ローバーの力

Apr 08, 2023

2022 年 11 月 14 日

ナレーター: NASA 探査車は火星でどのように電力を供給しているのですか?

（音楽）

ナレーター: 2 つの主な選択肢は、太陽エネルギーと原子力エネルギーです。 NASA の最初の 3 つの火星探査車 (ソジャーナー、スピリット、オポチュニティ) は、ソーラー パネルを使用して太陽から光エネルギー、つまりフォトンを収集しました。 現在、火星を探査している探査機 (好奇心と忍耐力) は、「ラジオアイソトープ熱電発電機」 (RTG) と呼ばれるシステムを使用しています。

Sabah Bux: ええ、ここ地球では接続できるからです。火星では接続できる場所がありません。

ナレーター: それは、南カリフォルニアにある NASA のジェット推進研究所に拠点を置く技術者、サバ バックスです。

サバ・バックス: 私は NASA と米国エネルギー省のパートナーシップである NASA のラジオアイソトープ パワー システム プログラムで働いています。

[0:52] ナレーター: エネルギー省は、探査車キュリオシティやパーサヴィアランスに使用されるものを含む、宇宙船用の RTG を NASA に提供しています。 RTGには二酸化プルトニウムが保管されている。二酸化プルトニウムは主に放射性同位体、つまり「放射性同位体」であるプルトニウム238であり、各原子核内の陽子と中性子の数が不均衡になるように作られている。 安定性を回復しようとして、原子は「崩壊」として知られるプロセスで粒子を放出し、その間に材料は安定した熱の流れを放射します。

Sabah Bux: RTG の仕組みはプルトニウム 238 であり、単なる熱い石です。 そしてその熱を取り出して電気に変換します。 したがって、これは太陽電池の仕組みに似ており、太陽電池に光を当てると電気が得られます。 放射性同位体熱電発電機では、プルトニウムから熱を取り出し、それを有用な電気に変換します。

ナレーター: キュリオシティとパーサヴィアランスの約 11 ポンドの熱い岩からの熱の一部も探査車全体に流れます。

[2:01] Sabah Bux: 火星は非常に寒くなり、RTG は探査機の尾翼のような後ろにあります。 そのため、RTG から熱を引き出し、探査機を温めるために探査機全体に熱を分配するヒート パイプがあります。 RTG の拒絶側、つまり低温側は約 200 ℃ であるため、探査車を快適に保つための十分な熱が存在します。

（音楽）

ナレーター: 液体フロンは、複雑な配管ネットワークの中をポンプで送り、RTG を通過するときに熱を奪う「血液」のように機能します。 この循環システムにより、車ほどの大きさの探査機「キュリオシティ」と「パーサヴィアランス」の胴体は暖かく保たれていますが、ドリルを保持する腕と同様に、四肢は冬にはマイナス 120 度にまで下がることもある気温で凍らないように別途ヒーターが必要です。摂氏、または華氏マイナス 184 度。

電子レンジほどの大きさのソジャーナーとゴルフカートほどの大きさの探査機スピリットとオポチュニティは主に太陽光発電を動力源としていましたが、核エネルギー源も備えていました。つまり、火星の極寒の寒さから身を守るための鼓動する心臓、と言えるかもしれません。

[3:13] サバ・バックス: 寄留者、スピリット、オポチュニティ、彼らは全員 RHU (ラジオアイソトープ ヒーター ユニット) を持っていました。 そして、それらは、火星の冷たい広がりの中で、小さなカイロのようなものを暖かく保つための小さなプルトニウムの破片です。

ナレーター: これらのプルトニウム製カイロは、それぞれ鉛筆消しゴムよりも小さかったですが、これらのミッションでは大幅な電力の節約になりました。 探査車の貴重な電力は、多くのヒーターを稼働させるためにエネルギーを消費するのではなく、車で走り回ったり、地球に送るための写真を撮ったりするなど、他の活動に使用できる可能性がある。

火星探査機のもう 1 つの「動力源」は、火星探査車に携わる人々です。数千人のチームが、探査車がどのようなものになるかを設計した初期の日から、探査車が走行できなくなる最終日まで、ミッションのあらゆる側面を監督してきました。もっと。 チームは来る日も来る日も長時間働き、探査車を動かし続けるために一度に複数の問題に取り組むこともよくあります。

[4:17] 火星へのミッションは構築と運用が難しいだけでなく、人々は火星への打ち上げに失敗するか、火星に到着しようとして失敗するプロジェクトにキャリアの多くを費やす危険があります。 たとえば、1999 年に NASA の火星計画は、(非核の) 火星気候探査機と火星極地着陸船の両方を、火星に到着した瞬間に失いました。

PBS NewsHourレポーターのジェフリー・ケイ: 現時点では、着陸船の沈黙が予防可能な技術的失敗の結果なのか、それとも不運と未知の地表(砂地や岩場など)に着陸する難しさの結果なのか、技術者らには分からない。地球から数マイル。 JPLとロッキード・マーチンのチームによって現在建設中の将来の宇宙ミッションは、オービターとランダーの失敗の結果、さらなる精査を受けることになる可能性が高い。

[5:08] ナレーター: このような失敗は落胆するものではありますが、貴重な教訓を得ることができ、より良くするためのモチベーションを得ることができます。 こちらは、JPL のエンジニアで、これらの損失の直後に行われた火星ミッション、つまり 2003 年に火星に飛ぶ予定だった双子の探査車スピリットとオポチュニティに従事したショーンテ タッカーです。

