エンジニアは、NASA の最古の火星探査機の推進剤残量に目を光らせています

マーズオデッセイの推進剤残量を推定する方法は、ヒーターでタンクを温めて温度上昇の速さで空具合を判定する。ヒーターが各所に配置されているためタンク以外のヒーターも通常から外して制御しないとタンクを早く温めてしまう。以下、機械翻訳。
エンジニアは、NASA の最古の火星探査機の燃料供給に目を光らせています
NASA の 2001 年マーズ オデッセイ オービターのアーティストのコンセプト
NASA の 2001年マーズ オデッセイ オービターがこの図に描かれています。ミッション チームは 2021年の大部分をオービターに残っている推進剤の量の評価に費やし、少なくとも 2025年まで活動を続けるのに十分な量があると結論付けました。
クレジット: NASA/JPL-Caltech
燃料ゲージのない数十年前の宇宙船であるオデッセイの燃料残量を測定するのは簡単なことではありません。

NASA が 2001マーズ オデッセイ オービターを火星に打ち上げてから約 22年、この周回機は 94,000回以上火星を周回しました。これは約22億 1000万キロメートル に相当し、宇宙船の燃料供給を非常に慎重に管理する必要のある距離です。オデッセイには燃料ゲージがないことを考えると、この偉業はさらに印象的です。エンジニアは代わりに数学に頼らなければなりませんでした。

彼らの研究は、オデッセイが科学的遺産を構築するのに役立ちました。宇宙船は、火星の表面全体の鉱物をマッピングし、科学者が火星の歴史をよりよく理解できるようにしました。オデッセイは、将来の宇宙飛行士が利用できる可能性のある氷床を発見しました。同じ宇宙飛行士に害を及ぼす可能性のある放射線が研究されています。そして、今後のミッションのための潜在的な着陸地点を偵察しています。また、オデッセイは、NASA のローバーと着陸船から地球にデータを中継するオービターの小さなコンステレーションの 1つでもあります(現在までに約 150 ギガバイトで、現在も増え続けています)。

しかし、昨年、オデッセイはガスが不足しているように見えました.計算では、ヒドラジン燃料が予想よりもはるかに少ないことが示されました.


20年以上にわたり、NASA のマーズ オデッセイ オービターは火星の表面を研究してきました。2006年、ミッションの熱放射画像システム装置は、バンジ クレーターと呼ばれる場所の床を横切って忍び寄る砂丘のこの画像をキャプチャしました。
クレジット: NASA/JPL-Caltech/ASU
オデッセイは 2001年に打ち上げられ、約 225.3 キログラム のヒドラジン推進剤が使用されました。燃料ゲージがないため、エンジニアはさまざまな方法を使用して、宇宙船が時間の経過とともに消費したヒドラジンの量を推測しました。オデッセイの燃料を測定する 1つの方法は、探査機の 2つの推進剤タンクに熱を加え、特定の温度に達するまでにかかる時間を観察することです。ティーポットと同様に、ほぼ空の燃料タンクは満タンよりも速く加熱されます。

実際、これは 2021年夏にオデッセイで行われた燃料の見積もりで発生したように見えたものです。計算によると、約 5キログラム の推進剤が利用可能であり、ミッションのモデルが予測したよりも少ないことが示されました。2022年 1月の別の見積もりでは、ヒドラジンは 2.8キログラム しか残っていませんでした。

数値が正確であれば、オデッセイは 1年以内に空の状態で稼働することになります。探査機に漏れなどの何らかの障害が発生したか、チームの測定値に異常があったかのいずれかです。

何ヶ月にもわたるテストと徹底的な調査が続きました。「失われた」燃料の謎を研究した後、ミッション エンジニアは、老朽化した宇宙船の複雑な燃料システムが飛行中にどのように動作するかについて新しいことを学びました。彼らの結論は、オービターは少なくとも 2025年末までは十分に使えるはずだということです。

オデッセイがヒドラジンを使用する方法

オデッセイは、特定の日に多くのヒドラジンを必要としません. ソーラー パネルがシステムに電力を供給し、戦略的に配置された 3つのリアクション ホイールが、オービターが科学機器を火星の表面に向けるのを助けます。リアクション ホイールが宇宙船バスまたは本体内で回転すると、オデッセイを反対方向に動かすトルクが発生します。

「これらのリアクション ホイールは、宇宙船の方向を維持するために連携する必要があります」と、オデッセイのミッション マネージャーであり、南カリフォルニアにある NASA のジェット推進研究所の Jared Call 氏は述べています。「しかし、オデッセイは軌道ごとに完全なループを完了するため、増加する勢いを取り除く方法が必要です。」

そこで、オデッセイのヒドラジンの出番です。宇宙船のスラスターは、リアクション ホイールの構築する勢いに対抗するために、この推進剤を計算された小さなバーストで放出します。


NASA の 2001 年火星オデッセイ オービターを、NASA のEyes on the Solar System 3D 視覚化ツールで探索します。クレジット: NASA/JPL-Caltech

チームワーク

そのため、チームの計算で推進剤の供給が予想よりも少ないことが示されたとき、JPL のエンジニアはロッキード マーチン スペースのエンジニアと協力するようになりました。ロッキード マーチン スペースはオデッセイを建造し、ミッション運用を維持し、宇宙船のエンジニアリング サポートを提供しています。

「まず、宇宙船に問題がないことを確認する必要がありました」と、JPL でオデッセイのプロジェクト マネージャーを務めるジョセフ ハント氏は述べています。「漏れの可能性や推定よりも多くの燃料を燃焼させた可能性を除外した後、測定プロセスを検討し始めました。」

チームは、状況を評価するために新鮮な目が必要であることに同意しました。彼らは、宇宙船推進剤の見積もりを専門とする外部コンサルタントのボリス・イェンドラーを連れてきました。

すべての宇宙船と同様に、オデッセイはヒーターに依存して、燃料タンクを含むさまざまな部品を宇宙の寒さで機能させます。イェンドラーは、宇宙船の他のソースから推進剤に熱が加えられ、燃料の測定を複雑にしているのだろうかと疑問に思いました。多くの実験の後、チームはそれが事実であることを確認しました.タンクを接続する燃料ラインに沿ったヒーターが予想よりも速くそれらを温めていたため、タンクがほとんど空であるかのように見えました.

「私たちの測定方法は問題ありませんでした。問題は、オデッセイで発生する流体力学が私たちが思っていたよりも複雑であることでした」とコールは言いました。

チームは、計算でどれだけの熱が考慮されていないかを突き止めた後、オデッセイには約 4キログラム のヒドラジンが残っていると結論付けました。ミッションをあと数年続けるには十分です。チームが測定値を改善し、精度を向上させるために作業するにつれて、この数は変わる可能性がありますが、チームは宇宙船をよりよく理解したので、安心して休むことができます.

「これは、科学的発見のプロセスに少し似ています」と Call は言いました。「何が見つかるか分からない工学システムを探索します。そして、長く見れば見るほど、予想もしていなかったことに気づくでしょう。」
最終更新日: 2023年 3月 16日
タグ: ジェット推進研究所 ,火星 火星オデッセイ