NASAの次世代探査車「パーセベランス」が来週、火星の表面に到達する際、失敗は様々な形で現れる可能性がある。待望の着陸に挑むパーセベランスにとって、何がうまくいく必要があるのか、そしてどのように事態が急転する可能性があるのか、以下に解説する。
NASAにとって、2月18日木曜日に予定されているパーセベランスの突入、降下、着陸（EDL）は、数多くの潜在的な失敗要因を孕んでいる。NASAは、探査車が7分間の恐怖の試練を乗り越えるには「何百もの条件が完璧に整わなければならない」と述べている。安全な着陸を当然のことと見なすことはできない。NASAが指摘するように、「これまで火星に送られたミッションのうち、宇宙機関によるものを含めて成功したのは約40%に過ぎない」のだ。これは実に恐ろしい。
簡単に言えば、パーセベランスは時速12,500マイル（時速20,000キロメートル）に達する速度から数分かけて歩行速度まで移行する必要があります。さらに、無線信号が地球に到達するまでに約11分かかるため、この移行は自律的に行う必要があります。さらに複雑なことに、NASAはこのミッションのために2つの新技術を導入します。どちらもEDLフェーズに関連するもので、どちらも未実証です。
突入、下降、着陸の 3 つの段階には、それぞれ独自の課題があります。
降下段に収まった探査車は、太陽電池パネル、無線機、燃料タンクを備えた巡航段から分離されます。巡航段はもはや不要となります。次に、宇宙船は耐熱シールドが前方を向くように姿勢を変える必要があります。これは、バックシェルに設置された小型スラスタによって可能になります。大気圏突入時には、宇宙船の耐熱シールドは華氏2,370度（摂氏1,300度）に達する高温に耐える必要があります。この段階で構造的な破損が生じれば壊滅的な被害を及ぼし、ミッション開始前に終了してしまう可能性があります。
実際、火星への過去のミッションは火星のすぐ近くで失敗しています。1999年、NASAの火星探査機「マーズ・クライメート・オービター」は、軌道が低すぎるため大気圏で燃え尽きてしまいました。この失敗の原因は最終的に、ヤードポンド法の単位である「ポンド秒」がメートル法の標準単位である「ニュートン秒」に変換されていなかったという変換エラーでした。こんなことが起こると本当に嫌になります。
降下段が大気圏突入を無事に切り抜けたとしても、進路を外れる可能性のある、密度の異なる気泡との闘いを強いられる。この問題を回避するため、降下段は小型スラスタを噴射して軌道を補正する誘導突入を実施する。
次は、幅70フィート（21.5メートル）のパラシュートの展開です。パラシュートが適切に展開し、絡まらなければ、降下段は時速1,000マイル（1,600 km/h）まで急減速しますが、それでも非常に高速です（火星の大気は非常に薄いことを思い出してください）。この超音速パラシュートの展開は、レンジトリガーと呼ばれる未検証の新技術に依存します。これは、着陸地点までの距離を計算し、適切なタイミングでパラシュートを展開させます。これは、大気圏突入から約240秒後、降下段が地表から約7マイル（11 km）の高度にあるときに発生すると予想されています。パーセベランスは、パラシュート展開から約20秒後に耐熱シールドとお別れを告げますが、これもまた故障の潜在的なポイントとなります。
これは極めて重要な段階であり、過去には残念な前例があります。2016年にESAが実施したスキアパレッリ・ミッションの着陸失敗では、ソフトウェアの不具合により、降下段からパラシュートと耐熱シールドが予定より早く放出されました。搭載コンピューターは降下段が地表からわずか数フィートしか離れていないと認識しましたが、実際には降下段は地表から2～4km（1.25～2.5マイル）の高さにありました。その後何が起こったかはご想像の通りです。不運にも着陸に失敗したスキアパレッリ着陸機は、時速約300km（185マイル/時）で飛行中に火星のレゴリスに激突しました。
耐熱シールドが取り外され、探査車がついに火星の大気圏に突入すると、新たな技術「地形相対航法（Terrain-Relative Navigation）」が始動します。着陸地点として選ばれたクレーターは非常に危険なため、このツールを適切に実行することが極めて重要になります。
「ジェゼロの幅は28マイル（約45キロメートル）ですが、その広大な範囲には、探査車が遭遇する可能性のある多くの危険が潜んでいます。丘、岩場、砂丘、クレーターの壁など、ほんの一例です」と、NASAジェット推進研究所の主任ロボットシステムエンジニア、アンドリュー・ジョンソン氏はプレスリリースで述べています。「そのため、これらの危険地帯の一つに着陸すれば、ミッション全体に壊滅的な影響を与える可能性があります。」
