スピリット（ローバー）

精神
火星探査ローバー2（MER-2）の機動性と操縦性試験中
ミッションタイプ火星探査車
オペレーター米航空宇宙局（NASA）
コスパーID2003-027A
SATCAT番号27827
Webサイト火星探査ローバー
ミッション期間
  • 計画：90ソル（約92日間）
  • 実際: 2,208ソル（2,269日）、着陸から最終接触まで
  • 移動：1,892ソル（1,944日）、着陸から最終埋め込みまで
  • 合計: 2,623ソル（2,695日）、着陸からミッション終了まで
宇宙船の特性
乾燥質量185キログラム（408ポンド）
力ソーラーパネル：140W
ミッション開始
発売日2003年6月10日 17時58分47秒UTC [ 1 ]
ロケットデルタII 7925-9.5 [ 2 ] [ 3 ]
発射場ケープカナベラルSLC-17A
請負業者ボーイング
ミッション終了
宣言された2011年5月25日[ 4 ]
最後の接触2010年3月22日
火星探査車
着陸日2004 年 1 月 4 日、04:35 UTC SCET MSD 46216 03:35 AMT
着陸地点グセフ・クレーター南緯14.5684度 東経175.472636度[ 5 ]南緯14度34分06秒 東経175度28分21秒 / / -14.5684; 175.472636 （スピリットローバー）
走行距離7.73 km (4.8 マイル)
マービン・ザ・マーシャンをフィーチャーしたスピリットミッションパッチ
NASAの火星探査車

スピリットは、 MER-A（ Mars Exploration Rover – A）またはMER-2としても知られ2004年から2010年まで活動していた火星ロボットローバーです。 [ 4 ]スピリットは、火星で2208ソルまたは3.3火星年（2269日間、 6年77日間）活動していました。これは、ジェット推進研究所（JPL）が管理するNASAの火星探査ローバーミッションの2台のローバーのうちの1台でした。スピリットは、2004年1月4日午前4時35分地上協定世界時（UTC）に火星の衝突クレーターグセフ内に着陸に成功しました。これは、惑星の反対側に着陸した双子のオポチュニティ（MER-B）の3週間前でした。その名前は、NASAが後援する学生エッセイコンテストで選ばれました。探査車は2009年後半にバッテリーの充電を妨げる角度で「砂の罠」にはまり、地球との最後の通信は2010年3月22日となった。

探査車は計画通り90ソル（地球日で92.5日弱）のミッションを完了した。太陽電池パネルからの電力供給量を増加させた清掃活動の恩恵もあり、スピリットはNASAの計画者らの予想よりも20倍以上長く効率的に機能した。また、スピリットは計画されていた600メートル（0.4マイル）ではなく7.73キロメートル（4.8マイル）の走行距離を記録したため[ 6 ] 、火星の岩石や惑星表面の特徴に関するより広範な地質学的分析が可能になった。ミッションの第一段階（90ソル・プライム・ミ​​ッション）の初期科学的成果は、科学誌『サイエンス』の特別号に掲載された[ 7 ]。

2009年5月1日（着陸から5年3ヶ月27地球日、計画されたミッション期間の21倍）、スピリットは柔らかい砂に閉じ込められた。[ 8 ]これはミッションにおける最初の「埋め込みイベント」ではなかった。NASAはその後8ヶ月間、状況を慎重に分析し、地球上で理論および実践的なシミュレーションを実行し、最終的にローバーが脱出ドライブを実行して自力で脱出を試みるプログラムを実行した。これらの努力は2010年1月26日まで続けられ、NASA当局はローバーが柔らかい砂の中に位置しているため回復不能なほどに妨害されている可能性が高いと発表した。[ 9 ] しかし、ローバーは現在の位置から科学調査を継続した。[ 10 ]

探査車は、2010年3月22日（ソル2208）にスピリットとの通信が途絶えるまで、静止した科学プラットフォームの役割を継続した。 [ 11 ] [ 12 ] JPLは、2011年5月24日にNASAが応答のない探査車との通信の試みが終了し、ミッションが完了したと発表するまで、連絡を回復しようと試み続けた。[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]その後まもなくNASA本部で正式なお別れが行われた。

