水星探査機メッセンジャーを語る。

水星探査機メッセンジャーとは

メッセンジャーは2004年8月に打ち上げられた水星探査機である。
2011年に水星の周回軌道に投入され、4年間にわたって水星を探査した。

2015年4月30日、ミッション完了にともないメッセンジャーは水星の表面に意図的に落下した。

水星探査機メッセンジャー
メッセンジャー
出展：NSSDC Master Catalog

メッセンジャー以前に水星を訪れた探査機は、1974年〜75年のマリナー10号が唯一であり、それ以来、水星は探査されていなかった。

メッセンジャーの成功により、水星は実に30年に探査されたのである。

マリナー10号は水星の周回しながら、水星を観測したのではない。
太陽を公転しながら、1974年から1975年にかけて計3回水星に接近したのだ。

ところが接近のタイミングの都合で、水星の同じ側ばかりが撮影されてしまった。
このため、水星の45%程度の表面の画像しか得られていない。
人類にとって、水星の残り55%はまったく未知だったのである。

今や水星は、8つの惑星の中で最も探査が遅れているのである。

これに対し、メッセンジャーは水星の周回軌道に投入される。
つまり、水星を回る人工衛星となって1年間、常時水星を探査するのだ。
メッセンジャーによる探査の範囲は水星の全面に及ぶ。

メッセンジャー[MESSENGER]は[MErcury Surface, Space ENvironment, Geochemistry, and Ranging(水星の地表・宇宙環境・地質化学および測定)]の略である。

メッセンジャー、水星への道のり

メッセンジャーは、なぜ遠回りするのか？

2004年8月に打ち上げられたメッセンジャーは、2011年に水星の周回軌道に投入された。
つまり、水星まで6年半をかけての道のりである。
かつて、マリナー10号は6か月にも満たない航行時間で水星に到達した。

なぜ、メッセンジャーはマリナー10号よりも多くの時間をかけて水星に向かうのか？
その理由は周回軌道投入にある。

水星の周回軌道投入には、メッセンジャーは水星の引力に捕まえてもらわなくてはならない。
水星の公転速度とほぼ同じスピードで水星に接近し、周回軌道に飛び移るのだ。
そのためには、メッセンジャーのスピード制御がキーになる。

ジェット噴射を多用して増速・減速を行えば話は早いが、そうはいかない。
打ち上げ時の重量制限などのため、メッセンジャーに積載できる燃料には限りがある。
ジェット噴射による増速・減速は最小限に留めたいのだ。

そこで利用する増速方法が、スイングバイ航法である。
天体のすぐ近くを通過することによって、軌道を変え引力をバネにして増速・減速するのである。
これなら、燃料は消費しない。

メッセンジャーのスイングバイ航法

水星の周回軌道投入を目指すため、メッセンジャーは地球で1回、金星で2回、水星で3回のスイングバイを実施する。

地球-水星間は最短で1億キロだが、スイングバイを実施するためにメッセンジャーは79億キロに及ぶ距離を航行する。

このように、スイングバイを利用することによって、余分な燃料を消費すること無く増速し、水星に接近できるのである。だが、燃料を節約する分、時間がかかるのである。
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メッセンジャーの科学と技術

メッセンジャーの任務

この周回軌道からの探査を通じて遂行されるメッセンジャーの主要な任務は以下の6項目である。

水星はなぜ高密度なのかを解明する
水星の地質学的な歴史を解明する
水星のコアの構造と状態(流動体か固体か？)を解明する
水星の磁場の特性を解明する
水星の極地域に存在する物質(氷?)を解明する
水星の極めて薄い大気の成分と起源を解明する

メッセンジャーの観測機器とサブシステム

これら任務を達成するための主役が、MDIS、GRNS等の8つの観測機器である。
測定機器は、メッセンジャーの機体のペイロードに格納されている。
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メッセンジャー自体の位置・姿勢を認識するシステムも強力だ。
目印をなる恒星を捕捉するスタートラッカー、4機のジャイロスコープ、4機の加速計、さらにバックアップ用に6機のソーラーセンサーがメッセンジャーに搭載されている。

メッセンジャーの中枢がIEM[integrated electronics module]だ。
IEMは25MHzのメインプロセッサと10MHzのサブプロセサから構成されており、メッセンジャーの頭脳に相当する。
観測機器やサブシステムの制御はIEMによって統括される。

メッセンジャーが他の惑星探査機と決定的に異なるのは、耐熱性能である。
水星は太陽に近いため、地球に比較し11倍の輝きがある。

このような太陽エネルギーをモロに受ければ、メッセンジャーの制御回路はまともに動作しなくなってしまう。
メッセンジャーは、太陽の側をセラミック製のサンシェードで覆うことによって、機体の温度上昇を抑えている。
サンシェードの表面は450度の高熱にさらされるが、サンシェードに保護されたペーロード内は室温に保たれる。