MIT、月面基地建設に向け3つのペイロード「深度カメラ、ミニローバー、メモリー」を宇宙へ打ち上げへ

天候が許せば、数日中にMITのエンジニアと科学者は3つのペイロードを宇宙へ送り込むという。ペイロードは、月の南極地域を目指すコースに乗せられる。科学者たちは、この地域には永久に影になっている領域があり、将来の月面居住地を維持し、月を超えたミッションの燃料となる、凍った水の隠れた貯水池がある可能性があると考えている。

NASAは、アルテミスIIIミッションの一環として、2027年に宇宙飛行士を月の南極に送る予定だ。これは、アポロ時代以来初めて人類が月面に降り立ち、人類が初めて月の極地域に足を踏み入れることになる。その旅に先立ち、MITのペイロードは、アルテミス計画の宇宙飛行士が凍った地形を航行するための準備に役立つ、この地域に関するデータを提供する。

ペイロードには、小型の深度マッピングカメラと親指サイズのミニローバーという2つの新しい技術と、世界中の人々が母国語で話す声を刻んだ薄い「メモリー」が含まれている。3つのペイロードはすべて、宇宙請負業者のLunar Outpostが製造したスーツケースサイズの大型ローバーに搭載される。

メインローバーが月面を走行し、極地の地形を探索する際、ローバーの前面に取り付けられたMITのカメラは、ToF（Time of Flight）技術を使用して月面から撮影した、月面の3D画像を初めて撮影する。これらの画像は地球に送信され、アルテミス計画の宇宙飛行士が極地地形の視覚シミュレーションで訓練したり、合成視覚ヘルメットを備えた高度な宇宙服に組み込んだりすることができるｔぽい。

一方、「AstroAnt」と名付けられたミニローバーは、メインローバーの屋根の上を走り回り、温度を測定して、大型車両の動作を監視する。成功すれば、AstroAntは、ソーラーパネルからほこりを取り除いたり、月面居住地やインフラのひび割れをチェックしたりするなど、将来のミッションで不可欠なタスクを実行する、小型ヘルパーボットのチームの一員として機能する可能性があるという。

Lunar Outpostローバーとともに、3つのMITペイロードはすべて、SpaceX Falcon 9ロケットに搭載されて月へ打ち上げられ、宇宙企業Intuitive Machinesが製造した着陸船で月の南極地域に着陸する。MITのペイロードに加えて、さまざまな他のペイロードを含むミッション全体は、Intuitive Machinesの2回目の月への旅行であるIM-2と名付けられている。IM-2は、着陸船に取り付けられた氷ドリルや、到達困難な地域で水を探すために表面に沿って跳ねるロボット「ホッパー」など、さまざまな機器の組み合わせを使用して、月の南極に存在する水氷の有無と量を特定することを目指している。

エンジニアが予想する3月6日の正午頃の月面着陸は、MITの計装研究所（現在は独立したDraper研究所）が、宇宙飛行士を月まで航行させた画期的なアポロ誘導コンピュータを提供して以来、MITが月面にアクティブな技術を設置する初めての機会となるとしている。

MITのエンジニアは、月面に永続的な拠点を確立するための道のりの最初のステップとして、「To the Moon to Stay」と名付けた新しいミッションでの役割を捉えている。

MITメディアラボのディレクターであり、元NASA副長官であるMITのアポロ計画宇宙飛行学教授、Dava Newman氏は次のようにコメントしている。

研究所のルーツ

月面ミッションにおけるMITの役割は、メディアラボ内の研究協力組織であり、宇宙探査の「SF的な未来」を実現することを目指すSpace Exploration Initiative（以下：SEI）が主導している。メディアアーツ・アンド・サイエンスの卒業生であるAriel Ekblaw SM ’17, PhD ’20によって2016年に設立されたSEIは、人類が宇宙に持続可能な居住地を確立するのに役立つことを目的とした、未来的な宇宙グレードの技術を開発、テスト、および展開している。

2021年の春、SEIとMITの航空宇宙学部（AeroAstro）は、NASAの月へのアルテミスミッションに関連する特定の目標を達成するペイロードを設計するタスクを学生チームに課すコースMAS.839/16.893（月面環境での運用）を提供した。クラスは、Ekblaw氏とAeroAstroのJeffrey Hoffman氏（MIT教授であり元NASA宇宙飛行士）によって教えられ、月の不毛な地形に似たノルウェーの遠隔地や、月の弱い重力を模倣した放物線飛行など、現場でペイロード設計をテストするのを支援した。

