SLIMによる新たな挑戦【3選】: 月面探査機の高精度着陸技術と超小型ローバ

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slim 関心事

SLIMの月面着陸は、高精度なピンポイント技術を駆使し、月の表面での調査を新たな次元に引き上げました。

異常な状況にもかかわらず、SLIMは技術的な巧妙さと革新的な設計により、月面でのピンポイント着陸をしました。

本稿ではSLIMの探査機搭載技術やその成果に焦点を当て、未知の領域への探査と科学の進歩に対する新たな一歩に迫ります。

SLIMによる新たな挑戦【3選】

SLIM(Smart Lander for Investigating Moon)は、日本が開発した月面探査機、その目的。

SLIM(スリム)の月面へのピンポイント着陸の目的

月面の特定の地点に対して誤差100m以内という高精度な着陸技術を実証することです。
これまでの月着陸は数kmの誤差が発生していました。
それに対して、SLIMはその着陸精度を一気に10倍以上に高めることを目指しています。
このピンポイント着陸技術は、月の特定の地域での調査作業に必要な能力です。

  • クレーターの近くやクレーターの中心付近
  • 従来は着陸が困難だった場所
  • 月の内側から飛び出した岩石

ピンポイント着陸で本来なら深く掘削しないと観察できない岩石を観察し、研究することが可能になります。
これにより、月という星についてより深い理解が得られることを期待しています。
さらに、この技術は今後の資源探査で日本の強みとなると考えられています

着陸に必要な装置の軽量化

SLIM(スリム)は、月面への高精度着陸技術を実証するための小型探査機です。
そのために、探査機システムの軽量化が必要となります。
具体的には、以下のような技術が必要となります。

  • 軟着陸のためのシンプルな衝撃吸収機構
    月面への着陸時には、衝撃を吸収するための機構が必要です。
    これにより、探査機が月面に安全に着陸できます。
  • 小型・軽量で高品質な化学推進システム
    月面への着陸には、推進力を提供する化学推進システムが必要です。
    これを小型・軽量化することで、探査機全体の重量を抑えることができます。
  • 計算機や電源システムの軽量化
    探査機の運用には、計算機や電源システムが必要です。
    これらのシステムを軽量化することで、探査機全体の重量を抑えることができます。

これらの技術により、SLIMはドライ質量を約200kg程度に抑えることができました。
これにより、観測装置にリソースを配分が可能となり、将来の太陽系科学探査の要求に応えられます。
また、SLIMの成功は、月面探査におけるピンポイント着陸技術の実証にも寄与しています。
これは、月面探査における新たなステージへの一歩と言えるでしょう。

一つのタンクに燃料と酸化剤を入れる

SLIMの一つのタンクに燃料と酸化剤を入れるというのは、以下のような意味です。

  • 一つのタンクの場合は
    ロケットや探査機では、燃料と酸化剤は別々のタンクに保管されます。
    しかし、SLIMではこれらを一つのタンクに入れることで、装置の軽量化と省スペース化を図ります。
  • 燃料と酸化剤の場合は
    ロケットエンジンは、燃料と酸化剤を組み合わせて反応させることで推進力を得ます。
    燃料はエネルギーを提供し、酸化剤はその燃焼を助けます。
  • タンクが探査機のBODYを兼ねる場合
    一つのタンクに燃料と酸化剤を入れるます。
    こうすることで、タンク自体が探査機の本体(BODY)の一部を形成します。
    これにより、装置全体の軽量化とコンパクト化が可能となります。

以上の工夫により、SLIMは小型でありながら高精度な着陸を可能にし、観測装置の高度化を実現しています。

発泡アルミニウムの使用

衝撃吸収機構には小型かつ軽量であることが必要です。

力学的に等方性であること、エネルギーを蓄えず消費することが求められます。

この要求に応えるため、発泡アルミニウムの使用が考えられています。

冗長系をもたない

冗長系をもたないというのは、一般的には、予備のシステムや部品(バックアップ)を持たないという意味です。
たとえば、自動車には、スペアタイヤが有ります、それはタイヤがパンクした時の予備のタイヤです。
しかし、SLIMでは、このような予備のシステムや部品を積まずに、主要なシステムだけで運用します。
これは、探査機を軽量化し、コストを抑えるための工夫です。
何かが故障した場合は、その場で対応する方法が考えられています。

