NASAの深宇宙探査機「プシュケ」は、火星の大胆な接近飛行を実施する準備を進めている。それは、火星の重力の「スリングショット」効果を利用して、太陽系で最も特異な金属小惑星の一つである、同じ名前「プシュケ」の小惑星に向かって加速する予定です。東部時間5月15日金曜日、探査機は火星の表面からわずか約2,800マイル（約4,500キロ）の高度を時速約12,300マイル（約19,800キロ）の速度で通過する。飛行軌道を変更し、速度を上げることで、主要な小惑星帯への長い旅に重要な後押しを提供します。
「霊神」探査機は、2023 年 10 月 13 日に打ち上げられました。探査機は太陽電気推進とキセノンガスを利用してゆっくりと加速を続け、複数年にわたるミッション中に徐々に速度を上げていきます。火星の重力支援により、ミッションチームは推進剤の消費を大幅に節約しながら、十分な速度と軌道傾斜角の変化を得ることができ、その後の探査機が目標の小惑星に到達できるようになります。このタイプの惑星フライバイは、軌道設計における重要なリンクであるだけでなく、エンジニアや科学者に、最終目標に到達する前に飛行制御システムと科学的ペイロードを包括的にテストおよび校正する貴重な機会を提供します。
今後のフライバイ中に、「サイキア」のミッションチームは、マルチスペクトルイメージャを使用して火星の数千回の観測を実施し、画像データとスペクトルデータを取得して画像システムの性能を検証し、小惑星軌道でのその後の観測戦略を最適化する予定である。探査機はフライバイの前に画像を送り返し始めた。 5月7日以降に公開された最初の「生」画像では、火星はまだ遠くの星空にかすかな光に過ぎない。後続の技術者は、フライバイ中に撮影された多数の画像を明るさとコントラストを調整して処理し、数週間以内に接近飛行プロセス全体を示すタイムラプスシーケンスを作成する予定です。
フライバイの正確な実施を確保するため、ミッションチームは2月23日に軌道修正操作を実施した。探査機は約12時間継続的に発射され、飛行軌道を微調整し、速度をわずかに上げて、5月に火星に到着するときに計画通りに所定の高度から飛行できるようにした。ミッション計画責任者のサラ・ベアストー氏は、飛行管制チームが5月中に探知機が実行する必要のあるすべての操作をフライトコンピューターに書き込んだと述べた。 「今回は初めて飛行中に『数ピクセル』よりはるかに大きなターゲットを使ってカメラを校正できるだけでなく、他の科学機器も観測に参加できるようになりました。」
「プシュケ」は火星の夜側から接近しているため、探査機から見える火星の姿は、地上でおなじみの「完全な赤い円盤」とは異なります。ミッションイメージャーのリーダーであるジム・ベルの説明によると、探査機は非常に高い「位相角」で火星に接近している、つまり「夜側から火星に追いつき、かろうじて太陽光に輪郭を描かれた細い三日月しか見えない」という。接近の前後に、探査機はまず細い「火星の三日月」を目にします。フライバイの後は、「完全な火星」に近い景色を眺めることができるでしょう。これは、イメージング システムのキャリブレーションに役立つだけでなく、非常に装飾的な写真を大量に生成することも期待されます。
科学者たちは、この機会を利用して、火星の周囲に存在する可能性のあるかすかな塵の輪を検出することにも興味を持っています。研究では、火星の2つの小型衛星、フォボス（フォボス）とダイモス（ダイモス）が微小流星に継続的に衝突すると、微細な塵粒子が宇宙空間に放出され、火星の軌道近くに薄い塵の「リング」または「環状雲」が形成されるのではないかと推測されている。飛行中の照明角度が適切であれば、これらの塵は「スピリットスター」による画像データの処理で明らかになり、火星の小型衛星とその微環境を理解するための新たな手がかりとなることが期待されます。
このフライバイは単なる画像実験ではなく、学際的な総合観測演習でもあります。探査機の磁力計は火星の磁場と太陽からの荷電粒子との相互作用を記録すると期待されており、ガンマ線および中性子分光計はフライバイ中の宇宙線束の変化を監視し、その後の小惑星軌道における高エネルギー粒子や表面物質の検出に向けた経験を蓄積することになる。さらに、このイメージャは「衛星探索」モードも実行し、小惑星「プシュケ」到着後に潜在的な超小型衛星をより効率的に探索するために、火星の周囲で「超小型衛星探索」と同様の観測演習を実施する予定だ。
科学的な成果は期待できるものの、ミッションチームは、今回のフライバイの主な目的は依然として「火星の力を借りる」ことであると強調した。プロジェクトの主任研究者であるリンディ・エルキンス・タントン氏が述べたように、フライバイの根本的な理由は「火星から少しの助けを得て飛行を加速し、小惑星プシュケの方向に軌道を傾けること」だという。これに基づいて機器のテストと校正を正常に完了できれば、それは「おまけ」になります。
フライバイ中、ミッション管制センターはNASAの深宇宙ネットワーク(DSN)を通じて「プシュケ」から送り返された無線信号を綿密に追跡し、フライバイの影響を正確に評価する。検出器の速度の微妙な変化は、無線信号のドップラー周波数シフトに反映されます。これに基づいて、技術者はフライバイ後に新しい軌道パラメータを迅速に反転し、検出器が主小惑星帯に正確に向かっているかどうかを確認できます。チームはまた、火星周回衛星と地上局との共同観測を通じて、惑星の重力支援プロセスにおける将来の深宇宙ミッションの軌道測定と航法戦略をさらに最適化したいと考えている。
現在火星の近くで運用されている複数の宇宙船が連携してこの運用を支援する予定だ。これらには、NASAの「マーズ・リコネッサンス・オービター」（MRO）、オービター「マーズ・オデッセイ」、火星の表面で活動する2台の火星探査機「キュリオシティ」と「パーサヴィアランス」が含まれる。欧州宇宙機関（ESA）の「マーズ・エクスプレス」や「エクソマーズ・トレース・ガス・オービター」も観測・測定に参加する。科学者らは、「霊神」がフライバイ中に得た観測データと、火星への既存のミッションによって長年にわたって蓄積されたデータを比較して、「霊神」科学機器の校正をさらに改善し、火星に近づく将来の探査機が通信およびナビゲーションのソリューションをより適切に設計できるようにすることを計画している。
ミッション計画によれば、探査機「プシュケ」は火星の重力によって加速された後、主小惑星帯に向けて突進し続けることになる。 2029年末までにその名を冠した金属小惑星に到着して軌道に入り、この珍しい天体の内部組成と進化の歴史の長期調査が開始されると予想されている。金属を主な研究対象とする初の小惑星探査ミッションである「プシュケ」は、惑星の核に似た古代の残骸を明らかにすることが期待されており、人類が地球型惑星の形成過程や初期太陽系の進化を理解するための前例のない機会を提供することになる。