1977年、2機の探査機が1ヶ月足らずの間隔をあけて、遥か彼方の世界へのミッションに向けて打ち上げられました。双子のボイジャー宇宙船は、太陽系を取り囲む広大な泡の外側、つまり主星の影響を超えた場所を探査するために、これまで誰も到達したことのない場所へ旅することになっていました。
ボイジャー1号は2012年に星間空間の始まりに到達し、ボイジャー2号は2018年に太陽系を取り囲む太陽圏と呼ばれる保護バブルを越え、星間空間の境界に到達しました。ボイジャー探査機は星間空間に足を踏み入れた最初の宇宙船であり、48年近くにわたり未知の領域を探査してきました。しかし、良いことには必ず終わりがあり、この象徴的なミッションは徐々に勢いを失い、忘却へと近づいています。
ボイジャー号は、崩壊するプルトニウムの熱を電力に変換することで稼働しています。老朽化した探査機は毎年約4ワットの電力を失っています。電力節約のため、ミッションチームは不要と判断されたシステムを停止しました。これにはいくつかの科学機器も含まれます。ボイジャー号は当初10個の機器を搭載していましたが、現在はそれぞれ3個のみです。現在、2機の探査機は、エンジニアがさらに2個の機器を停止せざるを得なくなるまで、あと1年ほどは運用できるだけの電力を確保しています。
ボイジャー チームは、その一部がミッション開始当初から携わってきたメンバーで構成されており、ミッションを続行するために厳しい決断を迫られているだけでなく、過酷な宇宙環境を乗り切る宇宙船に影響を及ぼす危険な不具合を解決するための独創的な解決策も考案しています。
ボイジャー計画のプロジェクト科学者リンダ・スピルカー氏は、時代遅れの宇宙船を運用する際の課題や、ボイジャー計画の知識を、この計画に参加した新しい世代の科学者やエンジニアに伝えることについてギズモードに語った。
このインタビューは、明瞭さと長さを考慮して若干編集されています。
Passant Rabie、Gizmodo: ボイジャー ミッションにはどれくらい携わってきましたか?
スピルカー氏：私は1977年にボイジャー計画に携わり始めました。大学卒業後の最初の仕事で、バイキング計画の延長ミッションかボイジャー計画のどちらかを選ぶことができました。もちろん、ボイジャー計画については聞いたことがありませんでした。それで「ボイジャーはどこに行くのですか？」と尋ねたところ、「そうですね、うまくいけばボイジャー2号で木星と土星、そして天王星と海王星も探査するでしょう」と言われました。私は「なんてことだ！」と思いました。小学校3年生の時、月や木星、土星を見るのに使っていた小さな望遠鏡をもらい、木星の周りの小さな衛星を探したり、土星の輪を見つけられるか試したりしたのを思い出しました。自分の小さな望遠鏡では小さな点にしか見えないこれらの世界を訪れるチャンスが来るなんて、と考えて「ぜひ参加したい」と思ったのです。
Gizmodo: このミッションは長年にわたってどのように進化してきましたか?
スピルカー氏： ボイジャー号の運用に携わり、飛行に携わる人員は、惑星探査時代に比べて大幅に減少しました。ボイジャー号では多くの機器が停止しています。リモートセンシング機器、カメラ、分光計など、探査機の先端に取り付けられた機器を扱う、かなり大規模なチームが編成されていました。機器が停止するにつれて、ミッションは縮小されました。
海王星探査後、ボイジャーはおそらくあと数年しか持たないだろうと考えられていたため、非常に小規模なチームが編成され、いわば全てを整理し、ボイジャーを長期運用可能な状態に整えていました。多くのエンジニアや科学者がミッションから退き、残されたのはごく小規模な運用チームだけで、いわゆる「ボイジャー恒星間ミッション」に携わることになりました。
課題は、ヘリオポーズに到達できるかどうかでした。それがどこにあるのか、どれほど遠いのか、全く分かりませんでした。海王星に到達した時、「まあ、あと10天文単位くらい、もう少し、もう少しだけ」と考えました。そして、私たちが少しでも近づくたびに、モデル作成者たちは戻って頭を掻きながら「ああ、もう少し、もう少しだけ遠いかもしれない」と言い続け、それが延々と続きました。そしてついに、ボイジャー1号が2012年にヘリオポーズを通過しました。考えてみれば、ミッション開始から21年後のことです。そしてその6年後、ボイジャー2号がヘリオポーズを通過しました。それ以来、彼らは星間空間を飛行し、星間空間の粒子、宇宙線の存在量、磁場に関する独自の測定を行っています。基本的に、それは探検のチャンスです。その境界を越えると、星間空間にまったく新しい地域、まったく新しい領域が広がります。
Gizmodo: ボイジャーの機器をオフにするのは感情的な決断ですか?
