新しい着陸船や探査車なしでは、NASAの火星計画はヘリコプターか失敗かのどちらかだ

30年以上ぶりに、NASAは新しい着陸船や探査車を火星に送る確実な計画を持っていません。代わりに、この赤い惑星における同庁の当面の焦点は、数年前までは現実的ではなかった先駆的な航空ドローンにあります。火星での科学目的でのドローンの最初の実用化は、早くも2028年後半に打ち上げが予定されている3機のヘリコプターからなるSkyFallミッションで実現します。SkyFallのヘリコプターは、深宇宙での原子力電気推進の実証を主目的とするNASAのSpace Reactor-1「Freedom」ミッションと共に赤い惑星へ向かいます。SR-1 FreedomとSkyFallは、わずか6ヶ月前にはNASAのポートフォリオに存在しなかったプロジェクトであり、打ち上げスケジュールは野心的です。推定費用21億ドルのSR-1 Freedomミッションに対するNASAの計画では、キャンセルされたゲートウェイ月宇宙ステーションのコアモジュールを原子力電気推進のテストベッドとして再利用することが求められています。SkyFallは、2021年に他の世界で初めて飛行した実験用ロータークラフトとなったIngenuityヘリコプターでのNASAの成功を基盤としています。NASAのジェット推進研究所は、高高度ドローンの開発者であるAeroVironmentと提携し、3機のSkyFallヘリコプターと1機の予備機を設計・製造しています。5年前にNASAのPerseverance探査車と共に火星に着陸したIngenuityヘリコプターの背後にも、同じチームがいました。 開発 underway AeroVironmentは先週、3機のSkyFallヘリコプターの「共同設計および共同製造」のためにJPLから契約を受領したと発表しました。Ingenuityは、当初の5回のテスト飛行計画をはるかに超え、2024年初頭の不時着前に72回飛行しました。エンジニアは、SkyFallヘリコプターのためにIngenuityの設計を基盤としています。新しい機体はIngenuityよりやや大きく、重さ1.8kg（4ポンド）ではなく約2.5kg（5.5ポンド）で、より重いペイロードを処理するためにローターがアップグレードされています。AeroVironmentのMacCready Works部門（同社の先進研究開発組織）の責任者であるJeff Rodrian氏は、「SkyFallは、火星のヘリコプターが一度限りの納入ではなく、繰り返し製造可能な製品ラインとして構築できることを示すでしょう」と述べています。同社によると、AeroVironmentはヘリコプターのローターシステム、機体、構造、アビオニクス統合、および科学ペイロードの搭載を担当します。JPLは、電力システム、電子機器、アルゴリズム、ソフトウェア、および火星の地下浅層の氷を探すための地中レーダーを開発します。各ヘリコプターは、火星の大気に関するデータを収集するためのカメラとセンサーのスイートも搭載します。これは、2台のカメラを搭載していましたが、洗練された科学機器を欠いていたIngenuityからのアップグレードです。Ingenuityの航続距離は、Perseverance探査車の基地局を介して通信する必要があるという要件によって制限されていましたが、SkyFallは上空を飛行する通信中継オービターを介してデータを送受信できるようになります。 （Ingenuityヘリコプターの画像） 「私たちはNASAの打ち上げ計画を見て、火星の表面に向かう探査車や着陸船、あるいはその他の何かの腹に親指を差し込んで同乗させてもらうことができる時期を見つけようとしていました」とAeroVironmentの宇宙ベンチャー責任者であるWill Pomerantz氏は述べています。「そして、特にMars Sample Return計画が変更されたことで、すぐに火星の表面に向かうものは何もなさそうだと分かりました。そして、必ずしも待つ必要はないと思いました。」そこでエンジニアたちは、SkyFallヘリコプターを火星に届ける新しい方法を考案しました。Ingenuityのように火星探査車の背中に乗るのではなく、SkyFallは赤い惑星への接近時にSR-1 Freedom宇宙船から分離します。それらは保護されたヒートシールドの中で繭に包まれて火星の大気に入ります。その後、自律的に自らの動力で着陸するために解放されます。「それが、SkyFallマヌーバとして知られるようになった会話の始まりでした」とPomerantz氏は述べています。「これは達成可能だと考えています。エントリーカプセルから出て、火星の大気を通過する際に、着陸船プラットフォームや探査車プラットフォームを必要とせずに、自力で地面に到達できるヘリコプターがあるミッションを行うことができると考えています。」「私たちはそのアイデアに非常に興奮しました」と彼は続けました。「再び、それは新しい運用モードと、率直に言って、新しい打ち上げウィンドウを開き、新しい価格帯で火星の表面探査を行うことを可能にします。これは私にとって非常にエキサイティングであり、おそらく他のどの探査モードでも実現不可能だった場所に行くことができるでしょう。」 コストキャップと質量制限 NASAはSkyFallミッションの予測コストを明らかにしていませんが、同庁の広報担当者はArsにAeroVironmentとのJPLの契約価値を提供することを拒否しました。利点にもかかわらず、SkyFallのようなドローンには限界があります。小型化の進歩により、SkyFallのようなプラットフォームにレーダーのようなペイロードを搭載することが可能になりました。しかし、火星ヘリコプターに探査車クラスの機器一式を詰め込む余地はありません。これは、少なくとも現時点では、ロボットアーム、ドリル、または過去または現在の生命の証拠を探すためのペイロードがないことを意味します。SkyFallの地中レーダーのミッションは、NASAの数十年にわたる火星探査の指針となる戦略、すなわち「水を追え」という戦略を彷彿とさせます。NASA長官のJared Isaacman氏は、3月にSR-1 Freedomと共にSkyFallミッションへの同庁の支持を発表しました。トランプ政権下でのNASAの明確な優先事項は、月面に月面基地を建設することです。Isaacman氏は原子力推進も支持しており、今後数年間で手頃で達成可能な「勝利」の機会を求めています。SkyFallはその条件を満たしています。「私たちは数ヶ月間懸命に作業してきました」とPomerantz氏は述べています。「私たちは再び、時間通りかつ予算通りに進んでいます。これは私の航空宇宙キャリアでこれまであまり言えなかった魔法の言葉ですが、ここでAVで行ったすべての火星ヘリコプタープロジェクトについて言えることです。」最近の地上試験での一つのブレークスルーは、SkyFallヘリコプターに搭載されるより大きなローターブレードに関するものでした。火星の大気は薄く、地球の海面レベルの空気の1％の密度しかないため、火星で飛行するヘリコプターは、揚力を発生させるために地球よりも速くローターを回転させる必要があります。重い機体は軽い機体よりも多くの揚力を必要とするため、SkyFallのローターはIngenuityのものよりも大きくなります。これは、SkyFallのローター先端が超音速で火星の大気を切り裂くことを意味します。Ingenuityの設計者は、ブレードが破損するのではないかと懸念していたため、意図的にローターがマッハ1を超えないようにしました。エンジニアは今年初めにSkyFallサイズのローターブレードを試験チャンバーに入れ、破損させることなくマッハ1.08の最高速度で回転させました。「私たちはローター先端を音速以上に引き上げることができました」とPomerantz氏は述べています。「これにより、車両を最も効率的な方法で運用する能力に大きな自信が得られます。また、SkyFallマヌーバ自体を実行し、エントリーカプセルから降りて地面に降りていく最初の飛行のレジームを通過する能力にも大きな自信が得られます。」NASAはまだSkyFallの着陸地点を選定中ですが、埋設された氷を探すことで、ヘリコプターは火星の極にある永久氷冠に近づく可能性があります。ジェット推進研究所のエンジニアは、