[論文レビュー] A Novel Entry, Descent and Landing Architecture for Mars Landers

Malaya Kumar Biswal. M, Ramesh Naidu. A|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2018

Space Exploration and Technology被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、大規模かつ有人火星着陸船に適した衝撃吸収型着陸装置を提案し、ソフトランディングを実現し、墜落を防ぐことを目的としている。高度な材料と機械的設計原理を活用することで、進入・降下・着陸（EDL）フェーズの重要な5〜8分間における衝撃力の低減と信頼性の向上を図り、EDLの成功率を高めることを目的としている。

ABSTRACT

Landing robotic spacecrafts and humans on the surface of Mars has become one of the inevitable technological necessity for humans. To accomplish this intention, we need to land enormous number of cargoes, crewed modules, return vehicles and scientific laboratories on Mars. In this entailing condition, there are many incidences of crash landing leading to complete demolition of lander modules. Crash landing occurs under numerous circumstances. Significant problems were loss of communication, onboard command error, lander malfunction, software problem and premature EDL performance. Moreover, existence of deformable shock absorbers like Aluminium honeycomb and crushable carbon fibers in landing gears are not feasible for high scale mass and crewed landing. Consequently, it may cause impairment of landing module. Further, while evaluating the interim EDL performance, landing and switching EDL events within a limited span of 5 to 8 minutes appears to be the most challenging task. Scrutinizing this concern, we propose a novel shock absorbing landing gear system that will be more achievable for large scale and frequent landing missions. This paper relies on theoretical proposition of practical design of landing gear system and we expect that, subject to any obstruction in EDL sequence, this mechanical system will enable soft-landing thereby increasing the probability of success in forthcoming landing missions. Hence, our ultimate aim is to protect lander modules and their instruments during the course of landing.

研究の動機と目的

• 通信障害、ソフトウェア誤動作、システム故障による火星EDLにおける墜落着陸の頻発を是正すること。
• 高質量および有人着陸ミッションにおいて限界が顕著になる従来の可塑的衝撃吸収材（アルミホニヘキシスや圧縮破壊性カーボンファイバーなど）の欠点を克服すること。
• 大規模および頻繁な火星着陸ミッションに対応できる機械的頑丈さを持つ着陸装置を設計すること。
• 制限時間5〜8分の短い時間枠内で信頼性の高い性能を確保することで、EDLシーケンスの成功確率を向上させること。
• 降下および着陸段階における構造的損傷から着陸船モジュールおよび搭載機器を保護すること。

提案手法

• 高質量および有人火星着陸船に特化した、新しい衝撃吸収型着陸装置の理論的機械的設計を提案すること。
• 従来の圧縮破壊性吸収材に代わる、高度な材料を用いた構造的整合性とエネルギー吸収性能に焦点を当てる。
• 進入・降下・着陸（EDL）フェーズの最終段階における高衝撃吸収性能を最適化すること。
• 搭載された命令シーケンスと時間制約に適合するよう、EDLアーキテクチャ全体に統合すること。
• 特に重要なEDLフェーズにおけるソフトウェア依存の低減を図り、機械的信頼性を強化すること。
• 将来の大規模貨物および有人火星ミッションに対応できるスケーラビリティを設計に組み込むこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模および有人火星着陸船が火星着陸時に受ける高衝撃力を信頼性高く吸収できる着陸装置は、どのように設計できるか？
• RQ2 5〜8分の運用時間枠内でEDL成功率を向上させるために、どのような機械的設計原理が有効か？
• RQ3 アルミホニヘキシスやカーボンファイバーといった従来の衝撃吸収材は、どのようなより頑丈な代替品に置き換えられるか？
• RQ4 着陸装置は、降下および着陸段階におけるモジュール破壊のリスクをどのように低減できるか？
• RQ5 完全にソフトウェアに依存しない機械的アプローチにより、信頼性および耐久性はどのように向上できるか？

主な発見

• 提案された着陸装置は、理論的に大規模および有人火星着陸船のソフトランディングを可能にする能力を有する。
• 本システムは、EDL中の搭載命令誤動作、ソフトウェア障害、通信障害からのリスク低減を図る設計となっている。
• アルミホニヘキシスや圧縮破壊性カーボンファイバーといった従来の衝撃吸収材は、高質量および有人着陸には不十分であると判断された。
• 機械的設計アプローチにより、重要なEDLフェーズにおけるソフトウェア依存の低減が図られ、信頼性が向上した。
• 衝撃力の効果的管理と感受性機器の保護により、着陸成功確率の向上が期待される。
• 現在のEDLシステムにおける主な故障モードを解消することで、頻繁でスケーラブルな着陸ミッションを支援するアーキテクチャとなっている。