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◆ ホーム >> 最新宇宙ニュース:2003年 >> 5年にわたる苦闘を越えて─日本初の惑星探査機「のぞみ」が遺したもの─

1998年7月に地球を後にし、5年余にわたって27万人の人々の名前とともに太陽系空間を旅した「のぞみ」は、チームの健闘もむなしく、2003年12月9日(火)午後8時30分の時点で不具合の箇所を修復することができなかったことを確認し、火星周回軌道への投入を断念せざるを得なくなった。そこで、同日午後8時45分から9時23分まで、火星への衝突確率を下げるための軌道変更のコマンドを打った。その結果「のぞみ」は、12月14日に火星の表面から約1000キロメートルのところを通過し、12月16日には火星の重力圏を脱出して、再び太陽を中心とする軌道上の旅を続けることになった。

この5年間、日本で初めての惑星探査機にふさわしく、さまざまな困難に遭遇しながら、チームの知恵と頑張りで数々の難関を乗り越えてきた「のぞみ」は、今一歩のところで及ばなかったものの、日本の惑星探査に大きな足跡を残した。

「のぞみ」の遺した成果を、冷めないうちに思い出しておこう。

1 工学上の成果

地球の重力圏を脱して惑星間空間に出た日本の探査機は、これまでに四機ある。最初は1985年に打ち上げたハレー彗星探査機「さきがけ」「すいせい」である。そして「のぞみ」。最新は、2003年5月に旅立った小惑星探査機「はやぶさ」である。惑星そのものをターゲットにしたのは、「のぞみ」だけである。

限られた人員と予算、厳しいスケジュールという制約のもとで、惑星探査という未知の課題に挑戦することは、無上の楽しみでもあり、また最終的には軌道上で確認・実証しなければならない数々の技術があった。

まずミッション解析。多くの条件に縛られながら無数の工学技術を総合的にトレードオフして、最大の成果を狙う最適のシナリオを作成する仕事は、「のぞみ」の経験によって一段と強化された。

そして月や地球などの天体を使ったスウィングバイ技術を核とする軌道設計技術も、1990年打上げの「ひてん」の経験に加えて、しっかりとした技術的基礎を確立することができた。この「軌道・ミッション」チームが、1998年の地球スウィングバイに伴って生じた燃料不足という不具合に当たって、新たな軌道計画、ミッション計画を年末年始返上で探し出した際に示した英雄的な献身と優れた頭脳は、日本の宇宙科学陣をどんなに勇気づけたことか(図1)。


図1 「のぞみ」チームが1998年暮れから1999年初めにかけて見つけた新しい軌道計画

次に軌道を精密に決定する技術。地上から発した電波と探査機からの返答を用いて、視線方向の距離、速度データを収集し、精密な力学モデルによって深宇宙探査機の軌道を精密に決定する技術において、確実な技術を身につけ習練を積んだ。

自律化技術。探査機までの距離は遠い。時には電波で十分以上もかかる距離にいる探査機と会話しなければならない場合もある。だからできるだけ探査機には、搭載したコンピューターによって自律的に判断ができるよう工夫する知能化の技術を大幅に適用しなければならない。この目的を一定程度達成できた「のぞみ」の経験は、「はやぶさ」に至って、非常に高度な自律性を持たせる技術として存分に生かされた。

最大2億5000万キロメートルにもおよぶ超遠距離の通信を実現するための通信機器技術と運用技術において、多くの実践経験を積み上げることができた。長野県臼田町にある直径64メートルの巨大アンテナの運用は、いまや磐石である。

搭載機器の軽量化においても大きな成果があった。惑星探査機は、地球周回衛星に比べて格段に大きな打上げエネルギーが必要なので、エレクトロニクス、電池、アンテナ、太陽電池、推進系を含む全ての搭載機器を極度に軽量化する技術が要求される。設計技術には常に反省すべきところは多いが、「のぞみ」では厳しい軽量化を見事に乗り越えた。

図らずも長期の巡航フェーズを含むことになり、複雑な制約条件下で安全な運用を続けることになった「のぞみ」では、地上支援のために必要なソフトウエアを大いに人工知能化しなければならなかった。この経験から多くの貴重な教訓がもたらされた。

2 科学観測

「のぞみ」は、合計15の観測手段を持ち、待機していた太陽中心軌道において多くの科学観測を成し遂げた。

火星撮像カメラは、一般に好評だった「地球と月のツー・ショット」(図2)や日本としては初めての月の裏側撮影に成功した(図3)。



図2 「のぞみ」がとらえた地球と月
(1998年7月18日)


図3 地球/月スイングバイの際に
日本で初めて月の裏側を撮像(1998年9月24日)


紫外線撮像分光計は、惑星間空間の水素ライマン・アルファ光を測定した。太陽から出てくるライマン・アルファ光は、惑星間空間に漂っている中性の水素原子によって散乱され、惑星間空間を光らせる。それはまるで、地球を包む空気の粒子が太陽の光を散乱して美しい青空を演出している事実を連想させる(図4)。この水素はどこから来るのだろうか。その源は「星間風」と呼ばれる銀河系の中の物質の流れである。だから、ライマン・アルファ光の分布図で明るく見えているのは、星間風が吹いてくる方向(上流)ということになる。水素は軽いために太陽からの光の圧力により跳ね返され木星軌道付近よりも内側には入って来ることができない。このため、星間風が吹いてくるのと反対の方向は、ライマン・アルファ光で見ると暗く見える事になる。「のぞみ」は、この惑星間空間の水素ライマン・アルファ光の強度分布を観測し、星間風がどの方向からどのくらい入ってくるのかを観測したのである。


図4 紫外光撮像器による星間風の観測


図5 極端紫外光撮像器による地球プラズマ圏の初画像

地球の電離圏からは常に電荷を帯びた粒子(プラズマ)が流れ出している。プラズマは、磁場によって地球の周りに捕えられていて、その磁場に大きな乱れが生じない限り、宇宙空間には逃げ出せない。電離圏起源の冷たいプラズマは、平均的には赤道面上で地球の半径の4倍くらいの高度を通過する磁力線の内側に閉じこめられていると考えられてきた。捕えられたプラズマの90%は水素イオンであり、残りはほとんどヘリウム・イオンである。このヘリウム・イオンは、太陽が放射した極端紫外線を散乱する。「のぞみ」の極端紫外望遠鏡が、この散乱光を捕えることによって、世界で初めてこの領域を外側から見ることに成功した(図5)。「のぞみ」の観測により、この領域からは想像以上にヘリウム・イオンが外側に流れ出していることが明らかになった。

ダストカウンターは恒星間ダストを検出した(図6)。高エネルギー粒子計測器の太陽フレアの観測、電子エネルギー分析器による月ウェイクの観測、イオンエネルギー分析器の星間風の観測も行った。イオン質量分析器と磁場計測器は地球から遠く離れた観測点として太陽風の貴重な長期モニターとなった。Xバンドを用いた電波科学観測による太陽近傍ガスの詳細観測なども加え、多くの成果をリストアップできる。


図6 火星ダストカウンターによる恒星間ダストの検出

残念ながら活躍の舞台に一度も上れなかった観測機器の担当者のことを考えると断腸の思いに駆られるが、27万人の人々の尊い願いに支えられながらたどり着いた2003年12月の土壇場での、「のぞみ」チームの最後の死闘と、全国・全世界から寄せられた熱い声援を、私は生涯忘れることはないであろう。(2003/12/15)

宇宙航空研究開発機構 的川泰宣

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