阪本成一 - 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

小惑星探査機
「はやぶさ」の挑戦
阪本成一
宇宙航空研究開発機構
宇宙科学研究所 教授
(併)総研大 教授
今日の話題
小惑星探査機「はやぶさ」
なぜ小惑星を調べるのか
「はやぶさ」の旅路
「はやぶさ」を支えた最先端技術
「はやぶさ」は一日にして成らず
日本の太陽系探査の今後
2
なぜ小惑星を調べるのか
① 太陽系の理解
小惑星とはどういう天体か
太陽系の誕生のカギをにぎる化石
② 地球防衛
地球にぶつかってくる「敵」を知る
③ 資源
宇宙利用の拠点・資源
3
太陽系の天体のいろいろ
© JAXA
太陽系小天体
太陽 水星 金星 地球 火星 (小惑星帯) 木星 土星
：
：
中心星
地球型惑星
巨大ガス惑星
コア：
大気：
岩石・鉄
薄い
水素・ヘリウム
分厚い
彗星
天王星 海王星 冥王星など
巨大氷惑星
氷・岩石
水素・ヘリウム
4
小惑星はどこにある?
軌道要素が
確定している
ものだけでも
数十万個
地球近傍の
小惑星には
比較的行き
やすい
→イトカワを
目的地に設定
5
地球・月・小惑星の比較
5000km
月
Ceres
© NASA
地球
6
大きな星は丸い
500km
4 Vesta 578×560×458km
Dawnが2011年7月21日に到着予定
© NASA
1 Ceres(準惑星) 959×933㎞
2015年に到着予定
7
小天体はどんなかたち?
50km
もっと小さい
(直径数百m)
天体の素顔は？
8
隕石と宇宙塵
地球に落ちてきた太陽系の一部
太陽系探査以外に地球外の物質を直接
手にとって調べることのできる唯一の例
母天体との対応は不明
大気圏への突入の際に
表面が融けて変質
※隕石
国内最大の「国分寺隕石」(高松市)
宇宙空間から地球上に
落ちてきた固体物質のうち、
大きさが1ミリより大きなもの
※宇宙塵
大きさが1ミリより小さいもの
9
サンプルリターンの利点
豊富な天文観測と豊富な隕石試料とを
つなげる「ロゼッタストーン」
重い分析装置を搭載不要
多様な解析手法を使用可能
サンプルを保管すれば、後世における
最先端の分析手法を利用可能
10
小惑星探査機「はやぶさ」
月以外の天体に着陸して
物質を採取し、地球に持ち
帰るという、常識外れの
大計画
(c) JAXA
11
100点満点で500点を狙う計画
達成度
50点
100点
150点
200点
250点
300点
400点
500点
到達目標
☑電気推進エンジン世界初の3台同時運転
☑電気推進エンジン1000時間運用
(その後、稼働時間世界新記録達成)
☑電気推進エンジンによる世界初の地球
スイングバイ
☑自律航法による世界初の小惑星との
ランデブー
☑小惑星の科学観測
☑小惑星へのタッチダウンとサンプル採取
(月以外の天体からの離陸は世界初)
☑カプセルの地球再突入と回収
☑
□世界初の小惑星のサンプル入手
12
内之浦からの打ち上げ
JAXA内之浦宇宙空間観測所
13
M-Vロケットで打ち上げ
出典：小野瀬直美 「はやぶさ君の冒険日誌」
14
イオンエンジンに点火
出典：小野瀬直美 「はやぶさ君の冒険日誌」
15
地球によるスイングバイ
出典：小野瀬直美 「はやぶさ君の冒険日誌」
16
小惑星イトカワが見えた
出典：小野瀬直美 「はやぶさ君の冒険日誌」
17
小惑星イトカワに到着
出典：小野瀬直美 「はやぶさ君の冒険日誌」
18
19
20
表面地形
21
自分の力で接近、着陸
約20分
約20分
出典：小野瀬直美 「はやぶさ君の冒険日誌」
22
イトカワのかけらを拾う
出典：小野瀬直美 「はやぶさ君の冒険日誌」
23
燃料漏れ発生、音信不通
出典：小野瀬直美 「はやぶさ君の冒険日誌」
24
宇宙で迷子
出典：小野瀬直美 「はやぶさ君の冒険日誌」
25
1か月半ぶりに発見
出典：小野瀬直美 「はやぶさ君の冒険日誌」
26
帰るタイミングを逃した、、、
出典：小野瀬直美 「はやぶさ君の冒険日誌」
27
地球に向かって出発
出典：小野瀬直美 「はやぶさ君の冒険日誌」
