火星に撒かれたパンくず：ヘンゼルとグレーテル、返信をお願いします！

前例のない情報伝達方法「火星のパンくず」を使って、洞窟の謎を解き明かしてみましょう。

これは、火星の古代の溶岩洞内にある小型の自律探査車を描いたアーティストによるレンダリングです。アリゾナ大学の研究者らは、火星の洞窟や溶岩洞を探索する探査車用の新しいシステムを開発した。童話「ヘンゼルとグレーテル」のように、探査機は「パンくず」を残していく。これは、探査機同士、そして探査機表面の親探査機との連絡を保つための通信ノードとして機能する。画像クレジット: John Toole/Wikimedia Commons/Mark Tarbell/Wolfgang Fink/アリゾナ大学。

将来、火星を探検する宇宙飛行士は洞窟や溶岩洞に住むことになるかもしれない。これらの場所は、地表の厳しい環境、特に強烈な放射線からの避難場所となる可能性があります。 2023年3月1日、アリゾナ大学の研究者らは、小型の自律型ロボット探査車が火星の洞窟の探査を開始できるようにする新技術を開発したと発表した。童話「ヘンゼルとグレーテル」にヒントを得た探査車は、ハイテクな「パンくず」を落として道を見つける。

この場合、「ブレッドクラム」は、ロボットが巣穴内に配置して周囲の環境を監視し、互いに連絡を取り合うための小さなセンサーになります。こうすることで、将来の宇宙飛行士に適した​​地下の生活・作業エリアを探すことができます。学術誌「Progress in Space Research」は、2023年2月11日に、提案された新技術の査読済みの詳細を事前証明として公開した。

ヘンゼルとグレーテルが火星探査にインスピレーションを与えた

現在の探査車は大きすぎるため、洞窟を簡単に探索することができません。しかし、エンジニアはこの目的のために、より小型のロボットの群れを設計することになるだろう。さらに、暗い地下環境では、周囲を効果的に監視し、互いに連絡を取り合う必要があります。新しく設計されたシステムは、Dynamically Deployed Communication Network (DDCN) と呼ばれます。

さらに、地上に留まるためには「母探査車」が必要です。これは『ヘンゼルとグレーテル』からインスピレーションを得た発明です。アリゾナ大学の編集長、ヴォルフガング・フィンク氏は次のように説明しています。「この本を覚えているなら、ヘンゼルとグレーテルが帰りの旅を助けるためにパンくずを落としたことをご存知でしょう。」私たちのシナリオでは、「パンくず」は探査車が運ぶ小さなセンサーであり、洞窟やその他の地下環境を移動する際に展開されます。

NASA の火星探査機 (MRO) は 2011 年にモンス・パヴォニス火山の斜面からこのクレーターの写真を撮影しました。クレーターの底には深い穴があり、科学者はこれを洞窟または溶岩洞と呼んでいます。将来的には、こうした地下環境は、小型の自律型探査車の群れによって探査されることになるだろう。火星の洞窟やそれに似た地下環境を探検したらどんなに面白いだろう...何が見つかるだろうか?画像出典: NASA/JPL/アリゾナ大学/APOD

完全自動火星探査車

これらの小型探査車は、自律的かつ相互依存的にミッションを完了することができます。したがって、あるローバーが別のローバーから離れて移動しても、まだ通信範囲内にある場合は、通信ノードであるパンくずが残ります。フィンク氏はこれを「都合よく展開されるパンくず」と呼んでいます。

同氏は次のように述べた。「今回の作戦における新たな側面の一つは、我々が日和見展開と呼んでいるもので、綿密に練られた計画に従って「パンくず」を展開するのではなく、必要に応じて即興で対応するという考え方だ。」

探査ローバーは親ローバーと通信する必要すらありません。実際、彼らはこれを自分たちで簡単に行うことができます。親ローバーは受動的な受信機であり、小型ローバーから送信されたデータを収集します。この場合、ローバーのダイナミクスを制御するコーディネーターとして機能します。 ”