ションテ・タッカー: 私たちはこう言っています。「これはうまくいかなければなりません。皆さん、全員が全力で取り組んでいます。私たちは結集し、団結して、このことを最後までやり遂げるつもりです」ライン。" そして誰もがそのような態度と精神を持っていて、私たちは研ぎ澄まされていました。 私たちは何時間も働いていました。 「分かった、私たちは探査車を作っているんだ。えっと、2 つ作っているの？ ああ、そうか。それで、いつまでに欲しいんだい？」というようなものです。 そして私たちは「よし、やってみよう」という感じです。 それで、機械工場には 24 時間体制で働いている人たちがいて、とても熱心に働いている人たちがいて、他の人たちと全力で取り組んでいることがわかっていたので、がんばりやすくなりました。

[6:02] (イントロミュージック)

ナレーター: NASA のジェット推進研究所のポッドキャスト「On a Mission」へようこそ。 私はレスリー・マレンです。 シーズン 4 となるこのシーズンでは、火星の探査機の軌跡を追ってきました。

今回はエピソード10「ローバーの力」です。

（音楽）

ナレーター: 火星探査車は、太陽光からエネルギーを得る場合でも、放射性同位元素の熱からエネルギーを得る場合でも、電源を切る必要があることがよくあります。 JPL のチーフエンジニア、ロブ・マニングです。

[7:07] ロブ・マニング: 電力が足りないときは、クマのようにうずくまって冬眠しなければなりません。 毎晩、探査車が寝るときは必ず、コンピューターを含むほぼすべての電源がオフになります。

たとえばボイジャーなどの他の宇宙船はすべて、深宇宙ミッションで宇宙に設置されているという意味で車両をほぼ安定させることができました。 受信機の電源が入っています。 ヒーターはオンになっています。 (一時停止) 放射性同位体熱電発電機からの電力は一貫しています – 舌から転がり落ちることはありません – 大量の電力ではなく、一定の電力の流れを提供します。 しかし、いつでも、車両と会話したい場合は、コマンドを送信することができます。 そして、それはあなたの声を聞いてくれるでしょう。 そして、ほとんどの場合、応答が返されます。

火星では同程度のエネルギーが利用できず、通信に必要なエネルギー量がはるかに大きいため、私たちの車両ではそれができません。 私たちの車両は実際には断続的に稼働しています。 当社の車両は 1 日あたり 4 ～ 10 時間運行します。 それでおしまい。 ほとんどの場合、彼らは休みます。 誰がそんなことするの？

[8:08] ナレーター: 太陽光発電の探査機が太陽とともに上昇し、太陽とともに休むのは理にかなっていますが、RTG を搭載した探査機がなぜ眠る必要があるのでしょうか? それは、探査機の操作には、その瞬間に生成したり、バッテリーに蓄えたりできるよりも多くのエネルギーが必要になることが多いためです。

ロブ・マニング: 太陽光発電であろうと RTG 発電であろうと、精神と機会、好奇心と忍耐力、それらはすべて基本的にバッテリー駆動の乗り物です。 これらは充電式バッテリーで動作し、これらのバッテリーは徐々に充電する他のメカニズムを介して充電されます。 RTG の場合、100 ワット程度の段階的な充電で、常にバッテリーに電気を流し込んで充電を維持しようとします。 しかし、探査車を操作しているときは、バッテリーが充電されるよりも早くバッテリーが放電します。

[8:59] 太陽光発電も同様です。 太陽光発電車両は、日中は太陽から素晴らしいエネルギーを大量に受け取りますが、そのエネルギーのほとんどは、たとえ探査機が作動していても、動き続けるためにバッテリーに注入されます。 つまり、自分自身を充電し、エネルギーをバッテリーから消費するという考えです。 これが、これらの車両が日中いつでも運行できる理由ですが、ただ、あまり長時間運行できないだけなのです。

ナレーター: さまざまな探査機計器チームは、主に探査機のパワーリザーブに基づいて、ツールを操作できるようにするときに交渉する必要があります。 一部の機器は他の機器よりも多くの電力を消費します。たとえば、岩石サンプルを蒸発させてその成分を確認するキュリオシティの SAM 機器は、探査車が停止しているときに非常に多くのエネルギーを消費します。

(効果音: コンピューターのビープ音と電気ザップ)

ナレーター: 1997 年の最初の火星探査車ソジャーナーには、多くの機器がありませんでした。その目標は、火星で探査車を運転できることを証明することでした。 ソジャーナーが設計されていたとき、一部のエンジニアは、ソジャーナーを火星に運ぶパスファインダー着陸船に接続すべきだと考えていました。なぜなら、はるかに大きな着陸船のほうがより多くの電力を生成し、蓄えることができるからです。 しかし最終的には、ソジャーナーは着陸船につながれるのではなく、自由に移動する必要があると判断された。

[10:19] Sojourner の電力システムが開発されていたとき、Shonte は学生インターンでした。

ションテ・タッカー氏: 探査車の一部が塵に覆われていた場合に、探査車が太陽電池からどれだけの電力を得ることができるかを調べる作業が行われていました。 そこで私の任務は、文字通りワードローブボックス、小さなマフィンファン、太陽を模倣するライト、小さな太陽電池、そしてレンガの粉が入った小さな絞りボトルを用意することでした。

そこで私はこのワードローブボックスの上部に穴を開け、そこに太陽として機能するランプを置きました。 底には小さな太陽電池がありました。 側面にはマフィンファンを差し込むための切り欠きがあり、反対側にはスクイズボトルのノズルを差し込む穴があり、レンガの粉が取り出せるまで絞るだけでしたそしてそれは渦を巻いて、底部の太陽電池に着地します。

