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中国の宇宙開発事情(その12)月着陸機「嫦娥3号」と月面ローバ「玉兎」

辻野 照久(科学技術振興機構研究開発戦略センター 特任フェロー)  2013年12月16日

 2013年1月号に掲載した「中国の宇宙開発事情(その3)」では、「嫦娥3号」(Chang'e-3)が月面着陸を目指していることを紹介した。今回はその「嫦娥3号」が打上げに成功し、ロ シアと米国に次いで中国が世界3番目の月着陸国となったことから、何をするための月着陸機なのか、主な科学ミッションや技術的な特徴などを紹介する。

嫦娥3号打上げと月面着陸

 中国は2013年12月1日(世界標準時、現地時間では2日未明)、月に向けて「嫦娥3号」を打ち上げた。12月6日には月周回軌道に投入され、高度を徐々に下げて、近 月点が15kmになったところでエンジンを逆噴射する動力降下段階に入り、「虹の入り江」に12月14日に無事着陸した。そこから月面ローバ「玉兎(Yutu)」を送り出し、お互いに写真を撮り合って、そ れぞれの科学ミッションを開始する。

 最後の月面軟着陸は、1976年に旧ソ連が打ち上げた「ルナ24号」まで遡る。今回は37年ぶりの月着陸となる。嫦娥1号と嫦娥2号は周回だけであったが、嫦娥3号は降下から着陸まで、中 国独自の技術革新を随所に配してほぼ完全に自律的にミッションを遂行することができるように設計されている。

 大気がない月面では、パラシュートはもちろん利用できず、逆噴射エンジンだけが落下速度を調整する手段である。このエンジンは衛星搭載用としては中国で最大の推力を持つ。

 動力降下を開始した後は、レーザー測距計により嫦娥3号と月面の間の距離を正確に測定する必要がある。月面までの高さが数メートルになったところで、エンジンを停止し、月 の引力により自由落下で月面に到達する。エンジンの停止コマンドを出すタイミングを決めることは、軟着陸の成功を左右するキーとなる重要なポイントである。

 月の引力は地球の6分の1しかないが、嫦娥3号の機器をできる限り保護するために、技術者は着陸緩衝機構を精密に設計した。着陸機が着地時に受ける衝撃を支えるには、着 陸脚が十分な強度を持つことが主要な条件であるが、重量制限が非常に厳格であり、全ての部品をできるだけ軽くしなければならないので、軽くて強い構造を開発するために余分な成分を取り除き、必 要最小限の強い構造にした。着陸脚にはセンサーが取り付けられており、月にタッチしたら信号を出して着陸したことを示すようになっている。

嫦娥3号は月面天文台になる

 4本の足を持つ着陸機には、月面から天文観測を行うための望遠鏡本体と反射鏡回転台が搭載されている。これは、月面ローバ「玉兎」を外へ出した後、着陸機自体を「月面天文台」とし、地 球上の14日間に相当する長い月の昼間(月から太陽が見える期間)に天文観測を行う。地球上では、昼間に光学的な天文観測を行うことは不可能であるが、それは大気が太陽光を散乱させて、空 が明るく光ってしまうためである。月面には大気がないので、太陽も地球も暗黒の闇の中に浮かぶ星に過ぎない。観測データは着陸機搭載の通信システムにより地球に送られる。月の夜間は零下150℃にもなり、機 器は凍ってしまう。保温のために放射性同位体元素熱源(RHU)を利用しており、長い月の夜間を冬眠のような状態で過ごす。太陽が顔を出せば春が来たように蘇ることができる。

 着陸機には極端紫外カメラも装備しており、地球の周囲の粒子群の構造を測定する。地球の周囲のプラズマ層を観測することは地球上からではできない。衛星による観測データも部分的なデータにすぎない。3 8万キロ離れた月面からであれば、地球のプラズマ層全体を3次元画像として取得できる。

玉兎は月の地下を観測する

 六輪駆動の月面ローバ「玉兎」の主要な科学ミッションは、腹部(月面に向き合う底面)に装備された地中レーダーで深さ30mの地下構造や100mの深さの第二の表層の構造を測定することである。こ のようなレーダーによる地下測定は地球上で普通に用いられており、月面での測定でこれまでにない観測データが得られることを期待している。この他パノラミックカメラや赤外分光計などを搭載し、地 表の元素分析も行うことができる。

放射性同位元素熱源は深宇宙探査のキー技術

 嫦娥3号と玉兎は昼間に太陽からもらった熱をなるべく逃がさないように多層断熱材料で内部の機器を保護しているが、それだけでは部品の利用可能な温度範囲を維持できないので、別に熱源が必要となる。 

 太陽の下にある「昼間」は、温度が150℃を超え、太陽が隠れた後の「夜間」はマイナス150℃に達することがある。米国の探査機はわずか1回しか月の夜を過ごしておらず、3 か月の運用を目指す嫦娥3号は放射性同位元素熱源(RHU)を採用した。そのため、関係の科学技術者は技術的にボトルネックとなる放射線防護技術、地上テスト検証技術、核エネルギー換装技術などの研究を行った。中 国としても、原子力エネルギーを宇宙プロジェクトで使うのは初めてのことで、もし今回のミッションが成功すれば、今後の月探査、深宇宙探査などの宇宙プロジェクトでもキー技術となるであろう。

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(参考)アポロ宇宙船+着陸機と嫦娥3号の比較(Blog Eureka)

報道情報

  1. 12月14日 NHK国際放送局  「東瀛之声」中国の宇宙技術中国向け放送( 12月20日まで音声視聴可能
    出演者:研究開発戦略センター特任ファロー 辻野照久/中国総合研究交流センターフェロー 秦舟)
  2. 12月15日 NHK「おはよう日本」  中国の探査機 月面着陸に成功
  3. 12月16日 毎日新聞朝刊 クローズアップ2013 月面探査開始 中国、宇宙先進国に
  4. 12月16日 朝日新聞朝刊 宇宙大国へ中国誇示 月面探査 国威発揚・権益確保狙う
  5. 12月17日 TBSテレビ 「Nスタ」追い抜かれた日本…中国月面探査その技術
    出演者:研究開発戦略センター特任ファロー 辻野照久

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