に好奇心を燃やす計画の背後にある輝き| イノベーション| スミソニアン - 記事、イノベーション、テクノロジー、雑誌、科学、テクノロジー、スペース

火星への好奇心ローバーの着陸に至るまでの数日間および数時間で、その世界的に予想された出来事の背後にある重要人物であるアダム・ステルツナーは、テレビでしばしば見られ、惑星の岩だらけの表面に1時間。好奇心は何百人もの科学者とエンジニアが関与する25億ドルの使命でしたが、Steltznerはその顔となり、ポマードの髪から大きなベルトのバックル、おしゃれなカウボーイブーツ、ロックのファッション感覚まで、彼の大胆な個人的なスタイルで作られましたかつて彼が望んでいたスターであり、中心的なキャスティングの観点から、人々が標準的なNASAエンジニアのレガリアと考えるようになったものからは遠い叫びです。

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アダム・ステルツナーは好奇心の努力の一般的な顔かもしれませんが、彼はチーム全体が着陸を引き離したと断言します。（合成写真：NASA画像;写真イラスト：ブライアンスメール）

ステルツナーはロックバンドで演奏中に彼の召しを見つけました。ある夜、ギグから帰宅して、オリオン座が動いた理由に興味を持ちました。（アダム・セルツナーコレクション）

ローバーのパラシュートの展開を祝います。（ビルインガルズ/ NASA）

ステルツナーと彼のチームは、着陸後の記者会見でヒーローの歓迎を受けます。（ビルインガルズ/ NASA）

火星の表面に好奇心を低下させる「スカイクレーン」のアーティストのレンダリング。着陸シーケンス全体のコード名は「Audacity」でした（NASA / JPL-Caltech）

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それから真実の瞬間が来ました。ステルツナーのチームによって考案され振り付けられた複雑な一連の操縦は、スカイクレーンと呼ばれるホバリング式のロケット駆動の仕掛けによって地上に安全に降ろされるまで、降下ローバーの速度を低下させました。ステルツナーは、地球上の何百万人もの人々と同じように、緊張して監視しているモニターに接着されていましたが、彼の場合、9年間の激しいエンジニアリング作業の頂点であり、NASAのより高いレベルのロビー活動ではありませんでした彼のビジョンは一撃。

「心の奥で、何かがおかしくなるのを待っていました」と、ステルツナーは言います。「私は合理的に自信があり、感情的に恐怖を感じていました。」

彼は一人ではありませんでした。ホワイトハウスの科学顧問であるジョン・ホールドレンは非常に心配していると伝えられており、身体的にほとんど病気にかかっていました。火星は、宇宙探査のバミューダトライアングルです。人間がレッドプラネットに送った41のミッションのうち15のみが成功しています。たとえば、1999年には、NASAの火星気候オービターが大気中で崩壊しました。この失敗は、後に測定単位と英国の測定単位の工学的な不一致に起因しました。

Curiosityの着陸により、エラーマージンはゼロになりました。また、地球と火星の間の無線遅延のため、エンジニアは宇宙船をリアルタイムで制御することができませんでした。代わりに、Curiosityはその降下を自律的に処理します。1秒ごとの操作は、500, 000行を超えるコンピューターコードによって指示されます。 NASAは、この事業を「7分間の恐怖」と呼びました。

Steltznerは、NASAのJet Propulsion Laboratory（JPL）のオフィスからそれほど遠くない、カリフォルニア州アルタデナの自宅で行われた非常に暑い夏の1日で、私が経験したことを思い出します。今日、彼の最年少の娘であるオリーブは病気であり、彼の妻である50歳のステルツナーは自宅で仕事をしており、Tシャツ、ショートパンツ、サンダルなど、よりカジュアルな見た目をしています。