(説明付き効果音トラック: カッティング ボックス、軽いハム音、ファン、スクイーズ ボトル)

[11:26] ションテ・タッカー: そして、その太陽電池から引き出すことができた電流の量を測定して、どの時点でカバー範囲が多すぎてまったく引き出していないのかを把握しようとしました。この太陽電池からより多くの電流が流れますか？

私たちは、「この箱の底にある小さな太陽電池から得られた情報に基づいて、探査車を作りに行きます」というような実際の数字を取得しようとしていたわけではありません。 しかし、それは、「それは 1 つですか、それとも 100 ですか?」というようなものでした。 - 仕事の種類。 そして、それがとてもクールだと思いました。 それはまさに箱から出たものです。 これまでにやったことのないことをやっているだけで、「箱ができた、ほこりが落ちた、まあ、かなり近い。何が起こるか見てみましょう。」という感じです。 これは本当に太陽電池に塵が降りかかる様子を表しているのでしょうか? 当時は今ほど情報が豊富ではありませんでした。 それで、私たちは本当に何かを理解しようとしていました。

[12:13] ナレーター: ボックスを使用して固定概念にとらわれずに考えることは、問題を解決することに対する Shonte の愛にアピールしました。

ションテ・タッカー: 私は、人々がホワイトボードに向かって頭を悩ませていて、次にどこに行けばいいのか分からないような会議に参加したいと思っています。 そして、誰かがそこにアイデアを投げると、人々はそれを実行し始め、さらに別の誰かが別のアイデアを投げます。 そして、あなたが気づく前に、私たちは実行可能な解決策を持っています。 そして、そのような仕事が活発に行われているのを見るだけで、本当に本当に楽しいです。 映画『アポロ 13 号』を見て、人々が「どうやってこれを実現するのか？」と考えているのを見たときのことを覚えています。

アポロ 13 号の映画: 電源トラブル: ジョン・アーロン: すべてをオフにしなければなりません。 今。 彼らは再突入には間に合わないでしょう。 ジーン・クランツ: すべてを意味するのは何ですか? ジョン・アーロン: すべてを搭載した LEM は 60 アンペアを消費します。 このままでは、バッテリーが 45 時間ではなく、16 時間で切れてしまいます。乗組員も同様です。 12アンペアまで下げなければなりません。ミッション運用管制室エンジニア: おっと。 12アンペア！何台ですか？12アンペアでは掃除機を動かすことはできません、ジョン。 ジョン・アーロン：レーダー、キャビンヒーター、計器ディスプレイ、誘導コンピュータ、全体のスマッシュをオフにしなければなりません。 ジェリー・ボスティック：おっと。 誘導用コンピューター。 もう一度火傷をする必要がある場合はどうすればよいでしょうか? ジーン、彼らは自分がどちらを向いているのかさえ分からないでしょう。 ジョン・アーロン: ここで私たちが話している時間が長ければ長いほど、彼らはそこで無駄にするジュースの量が増えます...

[13:15] (音楽)

ナレーター: ションテは、カリフォルニア州アルタデナの JPL の通りのすぐ下で育ちました。 インターンになる前に、彼女は高校という、これまで知られている中で最も危険な権力構造の 1 つをうまく切り抜ける方法を学びました。

ションテ・タッカー: 私がいた学校は多様性があまりなく、より難しい数学のクラスなどに進むにつれて、クラスで黒人の子供が私だけになることもありました。 そして、とても孤独を感じたときもありました。 今思い返してみると、それが工学の学位を取得する道を歩み続ける私の教育がどのようなものになるかを表していたということを十分に理解していませんでした。 それで、それは少し挑戦的でした。

[14:02] そして高校に進学すると、いじめに遭い、養育費を払うところまで行きました。 「そうですね、これはちょっと怖いですね」と思いました。 本当にひどかったです。 そこで私は「それでは、ここで見てみましょう。何ができるでしょうか？」と言いました。 そして、私は「サッカー選手と友達になろう。オフェンスラインとディフェンスラインにいるビッグ選手と友達になろう」と思っています。 それで私は彼らのうち3人ほどと友達になり、毎週木曜の夜、コスビーのショーの間、私はキッチンでブラウニーを作り、ゲータレードを混ぜていました。そして試合の直前にそれを彼らに持っていったところ、彼らは私を守ってくれました。 それはすごかった。 彼らは私が彼らの供給品であることを認識していました。つまり、誰も供給品に手を加えることができないことを意味しました。 それで、問題を解決するには、時には固定観念にとらわれずに考える必要があることに気づいたのです。

ナレーター: この同盟によって力づけられたションテは、高校生活を楽しみました。 しかし、大学に応募したとき、彼女は再び自分だけが特別に選ばれたと感じました。

ションテ・タッカー: 当時私にとって非常に傷ついたのは、合格通知に「おめでとうございます。私たちの学生アファーマティブ・アクション・プログラムに基づいてカリフォルニア大学サンディエゴ校に入学が許可されました。」と書かれてあったことです。

[15:09] そして私はこう思いました。「でも、特別な配慮なしで入学した白人の友人たちよりも、私の成績はずっと良くて、テストの点数や推薦などすべてがずっと良いのです。」 そして、「もし私を受け入れることを要求する権限がなかったら、たとえ私がそこにいる資格以上にあったとしても、彼らは私を受け入れたでしょうか?」 私はそのまま工学部に入学することになりました。 試用期間さえ受ける必要はありませんでした…一定数の授業を終えると、2.5 か 2.0 を取得して、その学科に入学できるようになります。 それを経験する必要さえありませんでした。 彼らは私をすぐに受け入れてくれました。そして、私はこう思いました、「もし私にこれらすべてのことを行うのに十分な才能があり、これらの要件をすべて超えていて、そこにいる友達よりもはるかに先を行っているのに、なぜこれだけが理由？"

