インジェニュイティ

インジェニュイティ
	マーズ2020ミッションの一部
	パーサヴィアランスにより撮影された火星のライト・ブラザーズ・フィールドのインジェニュイティ。2021年4月7日（sol 46）
別称	火星2020 ヘリコプタージニー
種類	地球圏外の空（英語版）、自律型ロボット（英語版）、UAV、ヘリコプター
開発者	ジェット推進研究所 (NASA)
レジスター	IGY
技術的詳細
本体寸法	胴体（本体）: 13.6 cm × 19.5 cm × 16.3 cm (5.4 in × 7.7 in × 6.4 in); 着陸脚: 0.384 m (1 ft 3.1 in);
直径	ローター: 1.2 m (4 ft)
高さ	0.49 m (1 ft 7 in)
着陸時重量	合計: 1.8 kg (4.0 lb); バッテリー: 273 g (9.6 oz);
電源	350 ワットs
飛行履歴
最初の飛行	2021年4月19日, 07:34 UTC
打ち上げ日	2020年7月30日, 11:50:00 UTC
打ち上げ場所	ケープカナベラル宇宙軍施設, SLC-41
最後の飛行	2024年1月18日
着陸日	2021年2月18日, 20:55 UTC
着陸地点	北緯18度26分41秒東経77度27分03秒 / 北緯18.4447度東経77.4508度; ジェゼロ; オクティヴィア・E・バトラー・ランディング
飛行数	72
総飛行時間	129分
目的地までの飛行距離	17.7 km (11.0 mi) ; 2024年1月18日現在
状態	運用終了（2024年1月18日）
搭載機器
	慣性計測装置; LIDAR; Two video cameras;
	; JPL火星ヘリコプターの記章 NASA マーズ・ヘリコプター Mars Science Helicopter »

インジェニュイティ︵英語: Ingenuity︶は、NASAのマーズ2020ミッションの一環として火星で運用されている小型のロボットヘリコプター。2021年4月19日、地球以外の惑星で航空機による最初の動力制御飛行を無事に完了。垂直離陸、ホバリングを39.1秒の飛行時間で行い着陸した^[8]^[9]^[10]。

インジェニュイティは、NASAのジェット推進研究所︵JPL︶によって設計、製造された。その他に、NASAエイムズ研究センター、NASAラングレー研究所^[11]、エアロ・ヴァイロンメント︵英語版︶、ソロエアロ、およびロッキード・マーティン・スペース︵英語版︶が貢献している^[12]。インジェニュイティは、太陽電池で電力を供給し、上下に取り付けられたデュアル逆回転ローターで飛行する。30日間の技術デモンストレーションの間、インジェニュイティは、地上から3–5 m (10–16 ft)範囲の高度で最大5回、それぞれ最大90秒間飛行することを目的としていた^[13]^[14]。3回目の飛行で予想の距離を超え、4回目の飛行で飛行時間が超過した。これらの技術的な成功により、インジェニュイティは当初の目的を達成した。飛行は、直接の人間の制御なしで地球から7千5百万キロメートル以上離れた別の惑星の非常に薄い大気の中を飛ぶヘリコプターの能力を証明した。インジェニュイティは、JPLによって計画され、スクリプト化され、送信された操作を自律的に動作し実行する。簡単なデモンストレーションフェーズの後、JPLは、空中偵察が火星や他の惑星の将来の探査にどのように役立つかを示すために、運用デモンストレーションとしてさらに多くの飛行を開始した^[15]^[16]。その運用役割では、インジェニュイティは、パーサヴィアランスローバーであり得る試験ために関心のある分野を観察する^[17]^[18]^[19]。 インジェニュイティは、2021年2月18日にジェゼロクレーターのオクティヴィア・E・バトラー・ランディング着陸地点に着陸したパーサヴィアランスの下側に取り付けられ火星に移動した^[20]^[21]^[22]。2021年4月3日に、ヘリコプターは地上に配備され^[23]^[24]、パーサヴィアランスは、ドローンが最初の飛行を行う安全な﹁緩衝地帯﹂を確保するために100 m (330 ft)離れたところに移動する^[25]^[26]。3時間後、JPLミッションコントロールのライブストリーミングTVフィードで成功が確認された^[27]^[28]^[29]。2021年4月30日の4回目の飛行で、インジェニュイティの飛行音がパーサヴィアランスのマイクロフォンによって録音された。地球外の惑星にいる宇宙船が別の探査機の音を記録したのはこれが世界最初である^[30]。 インジェニュイティは、1903年に世界初の飛行を行ったライト兄弟の空気より重い動力付き飛行機械﹁ライトフライヤー号﹂の翼から一枚の布を運んでいる。インジェニュイティの最初の離着陸エリアは、オマージュとしてライト兄弟フィールドと呼ばれている^[31]。インジェニュイティ以前は、地球以外の惑星での最初の飛行は、1985年、ソビエトのベガ1号宇宙船による、金星での無重力の気球飛行であった^[32]。 2024年 1月18日に行われた72回目の着陸後に撮影された写真でローターブレードが1枚以上損傷していることが確認され、これ以上の飛行は難しいと判断され運用を終了した^[33]。この72回の飛行で、総飛行時間は2時間以上、当初の飛行計画︵30日間に5回︶の14倍以上の距離を飛行した^[5]^[34]。

