NASAの双子探査機ESCAPADE、動力付き地球フライバイに成功 2027年9月に火星へ
2026年11月11日 00:53
NASAの双子探査機「ESCAPADE」が2026年11月7日と9日、地球への接近とエンジン噴射を組み合わせる「動力付き地球フライバイ」に成功した。NASAが火星への出発にこの航法を使ったのは初めてだ。2機は約10カ月かけて火星へ向かい、太陽風が火星の磁気環境や大気散逸に与える影響を調べる。
■2機が地球への接近時に約9分間噴射
先にフライバイを実施したのはBlueで、Goldが2日後に続いた。NASAの発表によると、Blueは11月7日午前5時ごろ、Goldは9日午前6時ごろに、地球への最接近と約9分間の火星遷移軌道投入噴射を完了した。いずれも米東部標準時で、日本時間ではそれぞれ同日午後7時ごろ、午後8時ごろに当たる。
最接近時の高度はBlueが約1000マイル（約1600km）、Goldが約650マイル（約1050km）だった。両機は南オーストラリア上空を通過する際にエンジンを噴射し、地球の重力を利用した軌道変更に推進力を加えた。
NASAが事前に示した計画では、噴射によって速度は秒速約6.3マイルから約6.7マイル、約10.1kmから約10.8kmへ上昇する。増速は時速1000マイル（約1600km）以上に相当する。噴射後の速度なら、ワシントンD.C.からサンフランシスコまでの距離を7分未満で進む計算だ。
NASA本部の太陽物理学部門で飛行運用の副責任者代行を務めるアサル・ナセリ氏は、NASA初の火星向け動力付き地球フライバイを、2日間で2回成功させたと説明した。各探査機の大きさは、標準的な家庭用冷蔵庫ほどだ。
■高速での噴射を生かすオーベルト効果
地球への接近で速度が高まる地点を利用して噴射すると、同じ速度増分でも、低速時より大きく軌道エネルギーを変えられる。この性質が「オーベルト効果（Oberth effect）」であり、今回のような動力付きフライバイを理解する手掛かりになる。
運動エネルギーは速度の2乗に比例する。進行方向へ同じだけ速度を増す場合、噴射前の速度が高いほどエネルギーの増加量も大きくなる。そのため、天体への最接近点付近での噴射は、推進剤を使って効率よく軌道エネルギーを変える方法となる。
エネルギーの収支を考える際には、探査機本体に加え、排出された推進剤の運動も含める。米海軍兵学校の研究者による物理教育誌の論文は、推進剤が噴射前から持っていた力学的エネルギーの一部も、噴射後の探査機のエネルギー増加に寄与すると説明している。
名称の由来は、近代ロケット工学の先駆者ヘルマン・オーベルトだ。コンスタンチン・ツィオルコフスキー、ロバート・ゴダードと並ぶ宇宙航行の先駆者で、1929年の著書『Wege zur Raumschiffahrt』で宇宙航行への応用を論じた。
重力アシスト自体は、深宇宙探査で長く使われてきた。マリナー10号は1974年に金星、ボイジャー1号は1979年に木星、1980年に土星へ接近した。ニュー・ホライズンズも2007年に木星の重力を利用して冥王星へ向かった。ESCAPADEでは、地球への接近時に持続的なエンジン噴射を組み合わせた点が特徴となる。
■待機軌道で打ち上げ時期に柔軟性
ESCAPADEは「Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers」の略称だ。2025年11月13日、米フロリダ州ケープカナベラル宇宙軍基地の第36発射施設から、Blue OriginのNew Glennロケット第2号機で打ち上げられた。当時、地球と火星は太陽を挟んで反対側に位置していた。
火星へ効率よく向かえる打ち上げ機会は、およそ26カ月ごとに訪れる。基本となるのは、地球と火星の公転軌道を楕円軌道で結ぶホーマン遷移の考え方だ。実際の探査機の経路は、打ち上げ日や到着時期、各惑星の軌道を考慮して設計される。
コロラド州ウェストミンスターのAdvanced Spaceが設計したESCAPADEの経路では、まず太陽・地球系のラグランジュ点L2付近を回る、インゲンマメ形の大きな待機軌道へ向かった。L2は地球から約150万km、太陽と反対側にある。両機はほぼ1年かけてこの経路を飛び、火星へ向かうのに適した配置となった2026年11月に地球へ戻った。
Advanced Spaceの主任ミッション設計者ジェフ・パーカー氏によると、この待機軌道と地球フライバイの組み合わせは、ほぼいつでも打ち上げられる柔軟性をもたらすという。打ち上げと火星への出発を別の時期に設定できることが、将来の探査計画で選択肢を広げる可能性がある。
■地球の磁気圏尾部でも観測
待機軌道では、火星到着前の科学観測も実施した。両機は、太陽風によって地球の磁気環境が太陽と反対側へ長く引き延ばされた「磁気圏尾部」を複数回通過している。
NASAによると、ESCAPADEは従来直接探査されていなかった遠方の領域を観測した。ミッションの科学者は、磁気圏尾部に興味深い活動や構造を捉えたと報告しており、観測結果の公表を準備している。