ピークパワー制御

ヒーターの上限をあらかじめ決めておき、その範囲におさまるように熱制御しています。
そうすることで全体のワット数を抑えて太陽電池パネルを小さく出来ます。
そうすると、バッテリーを減らすことができ、軽量化につながっています。
これらの工夫により、SLIMは小型でありながら高精度な着陸を可能にし、観測装置の高度化を実現しています

月の起源を探る

SLIMは、月の起源を探るために、月面のカンラン石の成分を調べることを目指しています。
カンラン石の成分は、月のマントルの成分を推定し、月の起源を探るための重要な手がかりとなります。
これらの目的を達成することで、SLIMは月面探査の新たなステージを切り開くことが期待されています。
それぞれの挑戦と成功は、我々が月探査の旅を続ける上での重要な一歩となります

月探査の歴史とその重要性についての簡単な説明。

月探査の歴史とその重要性については以下のようにまとめられます

月探査

月探査は、ソビエト連邦が宇宙探査機ルナ2号を1959年9月14日に打上、月の表面に衝突させ始まりました。
初の月の裏側の撮影は、ソビエト連邦の月探査機ルナ3号によって、1959年10月7日に初めて撮影されました。
人間を月面に着陸させることに成功したのは、NASAのアポロ計画で1969年のことでした。
月の裏側に探査機を着陸させるのに成功したのは、2018年末に打ち上げられた中国の「嫦娥4号」だけでした。

月探査の重要性

月は地球型惑星の中で小型端成分として位置づけられます。
その表面には固体天体の初期進化履歴をよく保存しています。

地球や金星ではこのような原始地殻がその後の活動によって消されてしまっています。
そのため、月は地球型惑星の初期進化過程を理解するための良い参照天体だと言えます。

月探査の始まり

月探査は、1959年9月14日にソビエト連邦が宇宙探査機ルナ2号を打上、月の表面に衝突させた時に始まりました。
月の裏側は、ソビエト連邦の月探査機ルナ3号によって、1959年10月7日に初めて撮影されました。

人類の月面着陸

1969年7月20日に行われたアメリカのアポロ11号のミッションでした。
このミッションで、船長ニール・アームストロングと月着陸船操縦士バズ・オルドリンが月面に降り立ちました。
アポロ11号の成功後、アポロ計画で合計6回、12人のアメリカの宇宙飛行士がの有人月面着陸を行いました。
しかし、その後の45年以上にわたり、人類が月面に足を踏み入れることはありませんでした。

月探査の重要性

月探査の重要性は主に以下の3つの点に大きく分けられます。

科学的知見の獲得
月の物理的な探査は、太陽系の起源を知ることにつながります。
それは、地球がどのように誕生したのかという、私たちが常に抱いている究極の疑問に答えることでもあります。

人類活動のフロンティアの拡大
宇宙への飛躍は、常に人類に夢と希望を与えてきました。
宇宙探査は様々なフロンティアへの挑戦です。
人類の活動領域を拡大させ、知・技術・感動の源として文明の形成に貢献します。

技術の開発・実証
月探査は新たな技術の開発や実証の場となります。
これにより、さまざまな技術が進化します。
それが地球上での生活や産業にフィードバックされ、社会全体の発展に寄与します。

以上のように、月探査は科学的な知識の獲得、人類の活動範囲の拡大、そして新たな技術の開発という観点から、非常に重要な意義を持っています12。これらの理由から、多くの国々が月探査に力を入れています34。また、これらの探査活動は、地球と私たち自身をより深く理解するための重要な一歩となっています2。

