世界中で月や火星の探査活動への関心が集まっています。JAXAでも人を乗せて月を走行する車（ローバ）や、火星の月（衛星）であるフォボスを探査するための探査機の開発が進められており、将来はこれらのローバや探査機を使った探査を実施する予定です。

月や火星上に降り立つローバや着陸機を開発するためには、月や火星の環境についてよく知ることがまず求められます。様々な点が地球と月・火星とで異なることが知られていますが、ローバや着陸機が降り立つ惑星表面の機械的な特性もその一つです。

図1はアポロ16号で月に行ったCharlie Duke宇宙飛行士が撮影した月面の様子です。地表が砂のようなもので覆われているのが見て取れます。この砂は月レゴリスと呼ばれています。月レゴリスは月面への隕石の衝突や宇宙風化作用によって月の岩盤が破砕され、砂礫や微粒子となり、月面に堆積したもので、月の表面を数センチから数10センチの厚さで覆っています［M.Horie, et al., （2015）］。そして月レゴリスは厚く、緩く積もっています。このような月レゴリスの上をローバが走れば、スタック（車輪の回転により路面を掘り沈み込み，その場から動けなくなる現象）を生じる危険性があります［K.Iizuka, et al., （2012）］。地球上でも、車で砂浜に入ったところタイヤがはまり二進も三進も行けなくなってしまうことがありますが、月面の走りにくさはあの状況をイメージすると近いかもしれません。着陸機であれば、機体を安定した姿勢で月面に着陸させることが難しいといえます。この難しさは、砂浜でジャンプしてみれば分かるかもしれません。火星の地表を覆うレゴリス上の走行や着陸も、月と同様に難しいことが知られています。

このように、月や火星等の探査の成功の鍵となる安定して動作するローバや着陸機を開発するためには、惑星表面を覆うレゴリスの滑りやすさや緩さといった特性について詳しく知り、設計に反映させることが重要なのです。レゴリスの特性は、その形状や、重力の大きさが関係していると考えられていますが、レゴリスの特性と重力の関係性について調査した研究はあまり多くありません。Hourglassミッションでは、世界的にみても需要が高い、月や火星を含む8種類の砂やレゴリスの特性を、人工的に作り出した重力環境下で調査する実験を行いました。

Hourglassミッションでは、「きぼう」日本実験棟に設置された人工重力発生装置を用いて地球の0.1倍から2倍の重力環境を作り出します。様々な重力環境下において、砂時計とメスシリンダ型の容器に封入された月や火星の模擬レゴリスを含む8種類の粉粒体の挙動を撮像します。

砂時計

Hourglassミッションを象徴するのが、実験で使用する「砂時計」型の容器です。図2は、粉粒体の種類別に8個ある砂時計のうち、月の模擬レゴリスが封じ込められたものです。砂時計の中は大気のない月と同じく真空になっています。この砂時計型の容器は人工重力発生装置に搭載され、月の重力（地球重力の1/6）を含む様々な重力環境下に置かれます。実験中の砂時計の中は、正しく「スモールサイズの月面」なのです。

砂時計の中身

砂時計の中の8種類の粉粒体を紹介します。表1に示すように、8種類の粉粒体の中には月や火星の模擬レゴリスの他にも、アルミナビーズや地球の砂が含まれています。粉粒体の実物は図3に示しています。粉粒体にはそれぞれ選定された理由があります。また、表の#の番号が小さい程、実験における優先度が高い試料になります。優先順は、解析のしやすさや将来計画の有無によって定めています。