The Planetary Society of Japan

サンプル・リターン・ミッションは、火星探査の最も重要なステップとなる。注意深く採取サンプルを調べる設備の整った地球上の研究室なしでは、この科学探査の作業は先ず完結しない。サンプル・リターンを実現させるために、ローバーに土と岩石のサンプルを収集させ、小型上昇機に積み込ませる。この上昇機は火星の軌道で母船と遭遇し、サンプルは地球へもたらされる。
 

「火星が呼んでいる。」とは、カール・セーガンがよく使った台詞であった。地球以外で酸素と水のある唯一の惑星、地球以外の生命が存在したことを思わせる（まだ証明されていないが）唯一の惑星である火星は、未来の有人探査の惑星としてユニークな人間の未来の探査地として我々を招いている。惑星探査の目標としての火星には、当面2年ごとに2回のミッションの打ち上げを前提とすることが、米特別委員会が策定した宇宙政策の中に明示されている。

過去の火星は、（現在）より温暖かつ湿潤であった。おそらく生命が初めて誕生した頃の地球と似たような環境だったであろう。現在と異なる困難な環境下でも生存し続けた地球生命が発見された事実から、火星の生命体は全く不毛と思われる地表ではなく、地表下で生存していた可能性を示唆している。過去に生命が生存した可能性に加え、火星は地球以外の天体で、人類の未来のために生命の種をまくのに最も相応しい場所のように思われる。過去にも未来においても共通するこの生命（を育む）という特別の役割が、我々を火星へと駆り立てるのである。

火星探査に対応しているのはアメリカだけではない。日本やロシアと同じくヨーロッパ諸国、特にフランスは、火星を宇宙探査の最優先課題にしてきた。拙文を会員諸兄が読んでいる現在も、火星で活動しているオービターが1機あり、探査機が3機火星途上にあり、2001年と2003年の火星ミッションのために、探査機が４機が開発中である。更に来るべき10年間に、火星の岩のサンプルを収集して地球に持ち返る国際共同プロジェクトの火星サンプル・リターン・ ミッションがある。様々な国が火星探査に関わることを、政策的に国際的なコミットメントとしている事実は、世界の人々の火星に対する熱烈な思いの反映であることは疑問の余地がない。

マーズ・パスファインダーが1997年7月4日、火星に着陸した時、世界中の何千万人という人々は、ソジャーナーと名付けられたミニ・ローバーが着陸地点周囲の探査という任務を果たすべく活動する姿を畏敬の念を以って見つめた。更に、マーズ・グローバル・サーベイヤーが火星に到着し、軌道から前例のない高解像度で火星表面の画像の撮影を開始した。

今年末には、NASAの新千年紀計画によって打ち上げられる、２基のペネトレーター（ディープ・スペース）を搭載したしたマーズ・ポーラーランダーが南極の極冠縁の初の詳細な画像を見せてくれるであろう。一方、マーズ・クライメート・オービターは、火星全域における大気の流体力学を調査する。2001年には、オービターとランダー（マリー・キューリーという名前のミニ・ローバーを搭載するとも）が組み合わされたミッションが火星に到着し、新しい地域の探査を続けるであろう。2001年には、更に別のマーズ・サーベイヤー・オービター（1992年打ち上げ）が、失敗に終わったマーズ・オービター・ミッションで計画された一連の実験を完了するであろう。
 

火星探査計画

水が簡単に入手できるかどうかが、将来火星に人間が定着できるかどうかの鍵を握っている。現在は乾燥した不毛の地表には、かつて火星に液体の水が流れていたことを強く暗示する地形が存在する。探査機マーズ・グローバル・サーベイヤーが撮ったこの古い衝突クレーターの内壁と底の画像には、水が存在する興味深い証拠が見られる。V字形をしたクレーターのくぼみは、地下からしみ出た水により形成されたように見える。クレーターの底の平らな黒っぽい地表は、かつての水が溜まっていた池の名残であろう。