「クレイジー」計画が機能するかどうかについてのメディアによる数か月にわたる憶測の後、2012年8月に好奇心が上陸したことにより、宇宙プログラムの最高の日が遅れているように思われたときに、大いに必要な量の公共の活気がもたらされました。「オバマ大統領は、最も長いオッズでさえ、独創性と決断力の独自の融合に匹敵するものではないことを証明しています」と述べました。または、Stephen Colbertが宣言したように、「We Mars'd it！」ローバーは、これまでに別の惑星に送られた最大で最も洗練された車両です。 Curiosityは17台のカメラで、これまでに撮影した火星の最も詳細な画像（セルフィーを含む）をキャプチャしました。そして、ドリルと100万ワットのレーザーを装備したローバーは、惑星の化学と地質を研究する際に、石の向きを変えない（または蒸発させない）ことはありません。生命に必要な古代の河川敷や化学物質（炭素、水素、酸素など）を発見しました。毎時0.9マイルの速度で移動するモバイル研究室は、来春に主要な目的地に到着し、地球の気候の歴史について長年求められている答えを保持できる粘土堆積物が豊富な高さ3マイルの山であるシャープ山のふもとにゆっくりと登ります。

そして、これらの見事な歴史的な科学と工学の偉業は、高校の幾何学に失敗した男によって可能になりました。

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ステルツナーは、サンフランシスコのすぐ北にあるカリフォルニアのマリン郡で育ちました。「両親は働いていませんでした」と彼は言います。「私の父は、シラースパイスカンパニーから受け継いだ衰退した富の系列の終わりでした。」そのような子供時代にはメリットがありますが、暗い側面もあります。「相続財産」とステルツナーは、「過去は常に未来よりも優れていることを意味します」、つまり子供にとって心理的に暗い見通しです。彼は、演劇クラスと関連する演劇プログラムを除いて、高校のクラスに出席することを頑なに拒否して、彼ができる唯一の領域で反抗しました。 4年生の間に彼は卒業するのに十分な学業をしましたが、高校の卒業証書を手に入れることは決してありませんでした。

彼の父は彼の手を投げ、彼の息子は決して溝掘り以上ではないと断言した。今後数年間、Steltznerは彼が正しいことを証明するために最善を尽くしました。ボストンのバークリー音楽大学で短命を過ごした後、彼はベイエリアに戻り、さまざまな地元のロックバンドでベースギターを演奏しました。しかし、彼は落ち着かないと不満を感じました。彼は自分自身の不安な傾向を認識しました。彼は自分が楽しんでいた活動を見つけるでしょうが、それが真剣になり、コミットメントを必要とする瞬間に、彼の関心は弱まるでしょう。「父が死んでお金を相続するのを待つように訓練されていたという事実に目覚めました」と彼は言います。「私はその考えが好きではありませんでした。私は本当の意味に飢えていました。」

彼は、ギリギリの秋の夜、ゴールデンゲートブリッジ（オリオン星座の素晴らしい眺めを提供するルート）をドライブしながら、彼のパスを1つの秋の鮮明な夜に見つけました。彼はオリオンが夕方の早い場所と同じ場所にないことに気づき、星が動く理由についてさらに学ぶことにしました。彼は地元のコミュニティカレッジで天文学コースに登録し、前提条件として概念物理学コースを受講しました。

ステルツナーは、抽象的なアイデアの夢のような世界に住む知的なディレッタントと説明する父親とは異なり、ステルツナーには実用的な傾向があります。彼は、宇宙がどのように機能するかについての具体的なルールと、現実世界の問題へのそれらのルールの適用という物理学に引き寄せられました。「ここに岩盤がありました」とステルツナーは言います。彼は、自分が所有していたことを知らなかった規律と目的を持って、物理学、数学、工学の研究に身を投じました。「私はそのたわごとを学ぶために修道士になりました」と彼は言います、彼の髪をバズカットに剃って、玄米の上に住んでいます。「私はこれを私の人生の救世主のように見ました。」

Steltznerは、カリフォルニア大学デービス校で工学の学士号を取得し、1991年にカリフォルニア工科大学で応用力学の修士号を取得しました。宇宙船の構造およびダイナミクスグループでの採用に同意するまで、JPL科学者をコールドコールすることで最初の仕事を得ました。最終的に彼はウィスコンシン大学マディソン校でエンジニアリングメカニックの博士号を取得し、学年度中にJPLで遠隔勤務しました。