スピルカー： 宇宙線観測装置のリーダーと話していた時に、「わあ、観測装置が停止するのを見るのは本当に辛いでしょうね」と言いました。彼は1970年代初頭にこの装置の開発に携わった人物です。この装置はずっとデータを送ってくれていて、もう50年以上も皆さんの生活の一部となっています。彼はこう言いました。「チーム全員にとって、この装置を停止するなんて考えられない。まるで親友や長年人生の一部だった人を失い、そして突然それが止まってしまうような感じだ」
同時に、自分がその一部であり、自分の機器が素晴らしいデータをたくさん得たという誇りもあるので、さまざまな感情が入り混じっています。
Gizmodo：これほど長期間ミッションを遂行する上での課題は何でしょうか？
スピルカー氏： 宇宙船は1970年代に建造されたので、当時の技術はこれだけでした。当時はコンピュータメモリもそれほど多くなかったので、そのわずかなメモリで何ができるのか、非常に慎重に検討する必要がありました。
こうした老朽化した部品の課題は、主要部品がいつ故障するかということです。保証期間は4年と定められていますが、すでに4年を過ぎています。また、電力は毎年減少しており、約4ワット減少しています。そのため、宇宙船の電源を切るために毎年4ワットを確保しなければなりません。宇宙船には多くの冗長性が備わっているため、すべてのコンピューターとすべての主要部品を2台ずつ搭載しています。これらのバックアップユニットはこれまでも停止できていましたが、今や十分な電力を確保するには、科学機器の一部を停止する以外に残された手段がありません。これが現状です。
そして当然、電力が不足すれば内部の温度は下がります。電子機器が全て収まっているバスと呼ばれる装置があり、これがどんどん冷たくなっていきます。バスの外側にはスラスタにつながるヒドラジンの細い管が通っているので、熱制約が心配になり始めました。この管は凍結するまでにどれくらいの温度まで冷えるのか？他の部品は動作を停止するまでにどれくらいの温度まで冷えるのか？これもまた新たな課題です。
さらに、宇宙船の姿勢を調整し、アンテナを地球に向け続けるための小さなスラスタが個別に設置されています。これにより、データを送信できるようになりますが、これらのスラスタはシリカの破片で徐々に詰まり、噴射力が弱まっています。これもまた、バランス調整に取り組んでいる課題の一つです。
しかし、我々は2027年の50周年までに1機、あるいは2機の宇宙船を打ち上げられると期待しています。ボイジャーの黄金世代に当たる2027年までに、そしておそらくは1機、あるいは2機の科学機器を搭載して2030年代初頭までには打ち上げられるかもしれません。
Gizmodo：宇宙船が使用する言語についてはどうですか？
スピルカー氏： 彼らは機械語と呼ばれるものを使っています。これはボイジャー計画特有の言語だと思います。3つの異なるコンピューターがあり、姿勢制御用のコンピューター、コマンド用のコンピューター、そして基本的にデータを構成して地上に送信するコンピューターです。
つまり、これらの非常に小さなメモリを設定する必要があり、しかもそれは今では誰も使っていない機械語で書かれているのです。宇宙船で発生したいくつかの問題を解決するために、専門家や、機械語を学ばなければならなかった他のエンジニアたちに協力してもらいました。コンピューターの1台にチップの故障が発生したため、そのコンピューターを再プログラムする必要がありました。そこで専門家を何人か呼び寄せましたが、彼らはトラブルシューティングと問題の解明に非常に熱心に取り組んでいました。まるで探偵物語のように、「どうすればいいか？」と模索していました。そして彼らは解決策を見つけ出し、そしてうまくいきました。
