パイオニア4号

概要

パイオニア4号は、1959年3月3日にアメリカ合衆国によって打上げられた、パイオニア計画に位置づけられる宇宙探査機です。この探査機は、月へと向かいその近傍を通過（フライバイ）した後、地球の重力圏から脱け出し、太陽を周回する軌道へと移行することを目的としていました。このミッションは成功を収め、パイオニア4号はアメリカの宇宙機として初めて地球の重力に縛られない太陽軌道に到達したという歴史的な一歩を記しました。その機体は回転によって姿勢を安定させる設計（スピン安定式）が採用されていました。

機体設計

パイオニア4号の機体は特徴的な円錐形をしており、その高さは約51センチメートル、底面の直径は約23センチメートルでした。構造材には薄いグラスファイバーが用いられ、表面は導電性を確保するために金で覆われています。さらに、摂氏10度から50度の温度変化に耐えられるよう、白い縞模様の塗装が施されていました。円錐の頂部には、外部との通信を担うアンテナとして機能する小さな探針が取り付けられています。機体の底面部には電力供給源として水銀電池が搭載されていました。機体中央からは、月面観測のための光電センサが突き出ています。このセンサは2枚の太陽電池で構成されており、設計上は月面から3万キロメートル以内に接近した際に月の反射光を検知して作動し、探査機の自転を利用して月面をスキャン撮影する計画でした。円錐内部には、搭載機器へ電力を供給するための電圧供給管と、月の放射線環境を測定するための2つのガイガー＝ミュラー計数管が収納されていました。通信システムには、周波数960.05 MHzで0.1ワットの位相変調信号を送信可能な送信機が用いられていました。変調された搬送波電力は0.08ワット、実効放射電力は0.18ワットでした。また、打上げ後の機体回転速度を制御するための機構も備わっていました。これは、打上げから10時間後に水圧タイマーによって作動するようセットされた、150センチメートルのワイヤの端にそれぞれ7グラムの重りが取り付けられた仕組みです。この重りとワイヤを分離することで、初期の毎分400回転という速度を、目標である毎分6回転まで減速させることが意図されていました。

打上げロケット

パイオニア4号の打上げには、パイオニア3号でも使用されたジュノーII型ロケットが選ばれました。このロケットは、アメリカ初の人工衛星であるエクスプローラー1号を軌道に乗せたジュノーI型ロケットの改良型です。ジュノーII型の第1段には、アメリカ陸軍が開発した中距離弾道ミサイルであるジュピターが用いられ、その上に第2段から第4段のロケットモーターが搭載されました。パイオニア4号の探査機本体は、この多段式ロケットの最上部、すなわち第4段の上に搭載されていました。

遂行されたミッション

ジュノーII型ロケットによる打上げは成功し、パイオニア4号は計画通りの軌道に投入されました。軌道上からは、搭載された観測機器、特に放射線に関するデータを地球へ向けて送信しました。月面フライバイは、1959年3月4日の協定世界時22時25分に発生しました。探査機は月面の東経7.2度、南緯5.7度の地点から約6万キロメートル離れた場所を、時速約7,230キロメートルで通過しました。しかし、この距離は月面撮影用の光電センサを作動させるために必要な約3万キロメートルよりも遥かに遠かったため、センサは起動しませんでした。月の放射線環境についても、期待されたようなデータは検出されませんでした。月を通過した後、パイオニア4号は引き続きデータを送信し、約82.5分間に渡って約65万8000キロメートルを移動しながら観測を続けました。その後、探査機は太陽を巡る軌道に移行し、1959年3月18日の協定世界時1時00分に近日点に到達しました。1969年の時点においても、パイオニア4号は変わらず太陽の周囲を回り続けていました。

まとめ

パイオニア4号のミッションは、月面観測という点では期待された成果を上げられませんでしたが、アメリカ合衆国による最初の地球重力圏脱出という極めて重要な技術的マイルストーンを達成しました。これは、その後の惑星探査ミッションに向けた基礎を築く上で、大きな意義を持つ成功であったと言えます。ソビエト連邦も同様の月探査ミッションとして、パイオニア4号に先行する形で1959年1月2日にルナ1号を打上げています。

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