッション期間
  • 全体：
    •  7年6ヶ月[1]
  • 途中：
    •  7年
  • 表面ミッション：
    •  3～6ヶ月
宇宙船の特性
乾燥質量700 kg (1,500 ポンド) [2]
力140ワット
ミッション開始
発売日2016年（提案）[3] [4] [5]
提案を超えて採用されなかった
ロケットアトラスV 411
発射場ケープカナベラル SLC-41
請負業者ユナイテッド・ローンチ・アライアンス
タイタン着陸船
着陸日2023年（予定）
着陸地点リゲイア・マーレ

タイタン海探査機（TiME ）は、土星の衛星タイタンへの着陸機の設計提案である。[3] TiMEは比較的低コストの外惑星探査ミッションで、タイタンの有機成分を測定し、地球外の海の初の海洋探査、その性質の分析、そしておそらくは海岸線の観測を行うように設計された。ディスカバリー級ミッションとして、打ち上げ機の資金を除いて、コスト上限は4億2500万ドルになるように設計された。[4]これは、2009年にプロキシミー・リサーチ社によって、当初はNASAのディスカバリー計画の一部として、偵察のような先駆的ミッションとしてNASAに提案された。[6] TiMEミッションの設計は、ディスカバリー計画のミッション選定の際に最終候補の段階まで進んだが、選定されず、米国上院での試みにもかかわらず、2013年に予算の獲得に失敗した。[7]関連するタイタン潜水艦も提案されている。[8] [9]

ディスカバリークラスのファイナリスト

TiMEは、2011年5月に詳細なコンセプトスタディを行うために300万ドルの資金提供を受けたディスカバリー・ミッションの最終候補3機のうちの1機でした。他の2機はインサイトとホッパー彗星でした。2012年半ばの審査を経て、NASAは2012年8月に火星探査ミッションであるインサイトを選定したことを発表しました。[10]

具体的には、2025年末までに打ち上げが予定されていたため、TiMEの到着は2030年代半ば、北半球の冬季となるはずでした。つまり、タイタンの北極付近の海は暗闇に包まれ、地球との直接通信は不可能でした。[11]

タイタンの湖や海への着陸ミッションも、太陽系10年計画（Solar System Decadal Survey）で検討されました。さらに、2009年に2020年代の打ち上げが提案された、旗艦ミッションであるタイタン土星系ミッションには、短寿命のバッテリー駆動の湖着陸機が含まれていました。[6] [12]打ち上げの機会は一時的なものであり、次の機会は2023年から2024年で、この世代における最後のチャンスとなります。[13]

歴史

2006年7月22日にタイタンの北半球で湖と海が発見され、タイタンに液体炭化水素が存在するという仮説が裏付けられました。 [14]さらに、南極の嵐に関する過去の観測や赤道地域の嵐に関する新たな観測から、活発なメタン生成プロセスの証拠が得られ、タイタン内部には氷火山性の特徴がある可能性があります。 [12]

タイタンの大部分では何世紀にもわたって雨が降らないが、極地では降水量がはるかに多くなると予想されている。[1]

タイタンのメタン循環は地球の水循環に類似しており、雨、雲、川、湖などの気象作動流体が存在すると考えられている。[14] TiMEはタイタンのメタン循環を直接識別し、地球の水循環との類似点と相違点の理解に役立つだろう。[1] [12] NASAがTiMEを選択した場合、カッシーニのレーダーチームのメンバーであり、2013年から2016年までNASAの主任科学者であったエレン・ストファンが主任研究員としてミッションを主導し、応用物理研究所（APL）がミッションを管理するだろう。[15]ロッキード・マーティン社がTiMEカプセルを建造し、科学機器はAPL、ゴダード宇宙飛行センター、マリン宇宙科学システムズ社から提供される。