ボイジャーの場合、すべてが順調に見えるのに、その後、探査機に何らかの不具合が発生することがよくあります。今回の場合、毎日データが送られてきていたのが突然、探査機がまだそこにいるという信号音だけになってしまったのです。
良い例えは、ボイジャーからの手紙が届くようになって、毎日開封して何が起こっているかを読んでいたのに、今度は手紙が届き、開封してみると何も書かれていない、という状況です。ボイジャーからは何の情報も返ってきません。コンピューターが故障して画面が真っ暗になっているのを想像してみてください。
コマンドを送り、何が起こったのかを解明しようと試み、最終的にメモリ読み出しと呼ばれるものを取得し、チップの故障を発見しました。そのチップにコンピュータプログラムのどの部分があるのかは分かっていたので、それらの部分を取り出して、コンピュータの残りの部分に十分な空き領域を見つけ、再プログラムして再び動作させるという課題に直面しました。しかし、こうした人材を投入するにあたって、どこから始めればいいのでしょうか？ 70年代には、今のようなコンピュータはありませんでした。ボイジャーに関する資料の多くはメモの形で保管されており、時にはそのメモがPDFファイルにスキャンされていることもあります。そのため、文字通り、どれが一番役に立つのかを探し回らなければなりませんでした。エンジニアの中には、コンピュータの外観と、コンピュータが動作するために必要なすべての経路を示した大きな図を壁に貼っている人もいました。そして、彼らはそれを解明しながら、あらゆる場所に付箋を貼っていました。
コンピューターを本当に理解している人材（退職者の一人はフライトデータシステムのコンピューターを本当に理解しています）と各分野の専門家を招き入れ、彼らをすぐに使いこなせるようにし、ボイジャーチームと共同作業させるという計画でした。その間、科学者たちはデータが戻ってくるのを辛抱強く待っています。
Gizmodo： チームは年々小さくなっているとおっしゃっていましたが、基本的にはずっとミッションに取り組んできたメンバーで構成されているのでしょうか？それとも、新しいメンバーを入れて、そのメンバーの穴を埋めていく必要があるのでしょうか？
スピルカー氏：ご想像のとおり、ほとんどの人は新人です。1970年代に機器の製作に携わったのはほんの一握りで、残っている科学者のうち数人は、当初から現在までミッションに携わってきた人たちです。
実は、Voyagerの開発とコーディングに携わっていた時期に退職した社員を何人か復帰させ、現在はパートタイムで働いています。退職した社員たちは喜んで戻ってきて、私たちを助けてくれています。そしてもちろん、多くの若い社員が入社し、それぞれの経験を活かしてくれています。そのため、最近は数人の新入社員を、私たちが運営していく上で必要な役割を担えるようトレーニングしています。
科学面では、ボイジャー探査チームの科学者と協力して、その知識を次世代に伝えるために、主にモデル化と理論構築に携わる客員研究員が数名います。言い換えれば、将来このデータを扱う可能性のある次世代の科学者を指導する役割を担っています。
Gizmodo: 科学者として、ボイジャー計画から学んだ最も重要なことは何ですか?