1996年から2001年までのミッションは、火星を包括的に探査して地球へサンプルを持ち返るアメリカ、フランス、イタリア、ヨーロッパ宇宙機関（ESA）、およびおそらく他の国々も参加して行われる大掛りな国際火星ミッションの第一歩に過ぎない。我々は、21世紀当初のミッションは、ロボットの運用による火星の恒久的な前哨基地（建設）と有人探査のための基礎を構築するためのものになるだろうと考えている－詳細な計画は間もなく始められるであろう。

一方、野心的な火星探査の総合計画が、科学者、技術者、エンジニア及び教育者で構成される国際的グループ、マーズ・アーキテクチュア・チーム（MAT）によって起案された。1998年の夏、MATはこの計画を作成し、NASA、CNES（フランス宇宙機関）、ASI（イタリア宇宙機関）、ESA（ヨーロッパ宇宙機関）他数多くの科学審議機構に提示した。

提案された計画の内容は、過去及びおそらく現在も生命体が生存する惑星としての火星環境について、更に我々の理解促進することになるであろう。生命の問題は火星探査を推進する最高の動力源であり、火星生命の探索というテーマが、我々自身をその困難な仕事に立ち向かわせる力となるのである。火星生命の探索は、火星の地質及び気候環境の進化に関する知識を必要とする。もし生命探索が火星探査の最大の推進力であるとするならば、水の探査は我々が避けて通れない道である。

我々が知る限り、水は生命を育むための必要条件であり、惑星の水の進化をたどることは、その惑星の気候の推移を明らかにし、水の供給源の想定を可能にする。火星に関しては、我々は地下水を探さなくてはならないであろう。更に、多数の地点を調査しなくてはならないだろうし、機器をつかって地表や地表下のいろいろな場所のサンプルを採取して地球に持ち返ると共に、現地調査もしなくてはならないだろう。火星の秘密は、20年以前に探査機バイキングが発見したあの酸化した埃の層の下に埋もれているかもしれない。
 

サンプル・リターン

アメリカやロシアの科学アカデミーは、火星のサンプルを地球に持ち返る所謂サンプル・リターン計画を、火星の地質過程の理解と火星生命の生存を解明するために必要なステップとして肯定している。地球上で使われる精巧な分析機器は、火星へ運べる他のどの機器よりも数十年も先に進んでいる。南極で発見された火星隕石の極小化石の分析で明らかになったように、火星生命の痕跡を検出しそれを生命と判定することは、仮に地球の高等研究室で行われるにしても、それは非常に難しく、確たる証拠と判定するための技術が必要である。

サンプルリターンの作業の多くは、採取した火星のサンプルを封じ込めて安全に保存するシステムの開発にかかわりがある。我々は、サンプルから生命のしるしを探すことができるよう、（殺菌されない）純粋のサンプルを持ちかえりたいのである。そしてそれが見つかった場合、完璧な保管システムが必要になる。持ち帰った火星のサンプルを地球の汚染から守ることと、ごく僅かながら火星のサンプルによる地球の汚染を防ぐことは、サンプル・リターン・ミッションでは、最優先で考えなくてはならないことである。

マーズ・アーキテクチュア・チーム（MAT）が提示する火星探査は、2003年に精巧なローバーを搭載したランダーの打ち上げで始まる。このローバーは、1km2の場所を注意深く調べた上でサンプルを採取する。アテナという名前の重量 70kg のロバー（パスファインダーに搭載されたソジャナーは 10kg）は、コーネル大学のスティーブ・スクワイアーが率いる国際的科学者で構成されるチームとジェット推進研究所が共同で開発する。このローバーは、およそ 500g のサンプルをランダーに運び込む。運び込まれたサンプルは、それらはこのランダーを発射台として飛び立つ上昇機のマーズ・アセント・ビークル（MAV）と呼ばれる小型ロケットに積み込まれる。ローバーが活動している間、イタリア宇宙機関が開発したランダーに取り付けられたドリルが、火星の酸化土壌層の下に達する深さと思われる地表下 1～3m からサンプルを採取する。数ヵ月間のサンプリングの後、マーズ・アセント・ビークルはサンプルを封入した容器を火星軌道に打ち上げる。このキャニスターは、火星の軌道を周回しているマーズ・サーベイヤー2001オービターとESAのマーズ・エクスプローラー・オービターが追跡している。
 