設計

インジェニュイティの主な構成要素

*インジェニュイティの*飛行特性
ローター速度	2400〜2700 rpm ^[3] ^[35]
羽根先速度	<0.7マッハ^[36]
当初予定されていた稼働時間	30ソル内で1〜5回のフライト
飛行時間	フライトあたり最大167秒^[37]
最大範囲、飛行	625 m (2,050 ft) ^[37]
最大範囲、無線	1,000 m (3,300 ft) ^[19]
最大高度	12 m (39 ft)
可能な最大速度	Horizontal: 10 m/s (33 ft/s)^[11] Vertical: 3 m/s (9.8 ft/s)^[11]
バッテリー容量	35–40 Wh (130–140 kJ) ^[38]

火星の低重力︵英語版︶︵地球の約3分の1︶は、火星の95％を占める二酸化炭素で構成されている大気の薄さを部分的に相殺するだけであるため^[39] 、地球上と異なり航空機が自機を浮かび上がらせるために必要となる適切な揚力を生成するのがはるかに困難である。火星の大気密度︵英語版︶は、海面での地球の大気圧の約1⁄100、または既存のヘリコプターが到達することのない高度87,000 ft (27,000 m)とほぼ同じである。

ローター

インジェニュイティは︵火星上で︶自機の高度を上げるために大きく拡大され特殊形状となっているローターブレードを持ち、そして、少なくとも2400から最大2900rpm、または地球上で必要とされる速度の約10倍の速度で回転する必要がある^[2]^[40]^[41]。このため、ローターは直径約4 ft (1.2 m)の逆回転同軸反転ローターを使用している。各ローターは、集合ピッチと周期ピッチの両方に影響を与える可能性のある個別の斜板によって制御される^[42]。

観測装置

搭載されているカメラは2つあり、下向きの白黒ナビゲーションカメラ︵NAV︶と、地球に送るための地形画像を作成するためのカラーカメラ︵RTE︶^[19]。航空機は、打ち上げ時の加速や振動に耐えるため、宇宙船仕様に合わせて製作され^[41]、火星の環境で動作できる耐放射線システム︵英語版︶も含まれている。

姿勢制御装置

火星の磁場に一貫性がないことから、インジェニュイティはナビゲーションにコンパスを使用できないため、代わりに2つのアセンブリにグループ化されたさまざまなセンサーに依存している。すべてのセンサーは市販のユニットである。 上部センサーアセンブリは関連する防振要素を備え、車両の重心近くのマストに取り付けられ、角速度と加速度の影響を最小限に抑える。これは、携帯電話グレードのBosch BMI-160慣性測定ユニット︵IMU︶と傾斜計︵英語版︶︵ Murata SCA100T-D02︶で構成されており、飛行前に地上でのみ使用され、IMU加速度計のバイアスを校正する。 下部センサーアセンブリは、高度計︵ガーミン LIDAR Lite v3︶、カメラとセカンダリIMUの両方で構成され、すべてマストではなく電子機器コアモジュールに直接取り付けられている。下向きのオムニビジョン︵英語版︶OV7251カメラは、視覚オドメトリ︵英語版︶をサポートする。このオドメトリでは、画像が処理されて、ヘリコプターの位置、速度、姿勢、およびその他の変数を計算するナビゲーションソリューションが生成される^[19]。