ターゲット

ライゲイア湖（左）と地球上のスペリオル湖（右）の大きさの比較

TiMEは2016年にアトラスV 411ロケットで打ち上げられ、2023年にタイタンに到着する予定でした。目標湖はリゲイア海（北緯78度、西経250度）です。[1]これは現在までに確認されているタイタン最大の湖の一つで、表面積は約10万平方キロメートル（ 39,000平方マイル）です。予備目標はクラーケン海です。[3] [12]

科学目標

タイタン・マレ探査機は、フライバイ観測を行わない7年間の単純な惑星間航行を行う予定だった。突入と降下中にいくつかの科学測定が行われるが、データの送信は着水後に開始される。このミッションの科学目標は以下の通りである。[3] [12]

  1. タイタンの海の化学組成を解明する。使用機器：質量分析計（MS）、気象・物理的特性パッケージ（MP3）。
  2. タイタンの海の深さを判定する。機器：気象・物理的特性パッケージ（ソナー）（MP3）。
  3. タイタンの海洋プロセスを解析する。観測機器：気象・物理的特性パッケージ（MP3）、降下カメラおよび表面カメラ。
  4. 海上の局所気象が日周スケールでどのように変化するかを調べます。機器：気象・物理的特性パッケージ（MP3）、カメラ。
  5. 海上大気の特性を解析します。機器：気象・物理的特性パッケージ（MP3）、カメラ。

宇宙船用カメラシステムの開発・運用を行うマリン・スペース・サイエンス・システムズは、NASAと初期開発契約を締結し、予備設計調査を実施しました。[16]カメラは2台搭載され、1台はリゲイア・マレの表面への降下中に写真を撮影し、もう1台は着陸後に写真を撮影します。[16]

気象・物理的特性パッケージ（MP3）は、応用物理学研究所（APL）によって構築される予定であった。[17]この計測機器パッケージは、喫水線より上の風速と風向、メタン湿度、圧力と温度、そして海面下の濁度、海水温、音速、誘電特性を測定する。ソナーは海深を測定する。音響伝播シミュレーションが実施され、ソナートランスデューサーは液体窒素温度で試験され、タイタンの環境下での性能が評価された。[18]

電源

ディオネと土星の前にあるタイタン

タイタンの厚い大気と太陽からの距離による弱い太陽光は、太陽電池パネルの使用を不可能にする。[19] [20] NASAに選ばれていたら、TiME着陸船は、着陸ネットワークやその他の惑星ミッションに長寿命電源を提供することを目的としたプロトタイプである 先進スターリング放射性同位体発生器（ASRG）[6]のテスト飛行になっていただろう。このミッションでは、深宇宙と地球外大気の2つの環境で使用される予定だった。ASRGはスターリング電力変換技術を使用した放射性同位体電力システムであり、140～160ワットの電力を生成することが期待されており、現在使用されているRTGよりも4倍効率的である。質量は28kg（62ポンド）で、公称寿命は14年である。[3] ASRGの研究は継続しているものの、[21] NASAは2016年の打ち上げに向けてASRGを準備するはずだったロッキード社との契約をキャンセルし、長距離探査機には既存のMMRTG放射性同位元素電源システムを利用することを決定した。 [22] [23]

仕様
  • 生涯14年以上
  • 公称電力: 140 W
  • 質量 約28kg（62ポンド）
  • システム効率: 約30%
  • 2つのGPHS238
    Pu    モジュール
  • 0.8 kg (1.8 lb) のプルトニウム238 を使用

カプセルには推進力は必要なく、風と潮流によってこの浮力のある船が何ヶ月も海を周回すると予想される。[5]

コミュニケーション

この探査機は地球と直接通信し、原理的には到着後数年間は断続的に通信を維持することが可能である。地球は最終的に2026年にライゲイアから地平線の下に沈む。[24] 2035年までは地球との視線が通らず、より多くのデータを送信できない。[25]