スピルカー氏： ボイジャーは、将来のミッションへの手がかりとなるパンくずを残しました。ボイジャーの目標の一つは、土星の衛星タイタンの表面を透視することでした。表面に液体の海があるかどうか、また表面がどのような状態なのかは、私たちには分かりませんでした。ボイジャーがタイタンに接近した際、搭載されている機器やカメラフィルターのどれもが、もやを透過できないことが分かりました。まるでスモッグに覆われた都市の悪天候のようでした。
ボイジャー号がタイタンの表面を観測できないことを発見した、あるいは発見できなかったことが、カッシーニ計画のきっかけとなりました。ボイジャー号のフライバイ後、NASAと欧州宇宙機関（ESA）は協力し、「タイタンに戻る必要がある」と話し合いました。
カッシーニ計画に参加する機会に恵まれました。非常に早い段階から参加し、ミッションのコンセプト策定に携わりました。カッシーニ計画には約30年間携わり、ミッションは2017年に終了しました。その時点では引退を考えていましたが、その後、ボイジャー計画に戻り、エドワード・ストーン氏（1972年から2022年までボイジャー計画のプロジェクトサイエンティストを務めた人物）と科学チームと共に働く機会を得て、最初のミッションに再び取り組むことができました。
私は家に帰って夫に「引退するつもりはないと思う」と言いました。
Gizmodo: ミッションが終わりに近づいていますが、どんなお気持ちですか?
スピルカー： ボイジャーの50周年記念である2027年までに、どちらか、あるいは両方の宇宙船を無事に打ち上げたいと考えています。ミッションの終了が近づくにつれ、個人的にはキャリアを締めくくるようなものです。ボイジャーのミッションが終われば、おそらく引退することになるからです。このミッションに携われたことを、本当に、本当に嬉しく思っています。
Gizmodo： 恒星間探査機をもう一度打ち上げるべきかという議論は常にありますが、あなたはそれについてどうお考えですか？
スピルカー氏： それは素晴らしいアイデアだと思います。ボイジャーよりもさらに遠くまで行けるかもしれません。
物質のほとんどは超新星爆発から生まれ、その爆発によって宇宙空間に、爆発した恒星から来た物質で満たされた泡が形成されることが分かっています。地球と他の惑星はこのヘリオポーズ（太陽系を取り囲む泡の外縁）の内側にあります。しかし、他にも泡は存在します。
超新星爆発が起こるたびに新しい泡が生まれ、それらの泡はすべて宇宙空間に存在することはご想像の通りです。次の泡に到達するには、どれくらい遠くまで行かなければならないのでしょうか？そして、太陽からどんどん遠ざかっていくのはどのような感じなのでしょうか？ボイジャー計画の課題の一つは、太陽の影響が星間空間までどこまで及ぶのかということです。
私たちはまだ、ボイジャーよりもはるかに遠くまで行く恒星間探査機の構想に取り組んでいます。それは複数世代にわたるミッションのことです。
Gizmodo: もう立ち上げておくべきだったのでしょうか?
スピルカー： 興味深い場所がたくさんあります。ボイジャーが打ち上げられる前は、ヘリオポーズがどんな場所なのか全く分かりませんでした。こうして星間空間を垣間見ると、また行きたくなりますね。
それはまるでたくさんの場所を訪れ、あらゆる疑問に答え、素晴らしい発見をするようなものですが、答えた疑問よりもずっと長い疑問のリストが残されるのです。
Gizmodo: NASAの現在の状況では、ボイジャーのようなミッションを再び実行できないのではないかと心配していますか?
スピルカー： 私たちは新しく興味深い時代に入りつつあります。民間企業は、宇宙への到達においてより大きな役割を担いたいと考えています。ある意味では、これらの大型ロケットのいくつかは、天王星や海王星へのミッションをはるかに短期間で実現できる可能性があります。
希望の兆しは見えていますが、予算のバランス調整やその他諸々のことに気を配る必要があるので、常に大変です。しかし、私がNASAジェット推進研究所に着任した頃から現在に至るまで、宇宙で飛行するミッションの数を振り返ると、惑星探査ミッションであれ太陽の探査ミッションであれ、今でははるかに多くのミッションがあります。科学ミッションが開花し、宇宙における私たちの位置についての理解が深まったと言えるでしょう。
だから私は希望を持っています。困難な時期は必ず乗り越えられるものです。私たちはこれまでも困難な時期を経験してきましたし、今回も乗り越えられると信じています。