目的

2003年6月10日、デルタIIがMER-Aとともに打ち上げられた。

火星探査ローバーミッションの科学的目的は次のとおりです。[ 17 ]

  • 過去の水活動の手がかりとなる様々な岩石や土壌を探索し、その特徴を明らかにします。特に、降水、蒸発、堆積性セメント化、熱水活動といった水に関連するプロセスによって堆積した鉱物を含むサンプルを探索します。
  • 着陸地点周辺の鉱物、岩石、土壌の分布と構成を決定します。
  • どのような地質学的プロセスが地域の地形を形成し、化学組成に影響を与えたかを特定します。こうしたプロセスには、水や風による浸食、堆積作用、熱水作用、火山活動、クレーター形成などが含まれます。
  • 火星探査機（MRO）の機器による表面観測の校正と検証を実施します。これにより、軌道上から火星の地質を調査する様々な機器の精度と有効性を判断するのに役立ちます。
  • 鉄含有鉱物を検索し、鉄含有炭酸塩など、水を含む、または水中で形成された特定の鉱物の種類を識別して相対量を定量化します。
  • 岩石や土壌の鉱物学と組織を特徴づけて、それらを形成するプロセスを決定します。
  • 液体の水が存在していた時代の環境条件に関する地質学的な手がかりを探します。
  • それらの環境が生命に適していたかどうかを評価します。

ミッションタイムライン

スピリット着陸地点から見たコロンビアヒルズのパノラマ写真（注釈付き）
MER-Aスピリット着陸地点の全体図（星印で表示）

オポチュニティとスピリットの探査車は、長期火星探査計画における火星探査ローバー計画の一部であった。火星探査計画の4つの主要目標は、火星に生命が存在する可能性があるかどうか（特に、火星で回収可能な水が見つかるかどうか）、火星の気候と地質を特徴付ける、そして火星への潜在的な有人ミッションに備えることであった。火星探査ローバーは火星表面を移動して定期的に地質学的分析を実行し、火星に水が存在したかどうか、また利用可能な鉱物の種類を判断するとともに、火星偵察オービター（MRO）によって取得されたデータを裏付けることになっていた。[ 18 ]両方のローバーは90ソル（地球上で92日）の寿命が想定されるように設計されたが、それぞれ予想よりもはるかに長く稼働した。スピリットのミッションは当初の予定寿命の20倍も長く続き、2011年5月25日に柔らかい砂に引っ掛かり、脱出を試みた際に予備電力を使い果たしたため、ミッション終了が宣言されました。一方、オポチュニティは当初の予定寿命90ソルの55倍も長く、着陸からミッション終了まで5498日間稼働しました。探査機の状態に関する毎週の最新情報は、オポチュニティ・アップデート・アーカイブでご覧いただけます。[ 19 ]

打ち上げと着陸

スピリット軌道のアニメーション。   太陽 ・   地球 ・   火星 ·   精神

MER-A (スピリット) と MER-B (オポチュニティ) は、それぞれ2003年6月10日と2003年7月7日に打ち上げられた。両探査機はケープカナベラル宇宙発射施設17 (CCAFS SLC-17)からボーイングデルタ II 7925-9.5 ロケットで打ち上げられたが、MER-B は、火星横断投入のための追加エネルギーを必要としたため、その打ち上げ機の大型バージョンに搭載された。両打ち上げ機は、MER-A が CCAFS SLC-17A に、MER-B が CCAFS SLC-17B にそれぞれ搭載され、すぐ隣り合った発射台に搭載された。この二重発射台によって、15 日間と 21 日間の惑星打ち上げ期間を近接して実施することができた。MER-A の最終打ち上げ日は 2003 年 6 月 19 日、MER-B の初日は 2003 年 6 月 25 日であった。NASA の打ち上げサービス プログラムが両宇宙船の打ち上げを管理した。