表面状態

モデルによれば、リゲイア海の波は、TiMEミッションの予定シーズン中は通常0.2メートル（0.66フィート）を超えず、数か月の間に時折0.5メートル（1.6フィート）をわずかに超える程度に達することがある。[26]カプセルの波への反応と海岸への打ち上げの可能性を評価するためのシミュレーションが行われた。[2]カプセルは、典型的には0.5メートル/秒の速度の海流と風に押されて、海面上を0.1メートル/秒で漂流し、1.3メートル/秒（4.3フィート/秒）を超えることはないと予想される。[24]探査機には推進装置は装備されておらず、その動きを制御することはできないが、探査機の連続的な位置に関する知識は、湖の深さ、温度変化、海岸の画像化などの科学的成果を最適化するために使用できる。提案されている位置特定技術には、ドップラーシフトの測定、太陽高度測定、超長基線干渉法がある。[24]

居住可能性の可能性

地球とは異なる生化学構造を持つ生命体を発見するチャンスがあることから、一部の研究者はタイタンを地球外生命探査の最も重要な惑星と見なしています。[27]一部の科学者は、タイタンの炭化水素化学が無生物から生命体へと変化した場合、それを検出することは困難だろうと仮説を立てています。[27]さらに、タイタンは非常に低温であるため、複雑な生化学構造を構築するために利用できるエネルギー量は限られており、水系生命体は熱源がなければ凍結してしまいます。[27]しかし、一部の科学者は、仮説上の生命体はメタンベースの溶媒中で生存できる可能性があると示唆しています。[28] [29] TiMEの主任研究員であるエレン・ストーファンは、私たちが知っているような生命はタイタンの海では生存できないと考えていますが、「海には、有機系がどのように生命へと進化していくのかについての洞察を与えてくれる化学反応が存在するだろう」と述べています。[30]

類似のミッションコンセプト

  • 現在、タイタンの湖を探査するための着陸ミッションは資金提供されていないが、科学的な関心は高まっている。[31] NASAの研究者は、TiMEが打ち上げられた場合、論理的に後続のミッションとしてタイタン・サブマリンと呼ばれる湖潜水艇のミッションが考えられると提案している。[8] [9] [31] [32]
  • タイタン・サターン・システム・ミッション（TSSM）のフラッグシップ研究において、土星周回衛星を中継機として利用するバッテリー駆動の湖着陸機が検討された。2010年のNASA惑星科学10年調査では、湖着陸機のいくつかの派生型が簡単に検討された。[33]
  • 2012年のEPSC会議では、ヨーロッパで湖を利用したカプセルが提案されました。これは「タイタン湖原位置サンプリング推進探査機（TALISE）」と呼ばれています。[34] [35]主な違いは推進システムで、液体環境だけでなく泥水環境でも機能するためにアルキメデスのねじを使用する可能性があります。しかし、この取り組みは短期間の概念研究に過ぎませんでした。

参照

参考文献

  1. ^ abcd B. Yirka (2012年3月23日). 「タイタンの極微量の降雨量を探査する探査ミッション提案」. Phys.org . 2012年3月24日閲覧。
  2. ^ ab RD Lorenz; J. Mann (2015). 「リゲイア海における耐航性：土星の衛星タイタンの炭化水素海における波浪に対する浮体カプセルの動的応答」（PDF） .ジョンズ・ホプキンス大学APLテクニカルダイジェスト. 33 (2): 82– 93.
  3. ^ abcde ER Stofan (2010). 「TiME: Titan Mare Explorer」(PDF) . Caltech. 2012年3月30日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2011年8月17日閲覧。
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参考文献

  • Ralph D. Lorenz (2018). NASA/ESA/ASI Cassini-Huygens: 1997年以降 (カッシーニ探査機、ホイヘンス探査機、および将来の探査コンセプト) (オーナーズ・ワークショップ・マニュアル) . Haynes Manuals, UK. ISBN 978-1785211119。
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