導入
エアロロボットは、探査中の惑星の大気中に運ばれてデータを収集するように設計された惑星探査機の一種です。
1960 年という早い時期に、月や太陽系の他の惑星の探査を目的とした月面探査機の開発が開始されたとき、これらの機械は著しく制限される特性を示しました。それらは高価で、自律性が限られており、惑星間の距離で無線で命令を送信するには時間がかかるため、損傷の危険を冒さないように十分な知能が必要でした。
大気のある惑星の場合、その組成が何であれ、代替手段があります。自律飛行ロボットです。ほとんどのエアロロボットはエアロスタットであり、主に気球ですが、飛行船の場合もあります。風に押されて障害物の上を飛行することで、気球は比較的低コストで広大なエリアを詳細に探索できます。惑星探査では飛行機の利用も検討されています。
気球の概要
気球を使って他の惑星を探索するのは奇妙に思えるかもしれませんが、惑星探索には多くの利点があります。風船は重量も軽く、コストも安い。気球は広範囲の地形をカバーでき、その飛行高度により衛星よりもはるかに詳細な情報を取得できます。探査ミッションの文脈では、探査ミッションを指揮できないことは一般に小さな制約です。
惑星探査に使用される気球の研究により、いくつかの独自の概念が生まれました。
その一つが太陽赤外線熱気球です。これは、外皮が太陽光や惑星の表面からの反射光を捉える素材で作られた熱気球です。黒は熱を吸収するのに最適な色ですが、他の要因が影響し、ケースの色が異なる場合があります。太陽熱気球には惑星探査にとっていくつかの利点があり、ガス気球よりも実装が簡単で、膨張のためのガスの予備を必ずしも必要とせず、さらに小さな漏れにも耐えることができます。一方で、日中しか使用できないというデメリットもあります。
もう 1 つの概念は、「可逆流体」バルーンです。このバルーンは、蒸発しやすい液体が入ったリザーバーに接続されたエンベロープで構成されています。したがって、流体が蒸発するとバルーンは上昇し、ガスが流体に再凝縮すると下降します。このシステムを実現するにはいくつかの方法がありますが、それらはすべて同じ原理に従います。
惑星探査用に設計された気球には、測定機器、エネルギー源、制御および通信システムが含まれた小さなポッドが搭載されています。重量を考慮して、通信機器はエネルギーを節約するために低電力となり、高高度を周回する宇宙探査機が中継器として機能します。
太陽熱気球は夜間に着陸し、バスケットにガイドロープが取り付けられており、地面に巻きつけて気球を一晩固定します。ロープが地面に引っかかるのを防ぐために、ロープは摩擦係数が非常に低い素材で作られている必要があります。
ナセルとガイド ロープ システムの代わりに、気球は、これら 2 つの要素を単独で置き換える、一種の太い「ヘビ」を運ぶことができます。この構成は、直接表面測定を行う場合に興味深いものです。
気球を特定の場所に固定して大気観測を行うこともできます。
惑星探査における気球の使用で最も複雑な側面は、実装段階です。通常、気球は円錐形の熱シールドで保護された殻に囲まれて惑星の大気圏に突入します。大気圏に突入した後、パラシュートが船体から気球を引き抜き、さらに落下します。その後、バルーンが展開して膨張します。
一旦運用が開始されると、エアロロボットは地球からの一般的な命令をいくつか受け取るだけで、非常に自律的にその使命を遂行します。エアロロボットは、三次元での航行方法、科学データの収集と記憶方法、高度を変化させて自身の飛行を制御する方法、さらには近接観察を行うために特定の場所に着陸する方法を知っていなければなりません。
Vegaプログラムの風船
最初の惑星気球ミッションは、これまでのところ唯一のものであり、1985 年にソビエト科学アカデミー宇宙研究所とフランス国立宇宙研究センター (CNES) の協力のもとで実施されました。地球の気象観測気球と外観がよく似たこの小さな気球は、1984 年に送られたベガ計画のソ連の宇宙探査機に搭載されていました。
最初の気球は 1985 年 6 月 11 日に金星の大気圏に突入し、続いて 6 月 15 日に 2 番目の気球が金星に突入しました。最初の気球は 56分後に失敗しましたが、2 番目の気球は電池が切れるまで地球の 2 日弱の間動作し続けました。
Véga 計画の気球のアイデアは、CNES の科学技術ディレクターであり、惑星気球探査の父であるジャック ブラモン氏から来ました。彼は自分のプロジェクトを精力的に守り、なんとか国際資金を集めました
ベガ探査機の科学的成果は最終的には控えめなものでしたが、この経験は惑星探査の文脈における気球の本当の興味を実証しました。
エアロロボットと火星探査
金星に向かうベガ計画の気球が成功した後、ジャック・ブラモンは火星へのより野心的なミッションに専念しました。この気球はソ連の宇宙探査機によって運ばれる予定だ。
火星の大気圧は地球の約 150 分の 1 です。このような薄い大気では、体積5,000 ～ 10,000 m3の気球はペイロード20 kgしか運ぶことができません。 200 kg を取り除くには100,000 m3 の風船を考慮する必要があります。
ブラモント氏はすでに、太陽熱気球に関する数多くの実験を行っており、1970 年代の終わりから 1990 年代の初めにかけて 30 回以上の飛行を行っています。気球は、大気が寒く希薄な高度35 kmで飛行しました。火星に滞在し、そのうちの1人は69日間空中で過ごし、地球を2周しました。
火星の初期の気球研究では、水素またはヘリウムを充填した防水気球を太陽熱気球に取り付けた「二重気球」システムが構想されています。軽量ガス気球は、夜間に気球を飛行し続けることを目的としています。日中は太陽の熱により熱気球が加熱され、システム全体が高度を上げます。
最終的に、研究者らは、アルミニウム処理された PET フィルムで作られた、容積5,500 m3の円筒形のヘリウム風船を選択しました。気球は日中の暑さの中で高度を上げ、夜の涼しさとともに降下するはずです。
気球の総質量は、 15 kg のゴンドラと13.5 kg の計器類を支えるガイド ロープを含めて65 kgです。気球は 10 日間動作できるはずです。残念なことに、気球とその周囲のシステムについてかなりの研究が行われてきたにもかかわらず、ロシアは財政難のため、探査機の派遣を1992年から1994年、そして1996年に延期した。それでもコストの理由から、気球は最終的には部品に含まれなかった。結局、探査機は 1996 年の打ち上げ時に紛失しました。