2001 年以来、フィンク氏とその同僚は、階層型スケーラブル サーベイヤーと呼ばれるものの開発に取り組んできました。これには、さまざまなレベルのロボット間のチームワークが含まれます。現在の例を挙げると、火星の探査車「パーサヴィアランス」は「インジェニュイティ」と呼ばれる小型火星ヘリコプターを制御します。一般的に言えば、小型の自律型ローバーは同じように動作します。しかし、ブレッドクラムのシナリオでは、その機能が強化され、探査車が地下で動作できるようになります。

自律探査に関連するハードウェアとソフトウェアをテストするために使用される実験用ローバー。画像提供: Wolfgang Fink/アリゾナ大学。

地上に情報を送る

ローバーは常に母機との通信を維持します。そのため、探査機は自ら地表に戻ることなく、母機にデータを送信することができます。実際、彼らは寿命が尽きるまで地中に留まります。

「これらは消費されるように設計されている」とフィンク氏は語った。彼らを洞窟に出入りさせるために資源を無駄にするよりも、彼らをできるだけ遠くまで行かせて、彼らが任務を完了するか、力を使い果たすか、または敵対的な環境に屈したら彼らを放棄する方がよいでしょう。

ドイツの宇宙生物学者ディルク・シュルツェ・マクフ氏は次のように付け加えた。

新しい論文で説明されている通信ネットワークのアプローチは、惑星生物学と宇宙生物学における新たな発見の時代を導く可能性を秘めています。これにより、最終的には、地球外生命体が存在する可能性のある火星の氷衛星の溶岩洞窟や地下海を探索できるようになるかもしれない。

アリゾナ大学のビクター・ベイカー氏も次のように指摘した。

科学における最も驚くべき発見は、技術の進歩によって初めて物や場所を入手し、その発見を飢えた人々に伝える機会が与えられたときに起こります。

将来の宇宙飛行士の家

この作戦の主な目的の一つは、宇宙飛行士が避難所として利用できる地下洞窟を見つけることだった。溶岩洞窟やその他の地下環境も、宇宙飛行士、そして将来的には人間にとって適切な居住地となる可能性があるが、こうした環境ではロボット探査機との継続的な通信を確保することが難しいため、ほとんど未調査のままとなっている。

論文では次のように説明されている。

地下洞窟、特に比較的深い溶岩洞窟は、惑星の厳しい表面条件下で生命が避難できる場所となる可能性があり、そのため宇宙生物学において重要な意味を持っています。

これは、NASA の最初で最小の火星探査車であり、「ソジャーナ」と呼ばれています。長さはたったの26インチ（65cm）です！この写真は、1997年に、より大型の火星探査機「マザー・ランダー」によって撮影された。将来的には、同様の、しかしより高度なマイクロローバーが火星の洞窟や溶岩洞を探索できるようになるだろう。画像提供: NASA/JPL/NASA写真マガジン。

火星の洞窟を探索する…そしてその先へ

他にも、同様だがより高度なミッションとして、水中探査が含まれる可能性がある。可能性のある場所としては、太陽系の外縁部にある氷の海洋衛星などが挙げられる。

例えば、小型ロボット探査機は、土星の衛星タイタンのメタン湖や、エウロパやエンケラドゥスの地下海を探査することができるだろう。火星の場合と同様に、母探査車は巨大な湖の表面に浮かぶか、地下の海の上の氷の上に留まる可能性がある。この場合、通信ノードはリピーターとして機能し、信号を定期的に増幅します。これにより、信号の劣化を防ぐことができます。ノード自体でも、圧力、塩分濃度、温度、その他の化学的および物理的パラメータの測定などのデータを収集できます。ただし、これらの場所では、ノードはケーブルを使用してデータを地上着陸機に送信します。

フィンク氏は次のように指摘する。

エウロパに到着し、何マイルもの氷を突き進んで地表下の海に到達し、そこで地球外生命体に囲まれていることに気づいたものの、データを地表に送信する手段がないと想像してください。これは避けなければならない状況です。

要点: 研究者らは、小型の自律型ロボット探査車が火星の洞窟や溶岩洞を探索するために使用できる「ブレッドクラム」システムを開発した。

著者:ポール・スコット・アンダーソン

FY: ゼキシブリングブリングブラ

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