火星へ向かう約10カ月の巡航中も、2機は地球と火星の間を流れる太陽風の変動を調べることができる。火星で使う観測機器を、航行中の宇宙環境の調査にも生かす。
■火星の大気散逸を2地点から調べる
ESCAPADEが目指すのは、太陽から流れ出す荷電粒子の流れ「太陽風」が、火星の磁気環境とどう相互作用し、大気を宇宙へ逃がすのかを理解することだ。太陽風の速度は変動するが、NASAはミッションの説明で時速約100万マイル（約160万km）という代表的な値を挙げている。
火星にはかつて厚い大気があり、地表には川や湖が存在した痕跡が残る。現在の磁気環境は、地殻に残る古い磁場と、太陽風が運ぶ磁場が電離圏との相互作用で形成する誘導磁気圏が組み合わさったものだ。こうした環境を通じて、粒子やエネルギーがどう移動するかを調べる。
NASAが2015年に公表したMAVEN探査機の観測では、太陽風による大気の流出量は毎秒約100gと推定された。太陽嵐の際には流出が増え、若い太陽がより活発だった過去には、流出率も高かったと考えられている。ESCAPADEは、その変動を生む物理過程を詳しく調べる。
BlueとGoldは火星周回軌道で協調して飛行する。異なる地点の観測を組み合わせることで、磁気環境の場所による違いと、時間とともに起きる変化を切り分けやすくなる。主任研究者のロブ・リリス氏は、火星で2機の周回機を編隊運用する初の科学ミッションになると説明している。
各機には3種類の主要観測機器がある。カリフォルニア大学バークレー校宇宙科学研究所の静電分析器は電子やイオンのエネルギーなどを測定し、NASAゴダード宇宙飛行センターの磁力計は長さ2mのブームの先端で周囲の磁場を測る。エンブリー・リドル航空大学のラングミュアプローブは、プラズマの密度や電子温度を調べる。
さらに、北アリゾナ大学の学生が製作した可視光・赤外線カメラも搭載する。NASAのプログラム科学者ミシェル・キャッシュ氏は、太陽風が火星環境に与える影響への理解が、将来の有人探査の計画や準備にも役立つ可能性を指摘している。
■低コスト探査を担うSIMPLEx
ESCAPADEは、低予算で革新的な惑星探査を試みるNASAのSIMPLExプログラムに属し、太陽物理学部門が資金を提供する。バークレー校宇宙科学研究所がミッションを主導し、リリス氏が主任研究者を務める。同研究所はミッション管理、航法、運用、科学データの処理なども担う。
Rocket Labは、カリフォルニア州ロングビーチの施設で2機の設計、製造、組み立て、試験を担当した。同社によると、設計から機体の完成までに要した期間は約3年半だった。CEOのピーター・ベック氏は、惑星間の科学探査をより短期間かつ低コストで進められる実例として、このミッションを位置付けている。
バークレー校のミッション公式サイトは、費用を8000万ドル（約126億円）未満と説明している。Ars Technicaは2025年11月、この費用をNASAの近年の火星ミッションより約1桁低いと報じた。SIMPLExは、低コストと引き換えに高いリスクを受け入れ、技術や探査手法の革新を促す枠組みでもある。
同プログラムでは、先行ミッションが運用上の困難に直面してきた。NASAによると、Q-PACEは打ち上げ後に通信を確立できず、LunaH-Mapは推進系の不具合により必要な軌道変更を実施できなかった。連星小惑星系を調べるJanusは、相乗り先のPsycheの打ち上げ延期で当初の目標へ到達できなくなり、NASAは2023年にミッション終了と機体の長期保管を発表した。
月面の水を調べるLunar Trailblazerは、2025年2月26日の打ち上げ翌日に通信を失い、同年7月31日にミッションを終了した。ESCAPADEの地球フライバイ成功は、低コストの小型探査機で複雑な惑星間航法を実行するうえで、一つの重要な節目となる。
■2027年9月に火星到着、2028年6月に科学運用へ
今後は巡航中に複数回の軌道修正を行い、火星への進入経路を調整する。バークレー校が11月9日に発表した予定では、Goldが2027年9月7日、Blueが同9日に火星へ到着する。
各機は到着時に約11分間エンジンを噴射して減速し、火星周回軌道へ入る。その後、観測用の軌道へ段階的に移行し、科学運用は2028年6月に始まる見込みだ。
最初の約6カ月は、2機がほぼ同じ軌道を前後して飛び、同じ領域を時間差で通過する。その観測から、火星周辺のプラズマや磁場が、場所と時間に応じてどう変わるかを調べる。
続く約5カ月の観測では、2機を異なる軌道へ移す。1機が火星から離れて到来する太陽風を測り、もう1機が火星に近い領域で磁気環境の応答を捉える。太陽風の変化と火星側の反応を同時に観測することが、大気散逸の仕組みを読み解く鍵となる。
元記事: NASA’s Twin ESCAPADE Probes Complete First-Ever Powered Earth Flybys to Mars