スピリットは、2004年1月4日午前4時35分（宇宙船事象時間、SCET）、火星表面に着陸に成功した。これは90ソル・ミッションの始まりだったが、太陽電池の洗浄イベントにより、2010年まで続く、はるかに長いミッションの始まりとなった。スピリットがターゲットとしたのは、過去に液体の水の影響を受けたと思われる場所、グセフ・クレーターである。このクレーターは、ターゲット楕円の中心から約10km（6.2マイル）離れた、南緯14.5718度、東経175.4785度にある巨大衝突クレーターの、かつての湖の可能性がある。[ 20 ]エアバッグで保護された着陸機が火星表面に着陸した後、ローバーはパノラマ画像を撮影するために移動した。これらの画像は、科学者が有望な地質学的ターゲットを選択し、その場所まで移動して現地で科学的調査を行うために必要な情報を提供する。[ 22 ] MERチームは、スペースシャトルコロンビア号の事故で亡くなった7人の宇宙飛行士に敬意を表して、着陸地点を「コロンビア記念ステーション」と名付けました。 南緯14度34分18秒 東経175度28分43秒 / / -14.5718; 175.4785

スピリットの画像から編集された最初のカラー画像。他の惑星で撮影された最高解像度のカラー画像でした。

2009年5月1日（ソル1892）、ローバーは柔らかい砂にスタックし、一見普通の土の層の下に隠された硫酸鉄(III)（ジャロサイト）の塊の上に停止した。硫酸鉄は凝集力が極めて低く、ローバーの車輪がトラクションを得るのが困難だった。[ 23 ] [ 24 ]

2010年1月26日（ソル2155）、NASAは数ヶ月にわたるローバーの解放の試みの後、この試みを断念し、代わりに移動式ロボットを固定式の研究プラットフォームとして使用するミッションに変更しました。冬の間もシステムを稼働させ続けるため、太陽に向けてバッテリーを充電する作業が行われました。[ 25 ] 2010年3月30日、スピリットは予定されていた通信セッションをキャンセルし、最近の電力供給予測から予想されていたように、低電力の冬眠モードに入ったと考えられます。[ 26 ]

ローバーとの最後の通信は2010年3月22日（ソル2208）[ 27 ]であり、ローバーのバッテリーがあまりにも多くのエネルギーを失い、ミッションクロックが停止した可能性が高い。以前の冬には、ローバーは太陽に面した斜面に駐機し、内部温度を-40℃（-40℉）以上に保つことができたが、ローバーは平地で立ち往生していたため、内部温度は-55℃（-67℉）まで低下したと推定される。もしスピリットがこれらの状況に耐え、クリーニングイベントが行われていたとしたら、2011年3月の南半球夏至に太陽エネルギーがローバーを目覚めさせるレベルまで増加していた可能性がある。[ 28 ]スピリットはホームプレート西側の「トロイ」と呼ばれる場所で沈黙を保っている。[ 29 ]

スピリットは低電力障害に見舞われ、通信を含むすべてのサブシステムを停止し、バッテリーの充電を試みるために深いスリープ状態に入った可能性が高い。また、ローバーがミッションクロック障害に見舞われた可能性もある。もしそうなっていたら、ローバーは時間感覚を失い、太陽電池アレイに十分な太陽光が当たって起動するまでスリープ状態を維持しようとしていただろう。この状態は「ソーラーグルービー」と呼ばれている。ミッションクロック障害から起動したローバーは、受信のみを行う状態だった。2010年7月26日（ソル番号2331）から、ミッションクロック障害の可能性に対処するための新しい手順が導入されたが、失敗に終わった。

ミッション終了

JPLは2011年5月25日までスピリットとの交信を試み続けたが、その日NASAは交信活動の終了とミッションの完了を発表した。[ 13 ] [ 15 ] [ 30 ] NASAによると、探査車は「生存用ヒーターを稼働させるのに十分な電力がなかった」ために「内部温度」が非常に低かった可能性が高い。これは「日光の少ない過酷な火星の冬」によるものだった。多くの重要な部品や接続部が「寒さによる損傷を受けやすかった」とされている。[ 15 ]スピリットの支援に必要だった資産は、当時まだ運用中だったスピリットの双子機、オポチュニティの支援に回された。[ 13 ]