NASA はこの新しいツールについて次のように説明しています。このツールにより、着陸船は地表に対する自身の位置を約 130 フィート (40 メートル) 以下の精度で特定できるようになります。
地形相対航法によって、探査車は降下中に地面に対する自車の位置をより正確に推定できる。 […] 火星探査機からの画像を使用して、ミッションチームは着陸地点の地図を作成する。探査車はこの地図を、地形相対航法をサポートするために特別に設計された新しいコンピューターの「頭脳」に保存する。パラシュートで降下しながら、探査車は急速に近づいてくる地表の写真を撮影する。自分の向かっている方向を把握するために、探査車は画像に映っているランドマークを機内地図と素早く比較する。向かっている方向が分かったところで、探査車は安全な着陸地帯の別の機内地図を検索し、到達できる最も安全な場所を探す。探査車は、より安全な地面に進路を変えることで、直径約1,100フィート（335メートル）（フットボール場3面を端から端まで並べた大きさ）までの危険な地面を回避できる。
パラシュートは降下段階を時速約200マイル（320km/h）まで減速させる予定で、減速には最後の段階、つまり8基の小型逆噴射ロケットによる動力降下が必要となる。パラシュートを切断した後、ローバーはバックシェルに取り付けられたまま、高度6,900フィート（2,100メートル）から地表に向かって巡航する。
着陸の約12秒前、時速1.7マイル（2.7km）という非常に適切な速度で、スカイクレーン操作の時間が来ます。バックシェルは3本の20メートル（66フィート）のケーブルを使ってローバーを降ろし、その間にローバーの脚と車輪は着陸位置に移動します。パーセベランスは着陸が迫っていることを感知し、ケーブルを放します。すると降下段は切り離され、うまくいけば遠く離れた場所に墜落します。
多数の可動部品（発射体を含む）が、このミッションを極めて複雑なものにしているのは明らかです。耐熱シールド、パラシュート、バックシェルは、パーセベランスの着陸や性能に損傷を与えたり、何らかの支障をきたしたりする恐れがあります。
歴史上、この時点でミッションが失敗した例がもう一つあります。NASAの火星極地着陸機です。マーズ・クライメート・オービターと同様に、1999年（NASAにとってあまり良い年ではありませんでした）に失敗に終わりました。NASAによると、「失敗の最も可能性の高い原因は、着陸機の脚が降下中に展開した際に発生した誤った信号」であり、「実際にはまだ降下中であったにもかかわらず、火星に着陸したと誤って表示」され、「メインエンジンが予定より早く停止」し、着陸機は火星の表面に落下しました。
着陸中に何か問題が発生した場合、スワティ・モハンは最初にその情報を知ることになるでしょう。彼女は火星2020ミッションの誘導、航法、管制運用の責任者です。彼女はNASAのミッションコントロールセンターに常駐し、着陸中の探査車の進捗状況と状態を監視します。
「現実では常に予想外の出来事が起こります。ですから、巡航フェーズ中はすべてを監視し、カメラへの電源供給を確認し、データが期待通りに流れていることを確認します」とモハン氏はプレスリリースで述べた。「そして、探査機から『着陸し、安定した地面にいる』という信号を受信できれば、私たちは祝うことができます。」
https://gizmodo.com/your-guide-to-nasa-s-life-hunting-mars-rover-persevera-1844406760
この探査車はキュリオシティをモデルにしていますが、多数のカメラや地中レーダーによる地表下の探査など、多くの新機能を備えています。探査車はジェゼロ・クレーターに着陸し、古代生命の痕跡を探査します。かつて火星に生命が存在していたとすれば、かつて湖と河川のデルタ地帯であったジェゼロ・クレーターのような場所は、微生物が生息するのに理想的な場所だったでしょう。この重要な宇宙生物学研究に加え、パーセベランスは火星の気象と地質を調査し、「インジェニュイティ」と名付けられた小型ヘリコプターを派遣し、将来のミッションのためのサンプルを採取する予定です。
NASAは、2月18日午後3時30分（東部標準時）（太平洋標準時午後12時30分）に予定されている着陸の様子をライブストリーミングで中継します。私たちはその様子を見守り、成功を祈ります。