28
29
不死鳥「はやぶさ」の最期
30
流れ星になった「はやぶさ」
31
戻ってきたカプセル
2010年6月14日
32
2010年6月17日
33
キュレーション設備での試料解析
34
35
大部分がイトカワ由来と判明
36
「はやぶさ2」実現に向けて
37
「はやぶさ2」
「はやぶさ」がベース
「はやぶさ」で判明した
技術的課題に対処
イトカワより始原的と
思われる 有機物質に
富む「C型小惑星」の
1999JU3を探査
インパクターを搭載
平面型アンテナを導入
開発費として30億円
が認められた
38
(162173)1999JU3の形と軌道
39
「はやぶさ」を支えた
最先端技術
「はやぶさ」の体
(c) JAXA
41
42
「はやぶさ」を支えたイオンエンジン
特徴
原理
超低燃費
低推力
43
自律航行
44
ターゲットマーカー
低重力の小惑星表面
に固着させる工夫
低反発材？
ペンキぶちまけ？
お手玉！
45
試料採取法の得失
手法
つかむ
すくう・掘る
くっ付ける
弾き飛ばす
岩盤
礫
砂
×
×
×
○
○
×
×
○
×
○
○
○
微小重力下で
の実施可能性
△
△
○
○
提供：東北大学
吉田研究室
46
小惑星のかけらの拾いかた
提供：東北大学 吉田研究室
47
再突入カプセル
48
アブレーターによる熱防護
スペースシャトルの帰
還時の数十倍厳しい
熱環境に耐える
単なる断熱ではなく、
気化熱による温度
低下と気化ガスに
よって表面を保護
カーボンフェノール
樹脂製
アーク加熱風洞での加熱実験
49
不屈のリーダー：川口淳一郎
川口語録
強制的に下向きの
加速度を与えてでも
着地させたい
＝着陸にこだわる
いわば「勲章」だと
思っています
＝着陸による化学スラスターの
異常を受けて
目的地はイトカワでは
ないのです
＝地球帰還にこだわる
50
「はやぶさ」は
一日にして成らず
日本の太陽系探査の歴史
初期の太陽系探査機
工学実験衛星
ハレー彗星探査機
工学実験衛星
火星探査機
「さきがけ」 (1985年)
「すいせい」 (1985年)
「ひてん」 (1990年)
「のぞみ」 (1998年)
最近の太陽系探査機
小惑星探査機
月周回衛星
金星探査機
「はやぶさ」 (2003年)
「かぐや」 (2007年)
「あかつき」 (2010年)
52
日本の地球重力脱出計画
ハレー彗星に群がる6機のハレー艦隊
発射台上のM-3SIIロケット
臼田宇宙空間観測所の64mアンテナ
53
「ひてん」とスイングバイ技術
工学実験衛星「ひてん」と
二重スイングバイ軌道
54
火星探査機「のぞみ」
55
不具合とその対処
燃料・酸化剤タンクに圧力を加えるガス
の供給路にある逆流防止弁の下流に
念のために取り付けた遮断弁の動作の
不具合のため、所期の加速ができず、
追加速のために燃料を大量消費
そのままでは火星に到着しても燃料不足
で科学観測のための軌道に投入できない
ことが判明
軌道計画の検討により、活路を発見
待ち時間を利用して科学観測を実施 56
変更後の軌道計画
57
不具合とその対処
最大級太陽フレアの発生直後に回路が
ショートし、念のために取り付けてあった
ブレーカーが作動、燃料の昇温や通信の
制御装置までもが機能停止
「1ビット通信」により不具合個所を特定
短絡箇所を焼き切るために、「電源ON」
コマンドを総計1億3000万回送信
最後には火星衝突のリスク回避のための
軌道変更運用を実施。ミッション終了
58
「のぞみ」を通して得た技術
ミッション解析：予算内で最大の効果
軌道の設計・運用
軌道の精密決定
自律化
超遠距離通信
機器の軽量化
人材
59
全ては地球の理解のために
固体惑星・月探査
月周回衛星「かぐや」
始原天体探査
小惑星探査機「はやぶさ」
惑星大気科学
金星探査機「あかつき」
惑星磁気圏科学
水星探査機BepiColombo
そ と
⇒ 地球の進化
2009年6月11日運用終了
⇒ 地球の起源
2010年6月13日地球帰還
⇒ 地球大気
2010年5月21日打ち上げ
⇒ 地球磁気圏
2014年度打ち上げ予定
う ち
宇宙に出て はじめて分かる 地球
60