スピリットの主な火星表面ミッションは、少なくとも90ソル（約90日間）続く予定だった。ミッションは数回延長され、約2,208ソル（約2,208日間）続いた。2007年8月11日、スピリットは1,282ソル（約1282日間）という、火星表面での着陸機または探査機としては2番目に長い運用期間を記録した。これはバイキング2号の着陸機よりも1ソル長い。バイキング2号は原子核で稼働していたが、スピリットは太陽電池で稼働している。 2010年5月19日にオポチュニティに追い抜かれるまで、火星探査機の運用期間が最も長かったのはバイキング1号で、火星表面で2,245ソル（約2,245日間）を稼働していた。2010年3月22日、スピリットは最後の通信を送信し、バイキング1号の運用記録を抜くまであと1か月となった。探査機のステータスに関する毎週の更新のアーカイブは、スピリットアップデートアーカイブで見ることができる。[ 31 ]

スピリットの総走行距離は7,730.50メートル（4.80マイル）である。[ 32 ]

設計と建設

注釈付きローバー図
パンカムマストアセンブリ（PMA）

スピリット（および双子のオポチュニティ）は、高さ1.5メートル（4.9フィート）、幅2.3メートル（7.5フィート）、長さ1.6メートル（5.2フィート）、重さ180キログラム（400ポンド）の6輪式ソーラーロボットである。ロッカーボギーシステムの6つの車輪により、起伏のある地形でも移動が可能になった。各車輪には専用のモーターが搭載されていた。車両は前後で操舵され、最大30度の傾斜でも安全に作動するように設計された。最高速度は毎秒5センチメートル（2.0インチ/秒）、[ 33 ]時速0.18キロメートル（0.11マイル/時）であったが、平均速度は約毎秒1センチメートル（0.39インチ/秒）であった。スピリットとオポチュニティの両方に、崩壊したワールドトレードセンターの金属片が取り付けられており、「掘削装置のケーブルを保護するためのシールドに転用」された。[ 34 ] [ 35 ]

太陽電池アレイは1日あたり最大14時間、約140ワットの電力を発電し、充電式リチウムイオン電池は夜間使用のために電力を蓄えた。スピリットの搭載コンピュータは、128MBのDRAMと3MBのEEPROMを搭載した20MHzのRAD6000 CPUを使用している。 [ 36 ]ローバーの動作温度範囲は-40～+40℃（-40～104°F）で、放射性同位元素ヒーターが基本的な加熱レベルを提供し、必要に応じて電気ヒーターが補助する。[ 37 ]

通信は、低データレートで通信する全方向性低利得アンテナと、可動式の高利得アンテナに依存しており、どちらも地球と直接接続されていました。低利得アンテナは、火星を周回する宇宙船へのデータ中継にも使用されました。[ 38 ]

科学ペイロード

科学機器には以下のものが含まれていた：[ 39 ]

ローバーアームには以下の機器が搭載されていた。[ 40 ]

  • メスバウアー分光計(MB) MIMOS II – 鉄を含む岩石や土壌の鉱物学の詳細な調査に使用されます。
  • アルファ粒子X線分光計（APXS） – 岩石や土壌を構成する元素の存在量を詳細に分析します。
  • 磁石 – 磁性のあるダスト粒子を集めるため。
  • 顕微鏡画像装置 (MI) - 岩石や土壌のクローズアップの高解像度画像を取得しました。
  • 岩石研磨ツール(RAT) – 船上の機器による検査のために露出した新鮮な材料。

スピリットはミッション全体を通じて複数のオペレーターによって「操縦」された。[ 41 ]

