フィラエ

フィラエ (Philae)

フィラエは、欧州宇宙機関（ESA）が開発した無人着陸機であり、彗星探査ミッション「ロゼッタ」の一部として打ち上げられました。その名称は、古代エジプトのヒエログリフ解読に不可欠だったロゼッタ・ストーンとともに手がかりを与えたフィラエ・オベリスクが発見された、ナイル川の中州であるフィラエ島に由来しています。フィラエの主目的は、目標とする彗星の表面に降り立ち、その場から直接、彗星を構成する物質の組成に関する科学データを地球へ送信することでした。これは、彗星に衝突するのではなく、あくまで軟着陸を目指すという点で、他の彗星探査ミッションとは一線を画していました。

ミッション概要

フィラエは、探査機ロゼッタに搭載されて宇宙空間を長期にわたり巡航しました。打ち上げ後の点検で機器に大きな問題は確認されず、2009年2月25日の火星フライバイでは、一部の搭載システムが自動で稼働する初めての機会となりました。この際、停電中のロゼッタに代わってカメラシステムCIVAが画像を捉え、ROMAP装置は火星の磁場を観測するなど、機器の機能が確認されましたが、表面との接触が必要な多くの観測装置は起動しませんでした。

フィラエが最終的に目指すことになったのは、67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星です。当初は別の彗星が目標でしたが、ロケット打ち上げの問題によりターゲットが変更されました。この変更は、彗星の質量と探査機との相対速度が大きくなることを意味し、着陸装置の再設計が必要となりました。彗星への接近に伴い、2014年9月15日には、ESAによってフィラエの着陸予定地点が「アギルキア」と命名されました。これは、アスワンダム建設時に水没の危機から救われ、ナイル川のアギルキア島に移設されたフィラエ島のイシス神殿を記念したものです。

歴史的な着陸とその顛末

2014年11月12日、フィラエは母船であるロゼッタから分離されました。着陸の約7時間前のこの時、機体を彗星表面に固定する際にバウンドを防ぐためのコールドガススラスターが作動しないという問題が発覚しましたが、ミッションは続行されました。日本時間で同日深夜、フィラエはチュリュモフ・ゲラシメンコ彗星の表面に到達しました。しかし、その後の解析で、着陸時に機体を固定するための2本の銛が発射されなかったことが判明します。その結果、機体は予定通りには安定せず、一度着陸した後、約2時間後とさらにその7分後に合計2回のバウンドを繰り返したことが確認されました。最終的な着陸地点は、当初の計画地から約1kmほど離れた場所となりました。機体は不安定な姿勢で、3本の脚のうち2本のみが接地しており、固定もされていませんでした。

さらに深刻な問題は、最終的な着陸地点での日照時間の極端な少なさでした。予定地では彗星の自転周期（約12.4時間）のうち約7時間は太陽光発電が可能と見込まれていたのに対し、実際の場所ではわずか1.5時間しか太陽光が得られませんでした。これは、フィラエが短期間で電源を失い、休眠状態に陥ることを意味していました。

それでも、フィラエは着陸から電力不足で休眠状態に入るまでの短い期間に、蓄積していた観測データをすべて母船ロゼッタ経由で地球へ送信することに成功しました。これは11月14日から15日にかけての通信が回復した時間に行われました。フィラエの正確な最終着陸地点の特定は難航し、しばらくの間は限定された範囲にしか絞り込めませんでした。

休眠からの復旧と運用の終了

電力不足で休眠モードに入ったフィラエでしたが、彗星が太陽に近づく軌道にあったため、日照時間の増加によって電源が回復し、再び活動を開始する可能性が期待されていました。そして2015年6月13日、予期されていた通り、管制センターはフィラエからの信号を受信しました。これは、フィラエが約7ヶ月ぶりに休眠から復旧したことを示すものでした。内部に記録されていた大量のデータパケットから、実際には通信が回復する前に機体は再起動していたと考えられています。

復旧後、フィラエとの間では断続的に通信が行われ、科学データや機体の状態が地球に送られました。しかし、2015年7月9日を最後に再び通信は途絶えました。今度は彗星が太陽から遠ざかる軌道に入ったため、再び日照時間が減少し、電源回復の可能性はほぼなくなりました。

2016年に入り、最後の望みをかけて機体を動かすコマンドが送信されましたが、応答はありませんでした。同年2月12日、運用チームはフィラエからの回復の見込みが極めて低いと判断し、コマンド送信の終了を発表しました。ロゼッタ側の通信システムはフィラエからの信号を待ち続けていましたが、2016年7月27日にその電源が切られ、フィラエの運用は完全に終了しました。数ヵ月後、ロゼッタの運用終了直前に行われた彗星への降下軌道において、最終的にロゼッタが撮影した映像から、フィラエが岩の間に挟まるような形で停止している状態が確認されました。

機体設計

フィラエは、ロゼッタから分離された後、彗星の弱い重力下で自由落下し、弾道軌道を描いて着陸するように設計されていました。計画では、着陸時の跳ね返りを抑制するため、機体上部のコールドガススラスターを作動させ、同時に機体下部から発射される2本の銛を彗星に打ち込み、ケーブルを巻き取ることで機体を表面に固定する予定でした。地球との通信は、電力消費を抑えるため、常に母船ロゼッタを中継する方式を採用しました。当初のミッション期間は少なくとも1週間、最長で1ヶ月間の運用を想定していました。

フィラエの基本構造は炭素繊維で作られており、主要部品を挟み込むような六角形の板状の形状をしています。機体全体の質量は約100kgです。電力は、機体上部と側面に配置された太陽電池パネルから供給されます。当初のターゲット彗星変更に伴い、着陸時の衝撃に耐えうるよう、着陸装置には再設計が加えられました。

搭載機器

フィラエには合計10個の科学機器が搭載されており、ペイロードの総質量は26.7kgに達しました。

APXS (αプロトンX線分光計): 着陸地点の表面の元素組成を分析します。
COSAC (The COmetary SAmpling and Composition): ガスクロマトグラフィーと飛行時間質量分析計を組み合わせ、土壌サンプル中の揮発成分を特定します。
Ptolemy: 彗星の組成を分析する質量分析計です。
ÇIVA (Comet Nucleus Infrared and Visible Analyzer): 着陸地点周辺のカラー・モノクロ画像を撮影するカメラシステムです。
ROLIS (Rosetta Lander Imaging System): 着陸直前の降下中や着陸後の表面画像を撮影するカメラシステムです。
CONSERT (COmet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission): ロゼッタとの間で電波を送信・受信することで、彗星の核の内部構造を調べます。
MUPUS (MUlti-PUrpose Sensors for Surface and Sub-Surface Science): モーター駆動ハンマーで地中にセンサーを打ち込み、地下の温度や表面の硬さを測定します。
ROMAP (Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor): 彗星周辺の磁場やプラズマ環境を測定します。
SESAME (Surface Electric Sounding and Acoustic Monitoring Experiment): 地表の電気的特性や音響特性を測定します。
SD2 (The sampling, drilling and distribution subsystem): 最大25cmまで掘削し、地下サンプルを採取して内部で加熱・分析します。

フィラエの開発には、以下の国々が貢献しました：イタリア、フランス、ドイツ、フィンランド、オーストリア、ハンガリー、イギリス、アイルランド、ポーランド。

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