[15:58] それで、私は母に言いました、「あそこの学校には行きたくない。学校はそうしなければならないから私を連れて行っているだけなのよ！」 すると母は、「彼らがあなたにどれだけのお金をくれるか知っていますか？ああ、行くのね。」と言いました。 (笑) それで私は出発しました。そこでの経験はとても幸運でした。 そこで私は全米黒人エンジニア協会というコミュニティを見つけました。 そして、私はこう思いました、「これは素晴らしいことです。アフィニティグループがいるのは本当に素晴らしいことで、ただ息をすることができます。肩を落とすことができます。それに、毎日授業に座っているときに感じるほど変化を感じる必要はありません」 。」

それはまさに目覚めでした。 その手紙を振り返ると、これが私が入った唯一の理由だなんて本当に最低だ、と思いました。でも私は母から、どのようにドアを通り抜けるかは問題ではないということを学びました。 反対側で何をするかが重要です。

ナレーター: ションテは、10 歳で JPL をツアーして以来、いつか宇宙船を設計したいと思っていました。 そこで彼女は大学時代に毎年夏に研究所でインターンをし、さまざまなインターンシップが彼女を電力システムの世界に導きました。

[16:58] ションテ・タッカー: ある夏、私は熱試験を行いました。 カッシーニ宇宙船にはソリッドステート電源スイッチがあり、温度を上げたり下げたりして、スイッチが設置されている環境を循環させ、時間の経過とともにスイッチが循環したために故障するかどうかを確認したいと考えていました。部品がバラバラになり始めます。 そして私は「わあ、これは本当に気に入った」と思いました。

当時、私はカリフォルニア大学サンディエゴ校で機械工学科の 2 年生でした。 そしてその翌年、私は熱力学を学び、熱伝達を学び始めました。 そして、流体力学などのように、熱くて流れると、私は本当にそれに夢中になり、本当に楽しんでいることに気づきました。 それで、私はそれらのクラスを受講し続け、熱科学をもう少し含む課題に傾き始めました。 私は、放射性同位体熱電発電機とそれに関連する熱力学サイクルについてさらに学び始めました。 そして、それがとてもクールだと思いました。 そして、自分の興味がそこにあることにますます気づきました。

[18:00] そして、私の論文プロジェクトは、アルカリ金属熱電変換セル、つまり片側で熱を受け取り、それを飛行ミッションで使用できる電気に変換する AMTEC セルになりました。 このテクノロジーは今では完全に廃止されており、私が望んでいたようにそれを使用することはできませんでした。 (笑)

ナレーター: さまざまな化学反応のエネルギーの可能性を調査することは、探査機の動力進化を促進するのに役立ちました。 ソジャーナー探査機とパスファインダー着陸船の場合、当時利用可能な化学電池の種類によって、ミッションがどれくらいの時間継続できるかが決まりました。 再びロブ・マニングです。

ロブ・マニング氏: 90 年代初頭から中期には、リチウムイオン電池技術はありませんでした。 小さな旅人さん、それはリチウムチオニル電池でしたが、パスファインダー着陸船には銀亜鉛電池が搭載されていました。これは、自動車用途でよく使用される非常に昔ながらの電池です。 そして、これらのバッテリーは一度使用されただけです。 私たちはそれらを一次電池と呼んでいます。これを放電すると、蓄えられたエネルギーはなくなります。 このバッテリーは実際には充電することを目的としていませんでした。 私たちはこれを「ほぼ再充電可能な電池」と呼んでいました。 そこで、実際に充電してみました。

[19:10] 充電式電池があった昔のことを覚えているかどうかはわかりませんが、充電式であるはずの小さな単三電池を入れるこの小さな充電器を購入しました。 そして、それらを接続すると、そこから少しだけ多くのエネルギーが得られますが、それを行うたびに、状態はどんどん悪化していきました。 そしてすぐに、バッテリーをゴミ箱に捨てました。 つまり、Pathfinder の状況はそのようなものです。 約1か月後、バッテリーがほとんど役に立たなくなりました。

ナレーター: パスファインダーのバッテリーが使い果たされると、着陸船のヒーターは、昼間にソーラー パネルからエネルギーが流れているときにのみ機能するようになりました。 夜、パスファインダーは火星の寒さに翻弄された。

ロブ・マニング: パスファインダーのバッテリーが切れたとき、すべてのエネルギーはソーラーパネルから供給されました。 そして、私たちは朝起きてソーラーパネルを使用し、一日の中でソーラーパネルがピークになる時間帯に動作するように努めなければなりませんでした。 Sojourner も同じことをしましたが、太陽が沈むと、Sojourner は内部の熱源で暖かく過ごすことができます。 パスファインダーには熱源がなかったので、パスファインダーはどんどん冷たくなっていきました。 そして87日後、パスファインダーは幽霊を諦めた。

[20:09] (音楽)

ナレーター: パスファインダーの終了は、予想される 30 日間の存続期間をはるかに過ぎてからであり、ソジャーナーの使命も終了しました。 ソジャーナーには地球と直接通信するのに十分な電力がなかったため、探査車はメッセージを中継するために着陸船を必要とした。