力

このローバーは太陽電池と充電式化学電池を組み合わせて使用​​している。[ 42 ]このクラスのローバーには充電式リチウム電池が2つ搭載されており、各電池は8アンペア時の容量を持つ8つのセルで構成されている。[ 43 ]ミッション開始時には、太陽電池パネルは1ソルで電池と電力システムを充電するために1日あたり最大約900ワット時（Wh）を供給できたが、これはさまざまな要因によって変化する可能性がある。[ 42 ]イーグルクレーターではセルは1日あたり約840Whを生産していたが、2004年12月の第319ソルまでに1日あたり730Whに低下した。[ 44 ]

地球と同様に、火星にも季節変動があり、冬には日照量が減少します。しかし、火星の年は地球の年よりも長いため、季節は地球の2年ごとにほぼ一巡します。[ 45 ] 2016年までに、MER-Bは火星の冬を7回経験しました。この冬は電力レベルが低下し、ローバーは大量の電力を消費する活動を避けることができます。[ 45 ]最初の冬には、電力レベルが2ヶ月間1日あたり300Wh未満に低下しましたが、その後の冬はそれほど悪くありませんでした。[ 45 ]

受信電力を低下させるもう一つの要因は、大気中の塵、特に砂嵐である。[ 46 ]砂嵐は火星が太陽に最も近づくときに頻繁に発生する。[ 46 ] 2007年の世界的な砂嵐により、オポチュニティとスピリットの電力レベルが大幅に低下したため、1日に数分しか稼働できなくなった。[ 46 ] 2018年の火星の砂嵐のため、オポチュニティは6月12日に冬眠モードに入ったが、[ 47 ] [ 48 ] 10月初旬に砂嵐が収まった後も沈黙を保った。[ 49 ]

発見

グセフ平原の岩石は玄武岩の一種で、カンラン石、輝石、斜長石、磁鉄鉱などの鉱物を含んでいます。細粒で不規則な穴（地質学者は気泡や空洞があると言います）があいているため、火山玄武岩のように見えます。[ 50 ] [ 51 ]

スピリット付近の岩の注釈付きパノラマ（2006年4月）

平原の土壌の多くは、地元の岩石が崩壊してできたものです。一部の土壌では、かなり高濃度のニッケルが検出されました。これはおそらく隕石に由来するものと思われます。[ 52 ]

分析の結果、岩石は微量の水によってわずかに変質していることが示されています。岩石の外側の被膜と内部の亀裂は、水によって堆積した鉱物、おそらく臭素化合物を示唆しています。すべての岩石には、微細な塵の層と、1つまたは複数のより硬い物質の層が含まれています。ある種の物質はブラシで払い落とせますが、他の物質は岩石研磨ツール（RAT）で削り落とす必要があります。[ 53 ]

グセフ・クレーターの塵は、火星全体の塵と同じです。すべての塵は磁性を持つことがわかりました。さらに、スピリットは、その磁性は鉱物である磁鉄鉱、特にチタン元素を含む磁鉄鉱によって引き起こされることを発見しました。1つの磁石ですべての塵を完全に逸らすことができたため、火星の塵はすべて磁性を持つと考えられます。[ 54 ]塵のスペクトルは、軌道を周回する衛星によって検出された、タルシスやアラビアのような明るく熱慣性の低い領域のスペクトルと類似していました。おそらく1ミリメートルにも満たない薄い塵の層が、すべての表面を覆っています。その中には、化学的に結合した微量の水が含まれている可能性があります。[ 55 ] [ 56 ]

天文学

火星から見た地球
2005 年 8 月 26 日に火星探査ローバースピリットが撮影した、いて座の手前にあるデイモス(左) とフォボス(右)を示す火星の夜空。完全なアニメーションについては、Image:Phobos & Deimos full.gif を参照してください。

スピリットはカメラを空に向け、火星の衛星ダイモスによる太陽面通過を観測しました（「火星からのダイモスの太陽面通過」参照）。また、2004年3月初旬には、他の惑星の表面から地球を撮影した最初の写真も撮影しました。

