天問1号が一度に3つの主要タスクを達成するのはどれほど難しいのでしょうか?

7月23日12時41分、わが国初の火星探査機「天問1号」が海南省文昌宇宙発射センターから長征5号ロケットによって打ち上げられ、無事に終了しました。打ち上げ後、約7か月の長旅を経て火星に到達し、周回および巡回探査を行う予定。

中国初の火星探査ミッションは、「周回」「着陸」「巡回探査」という3つの主要任務を同時に達成する必要がある。これは世界の航空宇宙史上前例のないことであり、その困難さは想像に難くない。では、天問1号は夢を叶える火星への旅で、どのような困難やリスクに直面するのでしょうか?火災探査への道のりの紆余曲折を詳しく見てみましょう。

最初の課題：タスクは高いところから始まり、技術的な範囲が広い

今年6月末現在、世界各国が44回の火星探査活動を行っているが、ミッション成功の確率は50％程度にとどまっている。火星探査ミッション自体の固有のリスクが非常に高いことがわかります。

中国の火星探査ミッションは、火星の周回、着陸、巡回を同時に行うことを目的としている。 「これらの目標をすべて同時に達成した国は世界にまだなく、この課題は極めて困難だ」と中国航空宇宙科学技術第五研究院の火星探査車主任設計者、孫澤州氏は語った。

中国航空宇宙科学技術公司第五科学院の深宇宙探査専門家によると、わが国の火星探査ミッションの打ち上げ規模は非常に大きく、有効着陸質量は米国のキュリオシティに次ぐもので、火星周辺の探査は国際的に同等のレベルにあるという。探査機は現在開発中であり、相関関係は極めて複雑です。地球外の大気圏への最初の突入には、軌道、空気力学、耐熱性、大型帆パラシュートなど、多くの技術的課題が伴い、10 近くの側面の設計において新たな技術の進歩と飛躍を達成する必要があります。

2つ目の課題: 新たな設計上の制約と高い不確実性

遠く離れた未知の惑星に直面する天問1号は、火星への旅の途中で必然的に新たな環境の試練に直面することになるだろう。

既存のデータによれば、火星の薄い大気、風の場、砂嵐、表面の地形に関する基礎データはほとんどなく、不確実性が非常に大きいことが分かっています。新たな惑星間宇宙環境により、すでに極めて危険な探査ミッションがさらに困難になります。

火星への新たな制約、例えば最大4億キロメートルの長距離や長時間の遅延などは、探査機の自律能力に非常に高い要求を課し、火星への突入と着陸の成功、測定と制御の通信、探査機のエネルギー、熱制御、火星表面での移動、電子製品の技術と環境適応性など、一連の設計に大きな課題と不確実性をもたらします。

3つ目の課題：鍵となる技術は多く、解決が難しい

この火星探査ミッションには、ニアファイアキャプチャブレーキング、機器分離、突入/降下/着陸、ローバーの放出と分離、その他多くの重要な技術など、多くの重要かつユニークで不可逆的なリンクがあることがわかっています。

「今回の火星探査ミッションの最も核心かつ最も困難な部分は、探査機が火星の大気圏に突入した後の空気力学的形状とパラシュートの減速プロセスです。チャンスは一度きりであり、必ず成功させなければなりません。」チーフデザイナーの孫澤州氏は、「火星探査」ミッションについて冷静かつ明確に理解している。

この目的のために、研究開発チームは新しい空力形状、新しいパラシュートなどを特別に設計しました。これらの重要な技術は取り組むのが極めて困難です。

4番目の課題: 膨大な検証タスクと高いテスト難易度

記者は、火星探査機「天問1号」には、これまでの衛星や探査機では使われたり、遭遇したりしたことのない多くの新しい技術が搭載されていることを知った。

そのため、プローブの信頼性を確保するために、研究開発チームは多数のテストと検証を実施しました。従来の力、熱、その他のテストに加えて、空気力学的形状、熱アブレーション保護、ホバリングと障害物回避、低速降下と着陸、ローバーの屋内および屋外システム、サブシステム、単一マシンレベルの特殊テストも完了する必要があった。検証作業は非常に大変でした。

中国航空科学技術公司第五科学院の深宇宙探査専門家によると、これらの特殊なテストは、テスト方法や計画を決定するのが難しいだけでなく、火星の環境をシミュレートし、テストを実施し、テスト結果を判断するのも非常に難しいとのことだ。さらに、実験検証や実験シミュレーション検証の妥当性、有効性、範囲も極めて困難です。

しかし、数々の困難が火星探査開発チームを怖がらせることはなかった。設計者たちは時間と競争しながら、多数のテスト検証とさまざまなミッション準備を実行し、天問1号の火星探査の旅への道を開いた。

第5の課題: 厳しい開発サイクルと高い進捗リスク

私の国は火星探査の開始が遅かったため、ミッション開始当初から研究開発チームが活動しています。火星探査ミッションは2016年初頭に正式に承認されました。 2016年7月、火星探査車の開発は試作段階に入った。 2016年末、探査車はすべての主要な技術研究と詳細設計を完了しました。それ以来、開発チームは休みなく作業を続け、製品の開発と検証から配送準備、計画された打ち上げまでの全プロセスをわずか4年余りで完了しました。

この期間中、計画とプロトタイプ、プロトタイプと最終プロトタイプの作業は完全に横断的かつ並行して行われました。このため、主要なタスクは一瞬も停止せず、事前に接続されました。進捗と技術的リスクは密接に結びついており、ライン全体とプロセス全体で非常に長い作業が必要となり、リスク管理に対する要求が極めて高くなりました。

さらに、火星探査ミッションは我が国における主要な航空宇宙工学の課題です。参加している研究ユニットは数百に上り、複数のラインが並行して稼働し、複数の場所が並行して進行し、複数の州のプロセスが並行して実行されています。接続関係が極めて複雑で、調整管理やリソース保証が極めて難しく、進捗や品質リスクの調整・管理が極めて困難です。

「しかし、まさにプレッシャーがあるからこそ、技術の進歩が達成できるのです」と孫澤洲氏は語った。この目的のために、研究開発チームは国家協力の精神を発揮し、慎重に計画を立て、計画を正確に実行しました。探査機の全システムと参加した研究・試験要員は全員、「高品質、高効率、高利益」の要件に従って作業を実施し、我が国初の火星探査ミッションの円滑な進行を確保しました。

||||