次の火星探査機であるスピリットとオポチュニティには、より高度なバッテリーが搭載されており、ソーラーパネルは着陸船の助けなしで通信を送受信するのに十分な電力を生成しました。 しかし、ションテが発見したように、探査車の動力は依然として極度に限られていた。 現在、JPL の熱推進部門の従業員である彼女のスピリットとオポチュニティでの仕事の 1 つは、探査車のプルトニウム RHU によって温められなかった部品のヒーターを開発することでした。

[20:58] ションテ・タッカー: 一例として、探査車のリフト機構がありました。 エンジニアの一人と話をしました。 私は言いました、「火星に着陸するときに寒すぎて作動できないほどに、探査機の昇降機構を適切な温度に保つには、どれくらいの電力が必要だと思いますか?それが機能するためには必要ですが、実際に立ち上がり、探査機を発進させることができるでしょうか？」

ナレーター: 火星に着陸した直後、探査車はまだ着陸プラットフォームに囲まれていました。 プラットフォームを開く必要があり、その後、探査機リフト機構が探査機を着陸船内の拘束から解放し、車輪が収納位置から展開できるように探査機を持ち上げます。 そうして初めて、探査機はプラットフォームから離れて火星に到達することができました。

ションテ・タッカー: それでエンジニアは、「わかった、これくらいの電力が必要だ」と言うのです。 それで私は「分かった、それは素晴らしい」と思います。 これで、どのくらいの電力が必要か、どのくらいのバス電圧が得られるかがわかったので、ヒーターの設計に取りかかることができます。 ヒーターを設置するためにどのくらいのスペースが必要かがわかれば、ヒーターのサイズを設計することができます。 必要な電力量がわかれば、バスがオンになって電圧が供給されるときに、その量の電力を供給できるようにヒーターの抵抗を調整できます。

[22:07] (効果音:電圧が上がる音)

Shonte Tucker: それで、今度は他のシステム エンジニアに相談して、私たちにその権限を与えてもらえるかどうか確認する必要があります。 そして私はこう思いました、「もちろん、彼らは私たちに電力を与えてくれるでしょう。それが私たちに必要なものです。つまり、これは探査車の昇降機構です。もし探査機の昇降機構が機能していなければ、私たちは「着陸船から降りるつもりはありません。きっと彼らは私たちが求めているものを正確に与えてくれるでしょう。」

そこで私は、「探査車の昇降機構に必要な電力はこれくらいです」と言いながら電力会議に臨みました。 彼らは「それは多すぎる。それは無理だよ」と言いました。 「え、どういう意味ですか？これは私たちが必要として計算した力です。」 そして彼らは、「それでは、電力を 35% 削減して動作させるようにしましょう」と言いました。 そして私は「冗談ですか？」と思います。 (笑) これは私のキャリアの中で衝撃的な瞬間でした。

そこで私はエンジニアに会いに行き、何が起こったのかを話しました。 そして彼が息を整えて床から立ち上がったとき、私たちはこれをどうやって実現するかを考えました。

[22:59] 私たちは本当に鉛筆を削って言わなければなりませんでした、「本当にこれだけ必要ですか？そして、このエリアに毛布を敷いたり、このエリアを暖かくしたりしたらどうなるでしょう、そしてリフト機構は壊れるかもしれません」暖かいものに近いからそれほど寒くならないのです。」 そして、それが置かれている環境についてもっと考え、環境に対する仮定が保守的すぎるかどうかを実際に判断します。 したがって、おそらくそれほどの熱は必要なかったので、最善の結果を期待しています。

正直に言うと、私たちはとても緊張していましたが、私たちが助けになったのは、テストするつもりだということが分かっていたことです。 そしてテストでは、探査機のメカニズムを適切な温度に保つのに十分な電力を加えているかどうかを確認する機会があります。 それで、結局のところ、私たちが分かっていたのは、実際に作業を進めてテストしたのに、絶対に機能させることができなかった場合、プロジェクトはさらに多くの力を放棄しなければならないということでした。 そしてそれは私たちに大きな平穏をもたらしました。

そして結局のところ、電源を落とすことができました。 あまり余裕がなかった。 探査機が火星の表面に着陸したとき、探査機の機構が冷たすぎて、探査機を着陸船から降ろすことはできないのではないかと私ほど恐れた人はいませんでした。 （笑）でも、すべてうまくいきました。

[24:08] 火星探査車 (MER) スピリット ミッション コントロール 1: 「アルファ、アルファ、チャーリー、タンゴ、アンダースコア、ロメオ、ツー、ワン、ナイン、シックス、十進、アルファ、十進、ゼロ、ゼロ」が私たちの命令です; これは有史以来最も重要な3メートルドライブです。 (笑い)MER スピリット ミッション コントロール 2: 私のマークで送信します、3、2、1、マーク。 （拍手）

ションテ・タッカー氏: 火星の表面に到着すると、その環境で探査機が実際に観測している温度を確認することができました。 これは、Curiosity とその後の Perseverance に必要なデータ ポイントを実際に提供してくれたので、本当に素晴らしかったです。

（音楽）

ナレーター: ソジャーナー、スピリット、オポチュニティーはすべて、最も太陽光が当たり、極端な温度変化が最も少ない火星の赤道の近くに着陸しました。 探査機キュリオシティが開発されていたとき、NASA は探査機が火星のどこに行けるかについて、より柔軟な対応を望んでいました。 再びサバ・バックスです。

[25:12] Sabah Bux: RTG を使用することの良い点は、太陽光発電では行けない場所にも行けることです。たとえば、一年の一部で日照量が少ない火星の高緯度地域などです。 私たちはそれらの地域に行くミッション、あるいは火星の冬の間活動するミッションを望んでいます。 スピリットとオポチュニティ、火星の冬になると、探査機は静かになりました。 対 Perseverance と Curiosity は RTG を使用しているため、継続的に実行されます。