バッテリーと充電装置

インジェニュイティはソーラーパネルを使用してバッテリーを充電する。このバッテリーは35–40 Wh (130–140 kJ)のエネルギー容量^[38] ︵銘板容量2Ah ︶を持つソニー製リチウムイオン電池6個を搭載している^[19]。飛行時間は利用可能な電力によって制約されないが、モーターが毎秒摂氏1度加熱することによって制約される^[43]。

プロセッサ

インジェニュイティはLinuxオペレーティングシステムを搭載したQualcomm Snapdragon801プロセッサを使用する^[44]。他の機能の中でも、このプロセッサは、ナビゲーションカメラで追跡された地形の特徴から導出された推定速度を介して視覚的なナビゲーションアルゴリズムを制御する^[45]。Qualcommプロセッサは、必要な飛行制御機能を実行するために2つの飛行制御マイクロコントローラユニット︵MCU︶に接続される^[19]。

通信システム

通信システムは、インジェニュイティとパーサヴィアランスローバー母機間のデータ交換をサポートするモノポールアンテナ（英語版）を備えた2つの同一の無線機で構成される。無線リンクは、ローバーとインジェニュイティの両方に取り付けられた914 MHz SiFlex 02 チップセットによって実装された低電力のZigbee 通信プロトコルに基づいて構築されている。通信システムは、最大1,000 m（3,300フィート）の距離にわたって250 kbit/sでデータを中継するように設計されている。インジェニュイティのソーラーパネルにあるアンテナの重量は4グラムで、すべての方向に均等に通信が行える^[46]。

ライト兄弟へのオマージュ

NASAとJPLの関係者は、地球上で飛行機の初飛行を行ったライト兄弟の飛行になぞらえ、インジェニュイティの初飛行を﹁ライト兄弟の瞬間﹂と表現した^[31]^[47]。また初飛行を行ったライトフライヤー号の翼布の一部が、インジェニュイティのソーラーパネル下のケーブルに取り付けられている^[48]。1969年、アポロ11号のニール・アームストロングは、月着陸船イーグル号︵英語版︶に同様のライトフライヤー号の遺物を積んでいた。 NASAは、インジェニュイティの最初の離着陸滑走路﹁ライトブラザーズフィールド﹂を指名した。国連の機関である国際民間航空機関は、ジェゼロクレーターにJZROの空港コード︵ICAO空港コード︶^[49]、ドローン自体のICAO機種コードをIGY、コールサインとして﹁INGENUITY﹂を与えた^[50]^[51]^[52]。

ギャラリー

黄色がインジェニュイティの飛行経路、白線が火星探査車パーサヴィアランスの経路

インジェニュイティヘリコプター

パーサヴィアランスの下から展開されているインジェニュイティ。

Sol 46の展開された「インジェニュイティ」。

高度1.2mでの最初のテスト飛行中のインジェニュイティの白黒写真。地面に影が写っている。

飛行中の高さ約5.2 mからインジェニュイティが撮影した火星の最初のカラー航空写真。

パーサヴィアランスから撮影した4回目の飛行のビデオ。（2021年4月30日）

5回目の飛行で飛行場Bに着陸するインジェニュイティ。（2021年5月7日）

インジェニュイティヘリコプターが空中5.0mから撮影した約85m先のパーサヴィアランスローバー（左）。（2021年4月25日）

脚注

引用

(一)^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f

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外部リンク

NASA火星ヘリコプターのウェブページ
NASA火星ヘリコプターの飛行記録
火星ヘリコプター技術デモンストレーター。（PDF）–プロトタイプドローンの主要な設計機能。
First Video of NASA’s Ingenuity helicopter in flight.
忍耐力のルートマップ—インジェニュイティの飛行経路を含む
火星を探索する

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