メッセンジャー: 謎の惑星を訪れた最初の探査機

科学的目的

使命メッセンジャーNASA によって 2004 年に開始された (水銀表面、宇宙環境、地球化学および測距) は、水星の内部構造、表面地質、磁場、および大気圏を研究することを目的としていました。 この探査機は、2011 年 3 月 18 日に軌道に入る前に、地球、金星、水星自体によるいくつかの重力補助を使用しました。

その結果、硫黄が豊富な地殻、惑星半径の80%以上を占める金属核、北に20%シフトした非対称磁場、ナトリウム、カリウム、酸素で構成される外気圏が示された。

水星への接近は困難

水星は太陽に最も近い惑星で、平均距離は約 0.39 天文単位です。この接近は太陽の重力が非常に高いことを意味しており、軌道投入にはエネルギーコストが非常に高くなります。

探査機を水星の周りの軌道に配置するには、水星に向かうだけでは十分ではありません。探査機が太陽に直接投影されないように、太陽に対する探査機の軌道速度を下げることも必要です。直接ブレーキに必要なデルタ v は 15 km/s を超え、従来の化学スラスターの能力をはるかに超えます。

したがって、メッセンジャーのようなミッションでは、重力アシスト軌道エネルギーを徐々に減らして安定した軌道に到達するために、地球、金星、水星自体の近くに移動します。この戦略により、燃料消費量を削減し、プローブの質量制限内に維持することが可能になります。

さらに、強い太陽放射に長時間さらされると、プローブには高度な熱保護が必要になります。たとえば、メッセンジャーは、機器を動作温度範囲内に保つために、熱シールドと特別に調整可能なソーラーパネルを使用しました。

注： :
太陽の引力、高い初速度、熱的制約の組み合わせにより、水星は宇宙ミッションで到達するのが最も困難な惑星の 1 つとなっています。各操作は、燃料消費と熱保護のために最適化する必要があります。

軌道と軌道力学

水星の接近には、太陽の引力のため、並外れたエネルギー制御が必要でした。 探査機は 79 億 km 以上の複雑な旅をしました。 速度補正は数百 m/s 程度であり、重力の補助により最適化されました。 エネルギー/質量比は \( \Delta v \about 15 \, \text{km.s}^{-1} \) 未満に保つ必要がありました。

注： :
ザエネルギー/質量比宇宙航行学では、比エネルギー、つまり質量単位あたりの速度の変化 (\( \Delta v \)) を表します。メッセンジャーの場合、水星の周りに位置するために軌道エネルギーを減らすには、比エネルギーを約 1 減らす必要がありました。30 km²/s²、または数 km/s のブレーキ。この制約は、連続的な重力補助を使用することによってのみ尊重されます。

水星の回転

水銀は入っていない同期回転地球と月のようなもの。

水星が潮汐によって完全にブロックされている場合、水星は常に太陽に対して同じ顔を見せます (1:1 同期回転)。

しかし、1960 年代に行われたレーダー観測では、より速く回転していることが示されました。58.65 地球日それ自体をオンにするために。

太陽の周りの公転が続くにつれて87.97 地球日、共鳴が得られます3:2：2回転で3回転。

これは、毎年同じ水星の子午線が太陽に面していることを意味します。2 公転周期(約 176 地球日)。

この共鳴は、潮汐力と潮汐力との間の妥協の結果です。軌道離心率水銀の (\( e \約 0.206 \))。関連する重力ポテンシャルは、1:1 よりも 3:2 の安定状態に有利​​です。

水星への宇宙ミッション

出典:NASA – メッセンジャーミッション、ESA – ベピコロンボ。