ナレーター: RTG は、火星のすべてを覆うタルカムの粉のような塵に対して、ソーラー パネルほど脆弱ではありません。 ソーラーパネルはスピリットに6年以上、オポチュニティには15年近く電力を供給していましたが、塵のため発電能力が制限されることがよくありました。

サバ・バックス氏: 火星で塵がひどくなったり、太陽電池に大量の塵が付着したりすると、出力が低下します。 私たちはスピリットとオポチュニティに非常に幸運でした。たくさんの暴風雨が砂埃を吹き飛ばすほどでした。

[26:09] (効果音：暴風雨)

Sabah Bux: つまり、Spirit と Opportunity は 90 日間しか続かないはずでした。 太陽電池でこんなに長持ちするなんて驚きです。 しかし残念ながら、ある時点で埃が多すぎました。 スピリットとチャンスよ、安らかに眠ってください。 彼らは生き残れませんでした。

（効果音：暴風雨）

Sabah Bux: しかし、RTG を使用すると、砂嵐についてはあまり問題になりません。 彼らは進み続けることができます。 したがって、Curiosity は過去 10 年間火星で活動しており、現在、Perseverance も同じくらい長く続くことを期待しています。

ナレーター: Curiosity と Perseverance は探査車の電力システムの変化を示しましたが、RTG を使用した最初の火星ミッションではありませんでした。

Sabah Bux: バイキング着陸船の頃から火星に RTG が設置されており、「SNAP-19」RTG として知られるものが使用されていました。

[27:07] ナレーター: SNAP は「原子力補助電力システム」の略です。 SNAP-19 RTG は NASA の最初の放射性同位体電力システムで、1968 年に地球の気象を監視するニンバス III 衛星に使用されました。 1976 年にバイキング 1 号と 2 号が火星に着陸したとき、SNAP-19 RTG は 3 か月持続する予定でしたが、実際には長年にわたって運用されました。 NASA は現在、ミッションの目標と目的地に応じて、さまざまな宇宙船でさまざまなタイプの RTG を使用しています。

Sabah Bux: Curiosity と Perseverance は両方とも、マルチミッション放射性同位体熱電発電機 (MMRTG) として知られるものを使用しています。 つまり、「マルチミッション」とは、真空の宇宙空間でも、実際に加圧された惑星大気上でも使用できることを意味します。 マルチミッションは、GPHS-RTG またはマルチ百ワット RTG として知られるものに対して、両方を行うことができます。それらは真空の宇宙でのみ使用できます。

[28:12] そして場合によっては、使用されているテクノロジーに関係していることもあります。 興味深いことに、Perseverance と Curiosity では、熱電材料という点で、バイキング時代に使用していたものと非常によく似たテクノロジーを使用しています。

ナレーター: 熱電材料は、プルトニウム 238 から放出される熱を探査機が使用できるエネルギーに変換する RTG の部品です。

Sabah Bux: 熱を電気に変換する材料にはさまざまな種類があります。 金属も使用可能です。 これは、熱を測定するために熱電対として知られるもので実際に使用されるものです。たとえば、オーブンでは熱電対が使用されます。 したがって、金属を使用することは間違いなく可能ですが、それほど効率的ではありません。

したがって、熱電材料に関して求めている特性は、非常に電気を通しやすい金属の導電率、そしてガラスやセラミックの熱特性です。 セラミックは金属の逆で、電気を通さないため、通常は絶縁体です。

[29:11] 私たちがやりたいことは、電気を送りたいのですが、熱い側を熱く、冷たい側を冷たく保つことです。

（音楽）

サバ・バックス: つまり、銅の鍋のようなものだと考えてください。 誰もが知っているように、銅は電気の良導体です。 銅の鍋をコンロの上に置くと、すぐに熱くなってしまいます。 それは銅の高い熱伝導率によるものです。 熱が本当によく伝わります。

たとえば、砂のスペクトルの反対側に行くと、たとえばビーチにいるとします。暑い日には、砂の上の層は本当にとても暑いですが、下の層はレイヤーは冷たくていいですよね？ 砂は熱をあまり伝えません。

私たちは、この 2 つのクラスの材料の完全なハイブリッドのようなものを作りたいと考えています。それは半導体として知られるクラスのものです。 また、半導体は金属とセラミックの中間に位置するため、熱電変換​​に最適なある程度の電気伝導性と熱特性を備えています。

[30:03] ナレーター: サバさんは南カリフォルニアで育っている間に、科学に対する興味が冷たいものから熱いものに変わりました。

サバ・バックス：興味深いことに、私は若い頃科学が嫌いでした（笑）。 理科が大嫌いで、高校の化学は苦手でした。 そして、さまざまな人が私を助けようとしてくれましたが、私はそれを理解することができず、本当にイライラしていました。 そして突然、私の脳内で電球が点灯しました。

(効果音: スイッチがオンになる、電球のハム音)

サバ・バックス: 実際のところ、それは熱の問題でした。 興味深い – おそらくこれはすべて一緒です! それは反応熱についてでした。 突然、カチッと音がしました。 それを見て、「ああ、これは簡単だ」と思いました。 それで終わりだ。 わかった。 それで、その後、化学が私にとって意味のあるものになったので、それを追求し続けました。

数年前に遡ると、高校を卒業したばかりで、大学に入学しようとしていた頃、自分が何をしたいのかよくわかりませんでした。 そして私は JPL のオープンハウスに来ました。NASA にはずっと興味がありました。

