火星探査車「パーサヴィアランス」の打ち上げが迫っていることを、私たちは心待ちにしています。しかし、NASAの新しい探査機は、たった一人で旅をするわけではありません。その腹部には、「インジェニュイティ」と名付けられた小型ヘリコプターが搭載されており、これが異星で飛行する最初の航空機となることが期待されています。
パーセベランスとインジェニュイティは、7月30日（木）午前7時50分（東部時間）（太平洋時間午前4時50分）に打ち上げられる予定です。NASAの火星探査車「マーズ2020」とヘリコプターは、2021年2月にジェゼロクレーターに着陸し、インジェニュイティはその数ヶ月後に展開される予定です。幸運にも、これは人類が開発した航空機が他の惑星で制御飛行を試みる最初の航空機となるでしょう。
この小型で必要最低限の機能を備えた機体は、NASAが技術実証機と呼んでいるものです。NASAはこのコンセプトを実証し、その経験を基に、より野心的なプロジェクトを開発したいと考えています。これまでの技術実証には、1997年のマーズ・パスファインダー探査車や、2018年のマーズ・キューブ・ワン超小型衛星などがあり、これらは惑星間を高速で通過する最小の機械です。
2018年のAIAA大気飛行力学会議で発表された概要の中で、プロジェクトエンジニアは回転翼機のコンセプトの強化版について次のように説明しました。
ヘリコプターは、制御された方法で指定されたターゲットにアクセスし、着陸することができ、小型ペイロードの運搬や回収にも使用できます。ヘリコプターは、安全な横断ルートを迅速に探索したり、科学目標の可能性のある目的地を偵察したりすることで、ローバーのミッションを強化することができます。また、スタンドアロンシステムとして、ローバーが到達できない可能性のある地域の探査にも使用できます。火星ヘリコプターは、サンプルリターンアーキテクチャの要素としても考えられ、小型科学サンプルを火星上昇機にタイムリーに回収して地球に帰還させるために使用できます。
しかし、その段階に進む前に、NASAは火星におけるインジェニュイティの性能を評価する必要があります。30日間にわたり、このヘリコプターは最大5回の飛行試験を実施しますが、いずれも90秒以内です。NASAによると、インジェニュイティは1回の飛行で地表から3～10メートルまで上昇し、最大300メートルまで高度を移動します。このロボットヘリコプターは自律飛行が可能で、着陸後はパーセベランスと通信を行います。
インジェニュイティの胴体はソフトボールほどの大きさで、重量はわずか4ポンド（1.8kg）です。2枚の回転翼は互いに反対方向に回転し、長さは4フィート（1.2m）です。回転翼機にはアンテナ、4本の着陸脚、そしてバッテリー充電用のソーラーパネルが搭載されています。
ミッションの重要な局面は、パーセベランスがヘリコプターを火星の表面に展開する時です。探査機の胴体から地上へヘリコプターを移動させるため、NASAは火星ヘリコプター輸送システムを開発しました。NASAの説明によると、このシステムは次のように機能します。
ミッションの火星日（ソル）の約60日後、パーセベランスは、着陸時にヘリコプターを保護した火星ヘリコプター配送システムのグラファイト複合材製デブリシールドを投下します。その後、パーセベランスは指定された飛行場の中心へと移動します。約6日後、ヘリコプターと探査車チームが準備完了を確認した後、火星ヘリコプター配送システムに作業開始を指示します。
展開プロセスは、ヘリコプターを固定しているロック機構の解除から始まります。次に、ケーブル切断用の花火装置が点火し、ヘリコプターを固定しているバネ仕掛けのアームがインジェニュイティを水平位置から回転させ始めます。その過程で、小型電動モーターがアームをラッチまで引っ張り、バネ仕掛けの着陸脚2本を展開した状態でヘリコプターの機体を完全に垂直にします。さらに別の花火装置が点火し、残りの着陸脚を解放します。
この後、ヘリコプターは最終的に切り離されますが、機体は地表まで5インチ（約13cm）の高さから落下しても耐えなければなりません。火星の重力は地球に比べて弱いので、これは容易なはずです。約1週間後、すべてが順調に進めば、インジェニュイティは最初の試験飛行を行う予定です。
技術的には、このヘリコプターはすでに75分の飛行時間を記録しており、より正確には、2014年から2019年にかけてNASAが実施したテスト中に、このヘリコプターの模型が地球上でこの飛行時間を記録している。明らかに、火星と地球の環境は大きく異なるため、NASAは実験に創意工夫を凝らす必要がある。
例えば、火星の大気は地球の100分の1しか薄くないため、必要な揚力を生み出すのに十分な空気がありません。インジェニュイティは離陸するためにローターを毎分2,400回転で回転させますが、これは従来のヘリコプターのローターよりもかなり高速です。
NASAのエンジニアたちは、火星の環境を再現するため、幅25インチ（64cm）の真空チャンバーからすべてのガスを吸引し、二酸化炭素を少量加えました。回転翼機の模型は約1分間の飛行を維持し、地上から2インチ（5cm）の高度でホバリングすることに成功しました。これはヘリコプターにとっては小さな飛躍でしたが、開発者にとっては大きな飛躍でした。
また、火星の重力は地球の表面重力の約38%であるため、重量4ポンドのヘリコプターは、火星ではわずか1.5ポンド（0.68kg）の重さになります。開発中、このモデルは低重力状態をシミュレートするシステムでテストされ、良好な性能を示しました。
インジェニュイティは、夜間の気温が華氏-130度（摂氏-90度）まで下がるため、激しい温度変化にも耐えなければなりません。このヘリコプターは、アルミニウム、シリコン、カーボン、ホイル、フォームなど、1,500点もの部品で構成されており、ミッション遂行中は絶えず膨張と収縮を繰り返します。インジェニュイティはこうした温度変化を考慮して設計されていますが、実際に火星に到着した際にどのような性能を発揮するかは、今後の展開を待つ必要があります。
https://gizmodo.com/your-guide-to-nasa-s-life-hunting-mars-rover-persevera-1844406760
インジェニュイティは科学機器を搭載しませんが、自律飛行能力を備えています。地球から火星への通信遅延のため、ヘリコプターは自力で飛行し、適切な着陸地点を選択する必要があります。
インジェニュイティ・プロジェクトは小さなスタートですが、成功すればさらに大きな、より良い成果へと繋がるでしょう。数年後、様々な航空機が火星の地表（そしておそらく他の惑星）の上空を飛び回る時、私たちはこの先駆的なヘリコプターを、全てを可能にした機体として振り返ることになるでしょう。
