MEDLI2センサーがパーサヴィアランスの火星着陸時の重要データを取得

「タンゴ・デルタ。着陸確認。パーサヴィアランス、火星表面に安全着陸。過去の生命の兆候探査を開始する準備完了。」Mars Entry, Descent, and Landing Instrumentation 2（MEDLI2）チームは、この言葉を聞くために6年以上待ちました。

NASAのパーサヴィアランス探査車は2021年2月18日に無事着陸し、火星のロボット探査を開始しました。MEDLI2は、探査車を保護するエアロシェルに搭載された重要技術の一つで、宇宙船の進入、降下、着陸（EDL）を記録するのに役立ちました。すべてのMEDLI2データは、着陸成功後に地球へ送信するためにパーサヴィアランスに保存されました。

MEDLI2の役割は、パーサヴィアランスの火星大気進入時の過酷な環境に関する重要データを収集することでした。熱電対、熱流束センサー、圧力トランスデューサーの3種類のセンサーが含まれ、進入時の極端な熱と圧力を測定しました。また、進入時とパラシュート展開時の熱的・圧力負荷を記録するためのエレクトロニクスとハードウェアも含まれていました。

MEDLI2は測定値を用いて、ヒートシールドとバックシェルで発生した加熱と大気力を特定しました。これら2つのコンポーネントが合わさってエアロシェルを構成し、火星への巡航中とEDL中にパーサヴィアランス探査車を収容・保護しました。

MEDLI2は、「恐怖の7分間」——火星への最後の7分間の降下——の5時間前に電源が入りました。これにより、MEDLI2のエレクトロニクスが温度安定化し、進入前の初期条件を測定する時間が確保されました。チームがMEDLI2の正常な起動表示を受け取った後、進入前の5時間のコーストフェーズを通じて着信データを監視し続けました。

MEDLI2センサーの大部分と主要エレクトロニクスは、Mars 2020ヒートシールドに搭載されていました。超音速パラシュート展開から約10秒後、MEDLI2は最後の電源オフとなり、任務を完了しました。パーサヴィアランス探査車を進入機から取り出すためにヒートシールドを分離することが重要であるため、電気的電力問題を防ぐために分離の数秒前にMEDLI2をオフにする必要がありました。ヒートシールドとバックシェルを接続するハーネスはパイロカッターの発射により切断され、ヒートシールドが投棄されました。

パーサヴィアランスはEDL中に「クリティカルイベントデータ」をリアルタイムで返送しました。これにはMEDLI2データのサブセットが含まれ、進入が進行中に進入機が経験していることを観測できました。パーサヴィアランスの着陸成功から3日後、残りのMEDLI2データが地球に送信され、プロジェクトの次のフェーズ——データ分析と性能再構築——が始まりました。

「返送されたデータは魅力的です。火星の空を飛ぶエアロシェルに起きていることを、鳥の目線で見ているようなものです。MEDLI2センサー信号は非常にクリアで、興味深い現象や重要なイベントを即座に特定できました」と、NASAエイムズ研究センターのMEDLI2主任研究者トッド・ホワイト氏は語っています。

MEDLI2から収集されたデータは、Mars 2020進入機が飛行した大気の特性を決定するための測定値も提供します。MEDLI2は、パーサヴィアランス進入でどれだけのマージンが残っていたかを理解するための重要なEDL観測データを提供し、将来のミッションのための予測モデルとツールの改善に使用されるデータも提供します。

進入フェーズ全体を通じて記録されたヒートシールド断熱温度は、進入予測と一貫していました。進入時のヒートシールド内部のピーク測定温度は1830°F（1000°C）でした。これは、ヒートシールド外部の推定ピーク温度約2550°F（1400°C）に相当します。

MEDLI2は埋め込み熱電対を用いて、ヒートシールド保護断熱材がどれだけ燃え尽きたりアブレート（消耗）したりしたかを特定しました。すべての熱電対が進入加熱パルスを生き延びたことは、ヒートシールドのアブレーションが非常に低かったことを示しています。この観測は、ヒートシールドに必要な断熱材の量を再評価し、進入機の全体質量を潜在的に削減するために使用できる可能性があります。

表面圧力も同じフェーズで測定され、ヒートシールドのピーク表面圧力はチームの進入予測と一致しました。MEDLI2は、異なる飛行レジームを正確に捉えるために異なるセンサーに焦点を当てました。1つのセンサーが最大表面圧力の全範囲をカバーしました。残りの6つのヒートシールド圧力測定は、超音速飛行レジーム（火星での音速の約5倍から超音速パラシュート展開まで）中の条件をより正確に捉える範囲を持っていました。これらのセンサーとオンボード慣性測定を組み合わせることで、大気密度変動と風の影響がより顕著だったときの進入機の性能について、さらなる洞察が得られました。MEDLI2圧力データは、将来のEDLミッションのモデリングアプローチ改善に使用されます。

MEDLI2には、Mars 2020進入機のバックシェルにもセンサーが含まれていました。これはこれまで限られた観測しかなかった領域です。表面圧力、断熱温度、直接表面加熱測定がバックシェルセンサースイートを構成しました。進入機後部の表面圧力の知識は、着陸フットプリントのサイズ削減に寄与します。バックシェル断熱温度データは初期予測内にあり、モデリングの不確実性削減に使用できます。ヒートシールド断熱材と同様に、バックシェル断熱温度性能の理解は、バックシェル断熱質量の削減につながる可能性があります。バックシェルの直接表面加熱測定も、予測モデルの不確実性削減に貢献します。

MEDLI2データには、「ハウスキーピング」測定の範囲も含まれていました。これには、重要な科学センサーの多数の補償温度測定が含まれます。このハウスキーピングデータの多くは、Mars 2020チーム自身のEDL再構築作業を支援するうえで、強い関心を持たれています。ハウスキーピング測定の一部には、MEDLI2サポートエレクトロニクス内部のセンサー（電圧、内部温度、MEDLI2ハートビート/クロックなど）が含まれました。

MEDLI2チームは今後6か月間、データ分析を継続し、火星大気、進入時の極端な条件、Mars 2020エアロシェルが探査車をどれだけうまく保護したかについて、NASAの理解を深めていきます。これらの教訓は、次の火星ミッション、さらにはタイタンへのミッションにも即座に役立ちます。