経費節減の技術

サンプル・リターンの最終段階―オービターと地球帰還機による回収―に向けてサンプル容器を火星の軌道まで運ぶ乗せるために単純な無誘導上昇機（MAV）を使うことは、MATが採用した新しい考え方の一つである。MAVは、誘導システムのない単純な固体燃料ロケットで、ほぼ軌道の高度まで航行するだけの能力しかない。サンプル容器の回収作業は、このミッションのために考案された高性能のオービターの役割である。

2005年、同じタイプのアメリカのランダー、ローバー及びMAVとフランスのオービターがアーリアン5型ロケットに搭載されて打ち上げられる。これは米仏共同のサンプル・リターン計画で、フランスにとっては大規模な惑星探査に参画する初めての機会である。ランダーは火星の新しい地域を探索し、2つ目のサンプル容器をを火星軌道に乗せる。フランスのオービターは、2つのサンプル容器と相次いで遭遇し捕捉して、アメリカの地球帰還機に運び入れる。そして2008年に、帰還機が地球にサンプルを持ちかえる。オービターと異なる軌道上の2つの容器との遭遇を実現させる方法は、現在研究中である。2008年まで、サンプルは地球に戻ってこない。何故ならば、火星と地球間の位置関係のため、帰還飛行に都合の良い状態になるまでにはおよそ1年間必要だからである。地球と火星との往復飛行には2～3年かかる。

2005年のミッションにおける技術上の問題点の一つに、フランスのオービターの速度を下げて火星の周回軌道に遷移させるために、どのようにして空気（の抵抗を）捕らえるかである。熱シールドを装備したオービターは、火星軌道に乗るために逆推進ロケットを蒸かすよりよりむしろ大気の抗力を利用して、高度と姿勢を制御してで大気に突入する。著しく重量の低い装置を使いこなせる技術は、未来の大規模なロボットの前進基地と有人ミッションの展開に不可欠である。

サンプル・リターン・ミッションにおけるランダーには、推進薬を現地生産するための多くの技術と科学実験を行なうことになる。火星の大気や土の中にある資源から推進薬を作ることは、有人探査の鍵となる技術である（プラネタリーレポート1991年1・2月号）。現地で推進薬を作ることは、地球に戻るための推進薬を運ぶ必要をなくし、宇宙船の重量を減らすことが出来る。これは、未来のの有人ミッションのコストの削減につながる。現地での推進薬の製造に重要な技術実験機器は、マーズ・サーベイヤー2001ミッションに搭載されて打ち上げられる。この計画は、議会により削除されることになったが、惑星協会が行った強力な復活キャンペーンが功を奏し昨年議会で正式に承認された。惑星協会の尽力に感謝したい。
 

国際協力によるマイクロ・ミッション（低コストミッション）

マーズ・サンプル・リターン・ミッションが、世界の科学界の強い支持を得ているは素晴らしいことであるが、この他に科学と探査に関する重要な研究がある。特定の探査目的に絞られたマイクロ・ミッションと呼ばれる、新しいタイプの非常に低コストの火星探査のことである。

このマイクロ・ミッションは、衛星を地球の高軌道に運ぶためにアーリンアン5型ロケットかアメリカの打ち上げロケットに搭載されて運ばれる。軌道に達すると、小型推進装置と月のスウイングバイを利用して火星の軌道に到達する。数々のマイクロ・ミッション（探査機の重量がほぼ 200kg 以下）が計画されており、早ければ2003年には打ち上げられる。火星にランダー網を張り巡らすために、例えば、多数のディープ・スペース２型のペネトレーター・プローブの配備するアイディアや、ランダーの偵察用と科学的調査を行なうために火星を広範囲にわたり自由に飛行する気球かグライダーを使用するアイディアもある。