2005年後半、スピリットは好ましいエネルギー状況を利用し、火星の衛星フォボスとダイモスの両方を夜間に複数回観測した。[ 57 ]これらの観測には、スピリットがフォボスが火星の影に消えていく様子を観測した「月食」（あるいはむしろ恐怖症的な）も含まれていた。スピリットの観測の一部は、ハレー彗星によって引き起こされると予測されていた流星群を探すために計画されたもので、少なくとも4つの流星の筋が流星と疑われたものの、宇宙線によるものと明確に区​​別することはできなかった。[ 57 ]

2005年1月12日、14:45 UTCから23:05 UTCにかけて、水星が火星を通過する現象が観測された。理論的には、スピリットとオポチュニティの両方が観測できたはずであるが、カメラの解像度では水星の6.1インチ角直径を観測することはできなかった。両機ともデイモスの太陽面通過を観測できたが、ダイモスの角直径は2'で、水星の6.1インチ角直径の約20倍である。JPLホライゾンズが作成したエフェメリスデータによると、オポチュニティは通過開始から19:23 UTC（地球時間）の日没まで観測できたはずである。一方、スピリットは19:38 UTC（地球時間）の日の出から通過終了まで観測できたはずである。[ 58 ]

機器の摩耗と故障

両ローバーは当初のミッションタイムである90ソルをはるかに超えてミッションを終えました。地表での滞在時間が延長され、部品への負担が増大したため、いくつかの問題が発生しました。[ 29 ]

2006年3月13日(ソル778)、火星上で7km(4.2マイル)を移動した後、右前輪が動かなくなった[ 59 ]。技術者らは回転軸を引きずりながら探査車を後進させ始めた。これにより運転技術は変化したが、この引きずり効果は探査車が移動する際に地表の土壌を部分的に除去する有効な手段となり、通常ではアクセスできない場所の撮影が可能になった。しかし、2009年12月中旬、技術者らを驚かせたのは、ソル2113のホイールテストで右前輪がわずかに動き、ソル2117の4回のホイールテストのうち3回では明らかに通常の抵抗で回転したが、4回目で停止したということである。2009年11月29日(ソル2098)には右後輪も停止し、残りのミッション期間中は動作不能な状態が続いた。

科学機器も、火星の厳しい環境にさらされ、ミッション計画者の想定をはるかに超える長期間使用された結果、劣化が進んだ。岩石研磨ツールの樹脂研磨面のダイヤモンドは時間の経過とともに摩耗し、その後は対象物をこすりつけることしかできなくなった。[ 60 ]その他の科学機器と工学カメラはすべて通信が途絶えるまで機能し続けたが、スピリットの寿命の終わりに近づくと、MIMOS IIメスバウアー分光計は、半減期が271日のコバルト-57ガンマ線源の崩壊により、結果が出るまでにミッション初期よりも大幅に長い時間を要した。

遺産と栄誉

火星探査におけるスピリットの多大な貢献を記念して、小惑星37452はスピリットにちなんで名付けられました。[ 61 ]この名前は、1960年9月24日にコルネリス・ヨハネス・ファン・ハウテンとトム・ゲーレルスとともに小惑星を発見した イングリッド・ファン・ハウテン＝グローネフェルトによって提案されました。

ローバーに敬意を表して、JPLチームはオポチュニティローバーが探査したエンデバークレーター付近の地域を「スピリットポイント」と名付けました。[ 62 ]

2022年のドキュメンタリー映画『グッドナイト・オッピー』は、オポチュニティとスピリット、そして彼らの長期にわたるミッションを描いており、ライアン・ホワイトが監督し、JPLとインダストリアル・ライト＆マジックの支援を受けた。[ 63 ]

ローバーは複数のカメラで写真を撮影できましたが、異なるカラーフィルターでシーンを撮影できるのはPanCamカメラだけでした。パノラマ画像は通常、PanCamの画像から作成されました。スピリットは生涯で128,224枚の写真を転送しました。[ 64 ]

ミズーラクレーター（Sol 105、2004年4月19日）
「ラリーズ・ルックアウト」から撮影されたカラーパノラマ写真。左端は「テネシー渓谷」、右は探査車の軌跡です。
スピリット着陸地点から見たアポロヒルズのパノラマ写真（注釈付き）

参照

参考文献

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