長く待たれた到着
欧州宇宙機関（ESA）の水星探査ロボットミッション、ベピコロンボは、約20億ドル規模の計画として、2018年に始まった旅路の最終局面にようやく入った。8年にわたる継続的な加速と、綿密に組み立てられた惑星スイングバイを経て、探査機は今や、ミッション計画者が当初から目指してきた瞬間まであと数か月というところにいる。すなわち、太陽系で太陽に最も近い惑星の周回軌道に捕らえられることだ。
今週、ミッションはイオンスラスターを搭載していた大型区画を切り離し、重要な節目を迎えた。この装置はMercury Transfer Moduleとして知られ、長い巡航の大部分で探査機を推進してきた。モジュールがなくなったことで、残る科学探査用の本体は、今年後半に行われる最終的な重力捕獲マヌーバの準備が整った。
水星に到達するのがこれほど難しい理由
惑星科学者にとって、水星は独特で、やや直感に反する難題を突きつける。太陽に最も近い惑星ではあるものの、地球から打ち上げた探査機がただ内側へ落ちていけば到達できるわけではない。水星に到達するには、莫大な軌道エネルギーを失う必要がある。実際、このミッションに必要だったエネルギー、つまりdelta-vは、冥王星へのフライバイよりも大きかった。NASAのNew Horizonsが遠方の準惑星に10年足らずで到達したのに対し、ベピコロンボがより複雑な経路を必要とした理由はそこにある。
水星周回軌道に入るのに十分な減速を行うため、ベピコロンボは前例のない9回の重力アシストに依存した。これらの綿密に計画されたスイングバイは、地球、金星、そして水星自身の重力を利用して探査機の軌道を曲げ、余剰エネルギーを奪い去った。各遭遇のたびに探査機は太陽へ少しずつ近づき、次の螺旋軌道段階へ向けて整えられた。
このミッションはまた、深宇宙でこれまでに使われた中で最も強力な電気推進システムを搭載して打ち上げられた。4基のグリッド型イオンスラスターは巡航中ほぼ連続して噴射し、穏やかだが絶え間ない推力で探査機の軌道を時間をかけて変えていった。惑星フライバイの合間には、この低推力プラズマシステムにより、化学ロケットよりも効率的に軌道を微調整できた。
3つで1つの探査機
ベピコロンボが異色なのは、3つの異なる宇宙機を積み重ねた構造として作られたことだ。最大の部分であるMercury Transfer Moduleが、旅の間の推進と電力供給を担った。その後ろには、軌道投入後に相補的な視点から水星を調べるための2機の科学軌道船が搭載されていた。このミッションは国際協力の成果でもあり、ESAが主導し、日本と米国が大きな貢献を行っている。
2機の軌道船アーキテクチャは、ミッションの科学目標の中核だ。目標は、水星の起源と異例の組成を理解することにある。科学者たちは、なぜこれほど太陽に近い場所で惑星が形成されたのか、そしてそれがどうやって今日見られるような高温で高密度、鉄に富む世界へと進化したのかを知りたがっている。あるミッション科学者が言うように、水星を見ることは、一つの惑星の起源と、それが今の姿になった経緯を知ることなのだ。
水星は長い間、最も探索の進んでいない惑星のひとつだった。太陽に近いため地球からの観測は難しく、また惑星周辺の強烈な熱と放射線環境は、近づきすぎたあらゆる探査機にとって厳しい。2機の軌道船を補完的な軌道に置くことで、ベピコロンボは水星の表面、内部、磁気環境をより完全に描き出そうとしている。
推進モジュールの切り離し
木曜日のMercury Transfer Module分離は、その目標に向けた劇的な一歩だった。このモジュールは役目を終えており、最終接近時にはむしろ負担になっていただろう。軌道に持ち込めば質量が増え、機動が複雑になり、繊細な科学機器に干渉する可能性もあった。推進モジュールがなくなった今、ベピコロンボは科学ミッションに必要な要素だけで構成されている。
この分離は象徴的な転換でもあった。8年間、探査機は自力推進可能な完全なスタックとして航行してきた。今ではもはや巡航船ではなく、最終的な軌道修正のために自前の小型推進系を備えた、2機の惑星科学探査機になった。
次に起こること
次の大きな出来事は11月に起こる。ベピコロンボが水星に、これが最後になるはずの接近を果たす時だ。その時点で探査機の速度は、水星の重力が軌道に捕獲するのにちょうどよい値になっている。地球との距離が遠く、リアルタイムの指令が実用的でないため、この高リスクのマヌーバは機体搭載システムによって自動実行される。
安全に軌道へ入れば、ベピコロンボは本格的な科学調査を開始する。搭載機器は惑星表面の地図を作成し、磁場を測定し、内部構造を探り、希薄な外気圏を研究する。得られるデータは、私たちの太陽系内だけでなく、他の恒星の周囲にある岩石惑星の形成と進化に関する基本的な問いに答える助けになると期待されている。
関わった技術者や科学者にとって、この瞬間は長く待ち望んだものだった。惑星間ミッションには忍耐が必要だ。New Horizonsは冥王星に到達するまでほぼ10年を要し、ベピコロンボの経路はそれよりもさらに直線的ではなかった。それでも、ミッション計画者の目には、その見返りは待つ価値がある。
ベピコロンボの最終接近は、現代の惑星探査がどれほど複雑になったかを示している。このミッションは、太陽電気推進、繰り返される重力アシスト、そして設計者、運用者、科学者から成る多国籍チームを組み合わせ、依然として訪れるのが非常に難しい世界に到達した。探査機がついに軌道へ滑り込めば、NASAのMESSENGER探査機に続き、史上2例目の達成となる。
巡航で最も困難な部分はすでに過去となり、ベピコロンボは太陽系で最も謎めいた惑星の、これまでで最も包括的な姿を届ける態勢にある。
この記事は Ars Technica の報道をもとにしています。元記事を読む。
Originally published on arstechnica.com