[31:02] (音楽)

Sabah Bux: それで、私は歩き回っていて、電力システムについて話しているこのブースに行きました。 そのうちの一人は、エアロゲルとして知られるこの素晴らしい素材について話していました。

エアロゲルは非常に多孔質な固体材料であり、その孔は空気で埋め戻されています。 つまり、99.9%が空気で、そのうちの0.1%が固体ということになります。 つまり、超超軽量であり、空気を多く含むため、優れた断熱素材となります。

それで、彼はそれを差し出しました、そしてそれは固体の煙のように見えました。 しっかりとした雲のように見えました。 それはまさに最高にクールなことだった。 そして私は「わあ、それはすごい」と思いました。 そして、私が興味を持ってそれを見ているのを見て、彼はこう言いました、「それを抱きたいですか？」 「本当ですか？」って感じです。 それで彼は私にそれを持たせてくれました。 それは、「すごい、材料、化学、エアロゲルだ」という大きな転換点でした。 10 年が経ち、私は彼と一緒に熱電工学の研究室で働くことになりました。

[32:03] ナレーター: サバ州は現在、エアロゲルやその他の先端材料を使用して、原子力発電所がエネルギーを生成する方法とは異なるプロセスで、放射性同位体の熱を宇宙船用の電気に変換しています。

サバ・バックス: 「核」という言葉を聞くと、ほとんどの人の脳は自動的に核兵器や原子力発電所のことを思い浮かべます。 これらは核分裂反応、つまり原子の分裂であり、非常に強力です。 原子炉で言えば、私たちは超高エネルギー状態にあり、放出する必要がある大量のエネルギーが蓄積されており、それを発電のために回収します。

放射性同位体の場合、エネルギーはそれほど高くありません。 そして、それは自然発生的な核分裂です。つまり、原子炉を生成するわけではなく、熱とアルファ線以外に大量の過剰なエネルギーを生成するわけでもありません。

ポップコーンのようなものです、ポップコーンを加熱しようとすると、ポップコーンにはエネルギーが満ちていて、ポップを気に入ろうとします。それは核分裂炉のようなもので、ポップコーンが弾けると、 "ポップ！"

[33:06] (効果音 – ポップコーンがはじける音)

Sabah Bux: 大量のエネルギーが放出されますが、小さな穀粒は温かい油の中に置かれているようなもので、ただ調理されるだけです。

ナレーター: 次に映画館に行くときは、ポップコーンを原子力発電の小さな破裂と考えてください。袋の底には破裂しなかった粒が入っていますが、非常に熱いので火傷をする可能性があります。舌 – 火星探査車を動かし続ける燃料として。

（音楽）

ナレーター: Curiosity and Perseverance のポップされていない熱いカーネルから放出されるアルファ線は、遠くまで移動したり、ほとんどの物質を貫通したりすることができない正に帯電した粒子で構成されています。 しかし、アルファ粒子が吸入されたり、飲み込まれたり、傷口から血流に入ったりすると、有害になる可能性があります。 このような暴露の可能性を減らすことが、プルトニウムがコーヒーマグによく似たセラミックの形状である理由の 1 つです。 また、頑丈な材料の層に囲まれており、RTG と探査機を結合するために費やすことができる時間は厳しく制限されています。

[34:15] Sabah Bux: RTG を統合する際、個人の暴露レベルを監視しています。 つまり、アルファ線は比較的安全です。 紙一枚でブロックできる。 ただし、必要以上に人々をさらさないようにしたいと考えています。

ナレーター: RTG は探査機に搭載される最後の部品で、火星への飛行のために探査機がロケットの頂上に置かれた後、発射台に追加されます。 この熱い岩石は、RTG を探査車の所定の位置にボルトで固定するための特殊なグラップル (オーブン ミットと暖炉の火かき棒のハイテク バージョン) を使用して非常に慎重に扱われます。 そして、ロケットが発射を待っている間、車のラジエーターによく似た冷却システムが宇宙カプセル内に熱が蓄積するのを防ぎます。

[35:08] RTG は強力ですが、電力を生成するのにあまり効率的な方法ではありません。 RTG からの 2,000 ワットの熱のうち、電気に変換されるのはわずか約 100 ワットです。

Sabah Bux: 従来の放射性同位元素発電システムは、非常にうまく機能します。 非常に頑丈で寿命が長く、NASA は 50 年以上にわたって使用してきました。 しかし課題は、大量の熱損失があることです。 効率は約 6% 程度です。 そこで私たちがやろうとしているのは、それらの効率を 10 ～ 20% 向上させ、より多くの科学を行ったり、太陽系の他の部分を探索したりするためのより多くの電力を得ることができるようにすることです。

ナレーター: サバ州は特に火星探査車の電力に重点を置いているわけではありません。 その代わりに、彼女は NASA のすべての宇宙ミッションのための電力システムを改善しています。

Sabah Bux: RTG が不可欠な外惑星へのミッションでは、将来的に RTG に対する大きな需要があります。 したがって、天王星と海王星、おそらく他の海洋世界へのミッションです。 また、JPL で開発されたコンセプトには、RTG を利用して実際に氷を溶かしてエウロパやエンケラドゥスの海に到達するというものがあります。

[36:21] したがって、私たちが現在行っていることは、将来の私たちのミッションに大きな影響を与える可能性があり、その一員であることは本当に爽快です。

（音楽）

ナレーター: どのような力を使用するかは、ミッションの目的によって決まります。 たとえば、NASA の次の火星ミッションでは、RTG ではなく太陽光発電が使用されます。 パーサヴィアランスが現在収集している岩石サンプルの回収を計画している火星サンプルリターンミッションは、長期にわたる滞在ではなく、迅速かつ的を絞った作戦となることが予想されている。

