ガリレオ探査機
GALILEO

木星に「住み込む」初の探査

パイオニアやボイジャーは木星を通過して大きな成果を得たが、ガリレオは木星を周回した。衛星フライバイを繰り返し、軌道を変え、同じ天体を別の条件で観測できるようになった。NASAは、ガリレオを木星を周回した最初の探査機として紹介している。

大気プローブを木星へ落とす

到着時、ガリレオのプローブは木星大気へ突入し、雲、風、組成、圧力、温度を直接測った。巨大惑星の大気は遠隔観測だけでは分からない。プローブは短時間で失われるが、その間に得る現場データは非常に濃い。

エウロパが海の世界になった

ガリレオはエウロパ表面のひび割れた氷地形や磁場データから、地下に液体の海がある可能性を強めた。後のEuropa ClipperやJUICEへ続く、氷衛星探査の大きな出発点になった。

故障したアンテナで、なお運用する

ガリレオは高利得アンテナの展開に失敗し、予定どおりの高速通信ができなくなった。それでも低利得アンテナ、データ圧縮、観測計画の工夫で大量の科学成果を返した。探査機運用の粘りが、ミッションの価値を救った例である。

木星系を34周する実験室

ガリレオは木星周回軌道に入った後、ミッション全体で34周回し、イオ7回、エウロパ11回、ガニメデ8回、カリスト8回、アマルテア1回の主要衛星フライバイを行った。衛星の重力を使って次のフライバイ条件を作り、木星磁気圏の中で同じ世界を何度も違う角度から調べた。

木星へ行くまでにも発見があった

打上げ後すぐ木星へ直行したわけではない。金星、地球、地球の順に重力アシストを受けるVEEGA航路を使い、その途中で小惑星GaspraとIdaを観測した。Idaでは衛星Dactylが見つかり、小惑星にも衛星があることを実画像で示した。目的地へ向かう航路そのものが、すでに太陽系探査になっていた。

回る観測装置と、見据える観測装置を分担する

ガリレオは、機体の大部分を約3 rpmで回すローターと、電動のスピン軸受で逆回転させて宇宙空間に対し静止させるデスパン部を組み合わせた。MAG、PLS、PWS、EPD、DDSなどは回転を利用して周囲の場と粒子を走査し、SSI、NIMS、UVS、PPRはデスパン部の走査台から衛星表面を狙う。ローターのスタースキャナが方位と回転を測り、デスパン側のジャイロが精密な旋回と指向を支えた。単なる安定化方式ではなく、観測装置ごとの「動きたい／止まりたい」を機体構造にした設計である。

高利得アンテナの代わりに、記録・圧縮・地上受信を作り直す

4.8 m高利得アンテナが完全展開しなかったため、木星からの科学データは低利得S帯アンテナで送らざるを得なかった。そこで衛星接近中のデータをテープレコーダへ集め、搭載計算機で選別・圧縮し、接近後の長い軌道区間を使って少しずつ送った。地上ではDeep Space Networkの複数アンテナを組み合わせ、符号化と受信処理も改良した。通信機単体の代替ではなく、「観測 → 記録 → 圧縮 → 低利得送信 → 地上復号」という経路全体を再設計して科学を救った。

推進系は捕獲と34周の形を作る

推進モジュールはMMH燃料と四酸化二窒素酸化剤を使う400 N主エンジン1基と、10 Nスラスタ12基を備えた。1995年12月7日、周回機はプローブ信号の中継を終えた後、主エンジンを49分間噴射して木星へ捕獲された。その後はスラスタで指向と軌道を微調整し、ガニメデ、カリスト、エウロパなどの重力アシストで次の衛星遭遇を組み立てた。推進剤だけで34周すべてを作るのではなく、衛星群を航法の一部として使った。

大気プローブは、母機と分かれて初めて完成する

円錐形プローブは1995年7月13日、木星から約8000万 kmの地点で分離された。周回機は2週間後に400 N主エンジンで進路をずらし、自分は大気へ落ちずにプローブの信号を受ける幾何へ移った。12月7日、プローブは秒速47.6 kmで大気に入り、ASI、NMS、HAD、NFR、NEP、LRDなどで構造、組成、ヘリウム量、放射、雲、雷・風を58分間測った。プローブだけでは地球へ届かず、周回機のRadio Relay Hardwareが受信・記録して初めて一つの観測系になる。

RTGと終端処分までが木星機の設計

太陽光の弱い木星で、2基のRTGが電力を供給した。磁力計を機体の磁気雑音から遠ざける11 mブーム、強い放射線下での復旧運用、プローブ分離時の10 rpm全体スピンも、長期滞在に必要な工夫だった。最後は推進剤が尽きて制御不能になる前に木星衝突軌道へ入れ、地下海の可能性があるエウロパを汚染しないよう2003年9月21日に大気へ突入した。機体の終わらせ方も、ガリレオ自身の発見に応じて決まったシステム設計である。