「私が最初にアダムに会ったとき、彼はエルビス・プレスリーを思い出しました」と、JPLの太陽系探査プログラムのチーフエンジニアであるジェントリー・リーは言います。彼はすぐに、「何をすべきか言われたくないし、必ずしもルールに従うことを望まない創造的な人々の一人」として、Steltznerを同類の精神と見なしました。または彼の個人的なスタイル。「昔から誰かがユニークなエンジニアリングの偉業をすることで有名な場所を持ちたいなら、あなたがあなたの人々をあまりきつく締めないか、彼らがそうでないことを確実にすることを誰かが気づいたと思う仕事を成し遂げることができます。」

ステルツナーは、研究室が「真実をrめる文化を育む」という事実を楽しんでいます。多くのエンジニアは専門分野で習得し、自分が知っていることに固執することを好む一方、ステルツナーは「学習曲線の急な端」と呼ぶものを好む。あまり前例のない技術的なタスクや問題を緩和した男として、自分自身のためにニッチを出しました：「人々は「それは奇妙だ、アダムにそれを与えて、彼がそれで何ができるか見てみましょう」と言い始めました。」

彼はまた、リーダーシップへの贈り物を持ち、すべてのピースがどのように全体に収まるかを見ることができました。そのため、Steltznerは機械工学チームのリーダーとして選ばれ、Curiosityの進入、降下、着陸（EDL）システムを開発しました。これは、ローバーのサイズが大きいため、以前のミッション用に開発された方法が機能しなかったための課題でした。

Steltznerと彼のチームは2003年に3日間ブレインストーミングを行いました。その年の初めに、NASAはそれぞれ400ポンドの2つの火星探査機、SpiritとOpportunityを打ち上げました。 JPLのエンジニアは、ローバーをエアバッグに入れ、惑星の表面で跳ね返り、衝撃を消すために停止するまで転がることで着陸できるようにしました。しかし、そのアプローチは、スピリットやオポチュニティの5倍の重さである好奇心ではうまくいきません。必要なエアバッグは重すぎるため、打ち上げるには費用がかかりすぎます。衝撃はまた、多くの塵を蹴り上げ、ローバーとその繊細な計器の両方を危険にさらします。

その後、Steltznerと彼のチームは、惑星の北極を研究するために2007年に打ち上げられた700ポンドの火星フェニックスランダー用に考案されていたアプローチに注目しました。スラスターロケットは徐々に3脚の着陸機の表面に車両を降ろしました。しかし、大きくて重いCuriosityを上に置くと、3本足の着陸機は不安定になりすぎます。また、フェニックスのロケットよりも強力なロケットが必要になるため、土壌にクレーターが作成され、着陸後にローバーが追い払うのが難しくなります。

最終的に、チームは解決策に到達しました。スカイクレーンです。「アタッチしたまま、一緒に出て、すべての飛行を行います。そして、完璧な垂直飛行をしているときに、地上のすぐ上で展開を行います」とSteltzner氏は言います。

JPLエンジニアが想定した着陸シーケンスの複雑さは、前例のないものでした。最初に、Curiosityを搭載した宇宙カプセルが熱シールドを放出し、超音速パラシュートを展開します。これにより、降下速度が200 mphに低下します。その後、一連のボルトが爆発し、シュートを解放し、着陸装置に取り付けられたローバーを数秒間自由落下させてからロケットスラスタを発射します。着陸装置は高度60フィートでホバリングし、クレーンはケーブルを使用してローバーを地表まで下げました。ローバーが着陸した後、ケーブルカッターはリンクを切断し、クレーンがほこりの多い火星の土壌に衝突する前にそれ自体を投げ落とすことができました。 EDLシーケンスのコード名が「Audacity」だったのはちょっと不思議です。

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NASAは1997年のMars Pathfinderミッションで同様のスカイクレーンシステム（「ロープ上のローバー」と呼ばれる）を簡単に検討していましたが、つなぎ止められた車両は他のすべての上で振り子の力とウインドシアと競合する必要があるため、アイデアを棚上げしました問題。しかし、CuriosityのEDLチームが改良されたデザインの分析を行ったとき、「驚いたことに振り子が振る舞いました」と、ガイダンス、ナビゲーション、および制御のチーフエンジニアであるミゲルサンマルティンは言います。