SLIMの月面着陸

SLIMの月面着陸について以下のようにまとめられます

  1. SLIMの月面着陸:SLIMは2024年1月20日に月面に着陸しました。
  2. 電源の問題:着陸時の姿勢等が計画通りではなかったため、太陽電池からの電力発生ができず、同日午前2:57(日本標準時)に地上からのコマンドにより探査機の電源をオフにしました。
  3. 着陸位置の確認:その後のデータ分析により、SLIMが当初の目標着地地点から東側に55m程度の位置で月面に到達していることが確認できました。
  4. ピンポイント着陸の成功:また、ピンポイント着陸性能を示す障害物回避マヌーバ開始前(高度50m付近)の位置精度としては、10m程度以下、恐らく3~4m程度と評価されています。これにより、SLIMの主ミッションであった100m精度のピンポイント着陸の技術実証は達成できたとされています。
  5. 電源の復旧:現在SLIMの太陽電池は西を向いていると分析されており、今後月面で太陽光が西から当たるようになれば、発電の可能性があると考えられています。そのため、引き続き復旧へ向けて必要な準備が行われています。

以上が、SLIMの月面着陸についての主なポイントです。

超小型月面探査ローバ

LEV-1とLEV-2は、同じ探査機(SLIM)に搭載されて月面に送られました。
LEV-2がLEV-1の中に入っていたわけではありません。
それぞれが独立して動作し、LEV-2はLEV-1にデータを送信、LEV-1がそのデータを地球に送信する役割です。

LEV-1

日本の宇宙機関と大学が一緒に作った小さなロボットで、これは月面を探査するためのものです。
地球から月までの距離は約38万キロありますが、LEV-1はその距離から地球にデータを送ることができます。
そのサイズと重さは、同じような事をしたものの中では世界で一番小さく、軽いとされています。
LEV-1は月面を跳ねるように移動したり、別のロボット(LEV-2)と通信したり、自分で動くことができました。
これらは世界で初めてのことです。

LEV-2

日本の宇宙機関と大学が一緒に作った小さなロボット、これは月面を探査するためのものです。
LEV-2は、直径約80mm、重さ約250gの超小型変形型月面ロボットです。
月面に着陸後、瞬時に球体が左右に拡張変形して、月面を走行します。
搭載した前後2基のカメラで撮影した画像をBluetoothでLEV-1に送り、LEV-1が地球に送信します。
一般的な月面車は車輪を使って移動します。
LEV-2は内部のばねを縮め、それを瞬間的に離した際の反動の力で月面を跳躍しながら移動します。

異常の原因と対策

異常の原因

SLIMの着陸時の姿勢が計画通りではなかったため、太陽電池からの電力発生ができなくなってしまった。
そのため、地上からのコマンドにより探査機の電源をオフにしました。
現段階での原因は次のとおりです。
高度50m時点で障害物回避のためホバリングを実施し着陸ポイントを自力で判断し着陸を開始します。
しかし今回はその直前、2基搭載されているメインエンジンの1基の推力が失われた可能性が高いと判明しました。
メインエンジン自体ではない何らかの外的要因がメインエンジンに波及した可能性が高いと考えています。

対策

SLIMの太陽電池は西を向いていると分析されています。
そのため、今後月面で太陽光が西から当たるようになれば、発電の可能性があると考えています。
SLIMの月面上での活動はもともと数日程度以上と想定していましたが。
更なる技術・科学データの取得を目指し、引き続き復旧へ向けて必要な準備を行っています。

まとめ

SLIMの月面探査は、挑戦的な状況にもかかわらず、高い技術力と緻密な計画に基づいて行われました。
着陸の異常にもかかわらず、その成功は日本の宇宙探査技術の高さを証明するものとなりました。
SLIMの成果は、今後の月探査や宇宙探査の展望に向けて新たな可能性を切り開いた一歩と言えるでしょう。
我々はSLIMの成果を通じて、宇宙の謎解きや技術の進歩がもたらす未来に期待と興奮を抱きながら、宇宙への探求心を新たに育みます。

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