マイクロ・ミッションの別の利用法として可能なのは、火星の通信網の展開である。フランスやその他のヨーロッパ諸国は、火星に地震と気象の観測網設置を希望している。アーリアン５型ロケット打ち上げ能力を以ってすれば、こうした目的のプローブを2005年サンプル・リターン・ミッションに付加することも考えられる。フランスの参加とアーリアン・5型ロケットの使用することで、火星探査の実施能力は格段に向上するとは国際社会で認められている事実である。

イタリアは、土壌サンプル・ドリルの開発と2003年のサンプル・リターン・ミッション終了後に予定されているマーズ・エクスプレス・オービターとの通信機能の完成に協力している。ESA（ヨーロッパ宇宙機関）が主導するマーズ・エクスプレスには、アメリカとイタリアが共同製作になるレーダー・サウンダーが搭載されていて、火星の地表数km 下にある水の痕跡を探査する。マーズ・エクスプレスには、製作資金の目途が立てば、英国で開発されるランダーも搭載されるであろう。

日本には、2003年12月に火星に到着するオービターの「のぞみ」に続く計画はない。しかし、日本は惑星探査に積極的であり、多くは、「のぞみ」と今年末に打ち上げ予定の「ルナA」の成果如何にかかっている。ロシアは、火星ミッションの復活を望んでいる。ロシア科学アカデミーとロシア宇宙機構は、最近、2005年を期限とするフォボスのサンプル・リターンの研究を承認した。ロシアの探査計画の帰趨は、国家経済の回復と科学事業への資金供給如何であることは間違いない。
 

火星探査と交信

マーズ・アーキテクチャー・チームの提案にみられるように、2003年と2005年のサンプル・リターン・ミッションを、2007年と2009年にも再現できるということは、2012年までには、異なる火星の4ヵ所からサンプルを採取することもできるし、その場所で詳細な調査することもできるということである。同チームの提案は、適切な現地調査を可能ならしめるために、数多くの場所に関するデータを知る必要性を力説している。

同チームはまた、火星の高高度軌道における2個の静止衛星と赤道近辺を周回する小型衛星による低軌道通信網の展開を提案している。この組み合わせは、ローバー、ランダー、気球、グライダー及びプローブなどの火星におけるいずれの通信基地からも、地球との毎秒1メガビットの連続交信を可能にする。この情報伝達ルートはインターネット、あるいは21世紀におけるインターネットにつながり、アクセスする人は誰でもほぼリアルタイム（火星と地球の時差は約10分）で画像をみることができる。つまり、地球・火星間を結ぶ初の惑星間インターネット網を作ることになるのである。

我々が火星軌道に送り込む衛星は、グローバル・ポジショニング・システムと呼ばれる火星全域を指向する通信装置の役割を果たし、数ｍから数 10m の精度で火星の表面もしくはその近辺の位置を表示する。来る10年の終わりまでに、火星のあらゆる場所を探査する。その結果、地球上の全ての家庭や学校で火星をバーチャル・リアリティで楽しむことができているかもしれない。バーチャル・リアリティは、人は何時火星に行けるのかという問題に結び付いていく。人はロボットによる探査で満足できるのか。インターネット上の火星サーフィングで満足できるのか。あるいは火星に宇宙飛行士を送って、人が住めるかどうか調査したいのか。近い将来、こうした問題に取り組むことになるであろう。
 

はじめて火星に達した人間に、太陽の陽があたる。2人の探査者ノクティス・ラビリントウスを探査する二人の探査者が見える。６ｋｍ下の底は雲に覆われている。巨大なマリナー渓谷を構成するこの峡谷は、有人探査の最初の目標となるだろう。こうした深い溝地形には、火星の過去を示す地質過程の歴史がみられるであろう。
 

