インジェニュイティ

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。 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、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。ヘリコプターは2021年9月5日時点で13回の飛行に成功した。 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。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。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。 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（英語版）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。2021年4月3日に、ヘリコプターは地上に配備され、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。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。2021年4月30日の4回目の飛行で、インジェニュイティは最初の惑星間宇宙船になり、その音は別の惑星間宇宙船であるパーサヴィアランスによって録音されている。 インジェニュイティは、1903年のライトフライヤー号の翼から一枚の布を運び、ライト兄弟の飛行機は、地球上で空中より重い最初の動力付き飛行で使用された。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。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。 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 、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。 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。 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。 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）。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、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。 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。 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 （銘板容量2 Ah ）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。 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。 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。 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。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。 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。 NASAとJPLの関係者は、地球上で最初に成功した飛行機の飛行と同様に、最初のインジェニュイティの飛行を「ライト兄弟の瞬間」と表現した。ライト兄弟の1903年のライトフライヤー号の翼布の小片が、インジェニュイティのソーラーパネルの下のケーブルに取り付けられている。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）の月に同様のライトフライヤー号の遺物を運んだ。 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。これは、国連機関ICAOがジェゼロクレーター用にJZROの空港コードを与え、ドローン自体がIGYのタイプ指定子であるコールサインは「INGENUITY」。 インジェニュイティヘリコプター