Sabah Bux: RTG のせいでミッションを失ったことはありません。 それは常に別のものでした。 しかし、コストが大きな制限となります。 RTG よりも安価で非常に強力な太陽光発電を選択する方が理にかなっているかどうかは、ミッション クラスと科学の目標、そしてそこから何を得ようとしているかによって異なります。

[37:18] ナレーター: NASA の 5 台の火星探査機すべての設計を手伝ったションテは、力のバランスが機能することを確認する必要がありました。 システムの一部が過負荷になると、探査機だけではなく、バーンアウトにつながる可能性があります。

ションテ・タッカー: その家族の肖像画を見て、「なんてことだ、あれからあれに辿り着いたのか? なんとまあ」と思うでしょう。 しかし、「これで十分だ。さあ、行こう」というところまでは決して到達しません。 立ち止まらないために、私たちは時々一生懸命働いてしまうことがあります。 私たちは、「これができるなら、きっとこれもできるだろう。そして、これをやるなら、絶対にこれをやらなければいけない」と思っています。 そしてあなたは、「おい、私はここ一ヶ月ほど自分のまぶたの内側を見ていない。ここで私を殺すつもりだ。」と言います。 「そうだね。でも、すごくクールになるよ！」 （笑）だから、手放すのが難しいこともあります。 そして時々、あまりにも多くのことを申し込みすぎて、それでもすべてを終わらせなければならないため、最終的には地面にぶつかってしまうことがあります。

[38:16] JPL での不気味な夜、私は宇宙船組立施設から歩いていました。 本当に、本当に遅かったです。 そして、あなたがとてもとても疲れていて、まるで何かを見ているようで、あなたもとても疲れているのと同じように、私は疲れ果てていました – 完全にカフェインが入っていて、同時に疲れ果てています。 それで、機械工場に向かって歩いていると、ドーンという音が聞こえてきました。

(金属製のドアが閉まる効果音)

ションテ・タッカー: そして、私は「何ということだ、何だ、これは何だ?」という感じです。 そして、「クシュッ」という音が聞こえます。

（効果音：金属片が落ちてくる）

ションテ・タッカー：「なんてことだ！」って感じです。 そして、私は震えてパニックになり、「何が起こっているの？」と思います。 それで空を見て「これで終わりだ！」って思ったんです。 完全にびっくりしてしまいました。 そして、それは技術者の一人がドアを勢いよく開け、金属の削りくずが入った巨大な容器を取り出してゴミ箱に捨てたのだと気づきました。

[39:04] (効果音:金属片の落下)

ションテ・タッカー: そして、そのとき、身体が「もう終わった」と言っている時点があることに気づきました。(笑) あなたはクレイジーな街に到着したので、ハードウェアの近くにいるべきではなく、何かをすべきではありませんあなたや他の人の安全に関わることになります。」 私は「わかった、正式に幻覚を見ているんだ、もう家に帰る時間だ」と思った。

私たちはより良いライフワークバランスを確立する必要があるので、それは私にとって大きな気づきでした。 今では、その一部は自分自身が招いたものです。なぜなら、私たちは「これをやり遂げるまで帰らない」と言っているからです。 そしてあなたは、「おい、それは空から降ってくるわけじゃない。明日にはわかるだろう。」と言うのです。

そして人々は、「ああ、あと 1 週間あれば、これはとても素晴らしいことだろう」と考えています。 しかし、火星ミッションに取り組んでいるとき、火星に到達する機会の窓について考えると、ご存知のとおり、惑星の推進力と配列に基づいて、2年に1回と同じように2か月しかありません。 そしてそれをうまく機能させなければなりません。 これは単に周回するだけの地球周回船とは異なり、「えー、来週行きましょう、えー、来月行きましょう」という感じです。 惑星間を移動するときは、そのような選択肢はありません。 それで、人々は本当に本当に一生懸命働くことになります。

[40:10] (音楽)

ナレーター: 火星探査機での作業は消耗することが多いですが、これらのミッションが達成するすべてのことを考えると、ションテは再び活力を取り戻します。

Shonte Tucker: 科学が私たちに既成概念にとらわれずに考え、クールなものを設計する理由を与えてくれるのが本当に大好きです。 そして私は、JPL、そして NASA 全体が、あなたが理解できることをはるかに超えて考え、私たちがこれらの素晴らしいソリューション、つまりどこかに行って、これまでにやったことのないことをすることから生まれたこのテクノロジーを思い付くことが本当に大好きです。 別の惑星で探査機がクールなことをしていることは別として、それが私が火星について非常に興奮する理由です。

[40:54] そして、人々がいる部屋にいるだけで、髪を抜く準備ができていて、頭を下げている状態です。 「誰かここでコーヒーを買ってきて！」みたいな感じです。 そして、あなたは問題を徹底的に調べて解決しています。 それは私がとても情熱を持っていることなのです。

ナレーター: 私たちは NASA のジェット推進研究所のポッドキャスト「On a Mission」です。 このエピソードは、NASA のグレン研究センターと米国エネルギー省の協力により制作されました。 このエピソードが気に入ったら、お気に入りのポッドキャスト プラットフォームでフォローして評価してください。また、NASA の他のポッドキャストも必ずチェックしてください。これらはすべて、NASA dot gov、スラッシュ、ポッドキャストで見つけることができます。

(エピソードの長さ = 41:32)

NASA/JPL-カリフォルニア工科大学

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