そのクラスから、Ekblaw氏とHoffman氏は、レーザーベースの3Dカメラシステムと、小型の自律型検査ロボットであるAstroAntという2つのペイロード設計をさらに開発することを選択した。どちらの設計も以前の研究から発展した。AstroAntは元々、メディアラボのResponsive EnvironmentsグループのArtem Dementyevによって開発された研究に基づいた、Ekblaw氏のPhDの一部としてのサイドプロジェクトであり、3DカメラはAeroAstro卒業生Cody Paige ’23のPhDの焦点であり、NASAエイムズ研究センターとの共同研究で、カメラ設計の開発とテスト、およびNewmanとのVR/XRテクノロジーの実装を支援した。

両方の設計が微調整されるにつれて、Ekblaw氏は資金を調達し、Lunar Outpost（MIT AeroAstroの卒業生Forrest Meyen SM ’13, PhD ’17が共同設立）との契約を締結し、ペイロードを同社の月面ローバーと組み合わせた。SEIミッションインテグレーターのSean Auffinger氏は、Lunar Outpostとともに、これらのペイロードが斬新で極端な環境で運用できるよう支援するために、統合およびテスト作業を監督した。

IM-2ミッションのMIT側の主任研究員であり、メディアラボの客員研究員であるEkblaw氏は次のようにコメントしている。

システムオン

IM-2の着陸地点は、NASAのアルテミス計画の宇宙飛行士の着陸候補地であるシャクルトンクレーターのすぐ北にある、月南極の平坦な山頂であるモンスムートン高原だ。Intuitive Machinesの着陸船が着陸すると、事実上ガレージのドアを開け、Lunar Outpostのローバーが運転して極地の地形を探索できるようになる。ローバーが周囲の環境に慣れると、MITの3Dカメラを含む機器の起動を開始する。

現在のSEIディレクターであるPaige氏は次のようにコメントしている。

メインローバーの前面に取り付けられるこのカメラは、表面にレーザー光を照射し、光がカメラに跳ね返るまでの時間を測定するように設計されている。この「飛行時間」は距離の測定値であり、個々のクレーターや裂け目の深さなど、表面の地形にも変換できる。

Paigeは、カメラが次の日のデータパケットで画像を地球に送信し、MITの科学チームがローバーが地形を横断する際に画像を処理および分析すると予想している。

カメラが月面をマッピングするにつれて、エアポッドケースよりも小さく、軽いAstroAntは、メインローバーの屋根の上の小さなガレージから展開される。AstroAntは、脱落することなくローバーの表面に付着できるようにする磁気ホイールで走り回る。メディアラボの大学院生Fangzheng Liu氏が率いるEkblaw氏と彼女のチームは、AstroAntの下部構造に熱電対を取り付けた。これは、車両の熱性能を監視するために使用できるメインローバーの温度を測定する小型センサーだ。

月を見つめて

メインローバーに取り付けられる3番目のMITペイロードは、Humanity United with MIT Art and Nanotechnology in Space、またはHUMANSプロジェクトと呼ばれている。MIT AeroAstroの卒業生であるMaya Nasr ’18, SM ’21, PhD ’23が率いるHUMANSは、MIT.nanoが提供する技術を使用してナノメートルスケールのエッチングが刻まれたシリコンウェーハで作られた2インチのディスクだ。彫刻は、1977年にNASAのVoyager探査機とともに宇宙に送られたフォノグラフレコードであるゴールデンレコードに触発されている。

HUMANSレコードには、宇宙探査と人類が彼らにとって何を意味するのかについて、母国語で話す世界中の人々の録音が刻まれている。

MITメディアラボは、3月6日の着陸を建物のロビーにあるスクリーンに表示し、一般の人がリアルタイムで視聴できるようにする予定だ。准教授のSkylar Tibbits氏が率いるMIT建築学部の研究者も、月面ミッションコントロールルームを建設した。

これは、エンジニアがミッションのペイロードを監視および制御する円形の建築空間だ。すべてが順調に進めば、MITチームはこのミッションを、月面、さらにはその先への永続的な足跡を築くための最初のステップと見なしている。

▶︎マサチューセッツ工科大学