マーズ・アーキテクチャー・チームの提案によれば、2012年までに、人間は火星の9ヵ所以上（バイキングの着陸地を数に入れて）を行き、そのうちの4ヵ所からサンプルを持ち帰る計画にになっている。遠隔通信と航行のインフラが整備され、1～2m の解像度で火星の何千キロ平米の区域を継続的に撮影するオービター、ローバー、あるいはおそらく気球かグライダーを整えることにより、火星における恒久的な前進基地の場所を選定するのに必要な情報を手に入れることができる。

この前進基地は有人探査のための基地としても考えられるし、あるいはロボットを配備して人間が定着するために必要な地下水の探索や必要な物資の生産と貯蔵を行なう基地としても考えられる。これらの前進基地に配備されるロボットは、アポロ計画のアームストロングや他の宇宙飛行士、ルイスやクラーク、コロンブス、マゼラン、マルコ・ポーロなどような、人類の活動領域を広げ、後続の探検家のための道を切開いた開いた先駆者と同等の役割を負うことになる。

国際宇宙ステーションが完成（2004年頃）すると、政治的にも社会的にも、次なる宇宙探査の目標が求められることになるであろう、我々の太陽系における生命の問題の一端を担う惑星である火星は、明らかにその目標のターゲットになるであろう。メディアや宇宙関連組織は、有人火星ミッションに対する一般の関心がかなり高いことを発表している。火星探査が次世代の有人探査構想として実施されることを前提に、マーズ・アーキテクチャー・チームの計画にはそのような「冒険」に必要な情報収集のステップが提示されている。

火星有人探査が２１世紀に実現することは先ず間違いない（21世紀の最初の15年で実現するのか、次の15年になるかはともかくとして）。有人探査は、今日の宇宙計画の範囲を凌駕する国際的資源の融通を必要とすることから、非常に困難な側面を孕んでいる。同時に、ミッションのコストを低めかつ安全性を高める技術、つまり現地資源を利用して探査の電力と推力を得るための技術や火星飛行飛を可能にするような技術が必要とされる。更に、チリ、放射線、風、土の毒性などの危険性を特定するために、火星の表面に関する多くの情報が必要とされる。そしておそらく最も重要なことでは、火星の生命探査に関して、何時、何処をどこを探索するのか、そしてもし非常に幸運にも生命を見つけたとしたらどう扱うべきかに関して更に多くを知る必要があるということである。アーキテクチャー・チームが提示した計画では、こうした必要性を満たす配慮がなされている。

人類初の月着陸やマーズ・パスファインダー・ミッションにおけるローバーの探査のように、火星の有人探査は人間の想像をかきたてる。有人探査は宇宙計画の存在理由そのものであり、火星は我々自身探しのための目的地である。以上、概説したマーズ・アーキテクチャー・チームの提案は、火星の有人探査を成功に導き、同時に、我々の地球上での生活に大きな便益を与えるような工学技術の開発と発展を促すであろう。例えば、電子機器の小型化、小型生物センサーの開発、自律性ロボット、高速通信、三次元の視覚化、高効率の深部掘搾技術などが考えられる。

新千年紀の最初の10年は、まさに惑星探査の10年になるであろう。火星に永久的な施設を設置するのに加えて、オービターを土星とエウロパに打ち上げ、未探査の冥王星を訪れ、彗星の核に着陸し、小惑星や彗星そしておそらく金星、水星、木星の衛星からもサンプルと持ちかえるのことができるであろう。我々は太陽系の至る所に恒久施設を設置し、人間の範囲を惑星まで広げたように、太陽系以遠の天体も地球に持ち返って来ることになるであろう。

チャールズ・エラキは、JPL（ジェット推進研究所）の宇宙・地球科学計画の総括者であり、同時にMars Architecture Teamを主宰している。ルイス・D・フリードマンは惑星協会の専務理事で、Mars Architecture Teamの会員である。
 

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