2021年4月19日、NASAのインジェニュイティ・ヘリコプターは、火星の表面から離陸した初の動力航空機となりました。この歴史的な39秒間の飛行は、他の惑星を探査する全く新しい方法の幕開けとなり、エンジニアたちに火星の地形を飛行する、より大型で耐久性の高い航空機の設計への刺激を与えました。
アリゾナ大学のエンジニアチームは、最終的には火星で飛行し、風を受けて数日間航行する可能性のある、モーターなしのグライダー（セールプレーン）を設計しました。このグライダーの初期プロトタイプは最近、気球に繋がれた状態で小規模な試験飛行を完了しました。プレスリリースによると、チームは夏の終わりに向けて、より高高度でのシステムのさらなる試験を計画しています。
赤い惑星である火星での飛行機の操縦は、地球よりもはるかに困難です。火星の大気はひどく薄いためです。火星の空気の密度は地球の大気の1%にも満たないため、飛行機が空中に留まるのは困難です。NASAのインジェニュイティは重さわずか4ポンド（約1.8kg）で、地球上のどのヘリコプターよりもはるかに高速に回転する2つのカーボンファイバー製ローターで離陸力を生み出します。しかし、インジェニュイティには、90秒間の飛行1回分を充電するためのソーラーパネルなど、いくつかの制限があります。一方、セールプレーンの設計コンセプトでは、飛行機は一度に数日間飛行することができ、アホウドリが長い旅で空を飛ぶのと同じように、S字パターンを形成して速度を上げることができます。
このセールプレーン自体は軽量で、重量は約11ポンド（5キログラム）、翼幅は約11フィート（3メートル）です。十分な垂直の風があれば、この飛行機は（理論上は）楽々と火星の空を滑空することができます。そうでなければ、この飛行機はダイナミックソアリングを行うことができ、低高度にあるゆっくりとした風に向かってわずかに上向きの角度で飛行し、より速く移動する高高度に達すると180度方向転換します。風は飛行機をわずかに下向きの角度で前進させ、低高度に到達すると、曲がりくねった線を描いて上下に飛行することで同じプロセスを繰り返すことになります。Aerospace誌に掲載された研究者の研究によると、この技術により、セールプレーンは一度に数時間、あるいは数日間も飛行することができます。研究チームはまた、セールプレーンを上層大気圏まで運ぶ気球や飛行船に取り付けるかどうかも検討しています。
これまで、火星探査車は火星の表面を歩き回り、周回探査機は主に大気圏の探査を行ってきました。このグライダーは、見過ごされがちではあるものの、火星の重要な部分、つまり大気と地表が相互作用する領域を探査することになります。
「この惑星境界層、つまり地上数キロメートルの高さに、非常に重要で決定的な部分があります」と、NASA火星気候モデリングセンターの研究科学者であるアレクサンドル・クリング氏は声明で述べた。「ここは地表と大気圏の間のあらゆる交流が起こる場所です。塵が巻き上げられて大気圏に放出され、微量ガスが混合され、山谷流によって大規模な風が調整される場所です。しかし、私たちはこれについてあまり多くのデータを持っていません。」
このセイルプレーンは非常に軽量であるため、火星探査機「インジェニュイティ」が火星への旅の途中でパーセベランス探査機の胴体部分に搭載されたのと同様に、より大きなペイロードと一緒に火星まで運ぶことも可能です。火星に到着後、セイルプレーンはキューブサットから投下され、火星表面に着陸したら自律的に翼を展開する可能性があります。
このセールプレーンを開発するエンジニアチームは、今夏後半にさらなるテストを実施し、大気がはるかに薄い海抜15,000フィート（4,500メートル）の高高度でセールプレーンを飛行させる予定です。「地球を火星飛行の研究のための実験室として活用できます」と、アリゾナ大学の航空宇宙・機械工学教授であるセルゲイ・シュカラエフ氏は声明で述べています。テストが完了したら、チームは今後数年以内にセールプレーンを火星ミッションに投入したいと考えています。
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