ドーン
DAWN

一つの探査機で二つを周回する

通常、天体を周回するには大きな速度変更が必要になる。 まして、ひとつ目の天体を周回してから離脱し、別の天体へ行き、また周回するのは非常に重い要求である。 ドーンはイオン推進によってこの制約を破った。 推力は紙一枚を押す程度でも、何年も噴射を続ければ大きな速度変化になる。 ドーンは「低推力を長く使う」ことで、二つの世界を同じ探査機で比較した。

ベスタはできかけの惑星

ベスタは小惑星と呼ばれるが、内部で分化が進んだ原始惑星に近い性格を持つ。 ドーンはベスタの巨大な南極盆地、玄武岩質の表面、隕石との関係を詳しく観測した。 地球に落ちてくるHED隕石の母天体としての理解も深まり、実験室の隕石と小惑星帯の天体が結びついた。

ケレスは氷を含む準惑星

ケレスはベスタより大きく、より水や揮発性物質に富む天体である。 ドーンはクレーター内の明るい斑点や、塩類を含む堆積物、氷に関連する地形を観測した。 小惑星帯の内側に、乾いた岩石天体だけでなく、氷と塩水の履歴を持つ世界があることを示した。

比較することの強さ

ベスタとケレスは、同じ小惑星帯にありながらまったく違う進化をたどった。 ベスタは熱く乾いた岩石質の原始惑星、ケレスは氷と塩類を抱えた準惑星。 一機が両方を同じ観測思想で見たことで、太陽系初期の温度、材料、形成場所の違いが比較しやすくなった。

ケレスの周りで眠る

ドーンはヒドラジンを使い切り、地球へアンテナを向ける姿勢制御ができなくなった。 そのため通信が失われ、ミッションは終了した。 探査機はケレス周回軌道に残されており、惑星保護の観点から、長期間ケレス表面へ落ちにくい軌道が選ばれていた。

探査技術そのものの実証

NASAはDawnを、単なる遠距離探査機ではなく「本格的に惑星間を旅する宇宙船」と位置づけている。これは単に距離が遠いという意味ではなく、イオン推進、長期航法、重力アシスト、低推力での捕獲・離脱を組み合わせ、同じ探査機を二つの周回機として働かせた点にある。 Dawnは科学成果だけでなく、低推力探査の設計が実際に惑星科学の対象を増やせることも示した。

低推力を前提にした機体

Dawnの中心は、30 cm級のキセノン・イオンスラスタを3基積んだ推進系である。実際に同時に噴射するのは主に1基で、残りは長いミッションを支える冗長性になる。推力は約90 mN級と小さいが、比推力は高く、化学推進だけでは難しい総速度変化を、何年もかけて少しずつ積み上げられた。

その代わり、機体全体は電力に強く縛られる。大きな太陽電池パネルは、地球近傍より太陽光が弱い小惑星帯でもイオン推進と観測機器を動かすためのものだった。短時間で大きく曲がる探査機ではなく、航路を早くから決め、噴射、惰性飛行、重力アシスト、捕獲の順序を長期計画として組む探査機だった。

観測系も比較を意識している。フレーミングカメラ、可視・赤外マッピング分光計、ガンマ線・中性子検出器を同じ機体でベスタとケレスに向けたため、岩石質の原始惑星と、氷・塩類を含む準惑星を、装置差ではなく天体差として比べやすくなった。Dawnの設計価値は、単に「二つ行けた」ことではなく、同じ物差しを二つの世界へ持ち込んだことにある。

終了時の扱いも設計判断の一部だった。ヒドラジンが枯渇すると地球へアンテナを向けられなくなるため、Dawnはケレス周回軌道で通信を失った。水や有機物の可能性がある天体をすぐ汚染しないよう、探査機を表面へ短期間で落とさない軌道に置いた点も、ミッションの最後まで科学目的と惑星保護が結びついていたことを示している。