それでも、他の課題がありました。その大きさを考えると、ローバーにはソフトタッチダウンが必要であり、これには降下中に地形をスキャンしてマッピングするための正確なレーダーシステムが必要でした。 EDLチームは、カリフォルニアのモハーベ砂漠の真ん中にあるヘリコプターにレーダーを取り付けてテストしました。これは、着陸船と同様に、ゆっくりと降下してから表面上をホバリングできます。これが、彼らが砂丘がレーダーシステムのデリケートなセンサーに問題を引き起こす可能性があることを発見した方法です。ヘリコプターのローターは、ローバーのロケットブースターが火星で行うのと同じように、砂粒を打ち上げ、測定に大きな誤差を生じさせました。それまでにレーダーの設計を変更するためにできることはほとんどありませんでしたが、キャリブレーションでこの影響を説明することができました。

これらの予防措置にもかかわらず、事前に着陸シーケンス全体をテストすることは不可能でした。唯一の完全なライブ実験は、ミッション自体であり、JPL制御室で3億5200万マイル離れて監視されました。

第一に、キュリオシティは、火星に推進したロケットの最後のセクション（「クルーズステージ」）を排出しなければなりませんでした。その時点で、燃焼を避けるために、地球の大気にちょうど良い角度で入る必要がありました。クルーズステージの分離後、最初の信号が戻るまでに9分の遅延がありました。好奇心が火星の大気の郊外に到着し、降下を始めていました。当初、このニュースは良くありませんでした：「境界外のベータは壊滅的です。」（翻訳：「好奇心が過度に傾いています。」）

さらに4分間苦しんだ後、次の信号が入り、すべてが正常であることを示しました。好奇心が大気を介してそれを作った。

これで降下と着陸のシーケンスが始まりました。パラシュートが展開され、熱シールドが分離され、レーダーシステムが地面をスキャンしました。フライトダイナミクスとオペレーションリードのアレンチェンは、実況中継を放送しており、スカイクレーンシーケンスの開始を発表しました。「私は本当にそうですか？」ステルツナーは回想します。「9年後、それが起こるでしょう。」

3つの重要なデータを入力する必要がありました。まず、ローバーは、安全に着陸したことを作成者に地球上に伝えるメッセージを送信します。次に、好奇心がクレーターの壁に着陸していないか、まだ接続されている降下ステージによって表面に沿って引きずられていることを確認します。最後に、降下ステージは、ローバーの上に着陸してUHFアンテナを押しつぶすのではなく、計画どおりに飛行する必要がありました。

メッセージが次々と届きました。

「名目上のタンゴデルタ。」

「リム安定」

「UHF良い。」

チェンは、キューで、「タッチダウンが確認された」と発表しました。シーケンス全体がほとんど問題なく終了しました。

「9年間レースを走り、最終的にゴールを切ることを想像してみてください」と語ったステルツナーは、余波は厳しい調整期間だったと認めています。「私の体はどうやって止まるの？私は10年間アドレナリン点滴を受けています。彼の解決策は、次の急な学習曲線に身を投じることです。彼は新しいミッションに割り当てられ、火星でサンプルを収集するだけでなく、それらのサンプルを密閉チューブに詰めて地球に戻すことができる車両を設計しました。彼はまた、木星の衛星の1つであるエウロパに着陸船を乗せるという任務の一部でもあります。エウロパは、メタンの海、氷の表面、激しい放射線の爆発により、火星よりもさらに温和です。ただし、これらのミッションはどちらも初期の予備段階にあります。「彼はまだ次の大きな挑戦を探していると思います」とリーは言います。

ステルツナーは好奇心の努力の公の顔かもしれませんが、彼は着陸を引き離したのは彼のチーム全体だったと断言します。「それはエンジニアリングの美しいことの1つです。それは共同の芸術です」と彼は言います。「私たちはグループとしての活動の産物にすぎません。」彼はチームが解散する日のためにチームを準備しようとしました。「以前の着陸の経験から、私たちが作成したこの美しいコミュニティは、結果に関係なくその夜に消滅することを知っていました」と彼は言います。「私は彼らに、お互いを本当に愛し、その瞬間に生き、カップの奥深くで飲むように言いました。あなたが現在嫌いな人は、彼の声の音が嫌いだからです。あなたは彼を恋しく思うでしょう」