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小惑星探査機はやぶさ2 ~遥かなる航海の軌跡~ 第3回

長らく間が空いてしまいましたが、また少しづつ「はやぶさ2」の航海の軌跡を残していきたいと思います。
拙筆と、かなりの遅筆で大変お見苦しい限りですが、何卒ご容赦頂ければと存じます。

種子島宇宙センターより打ち上げられて3か月目の2015年3月3日、小惑星探査機はやぶさ2は新しい段階(フェーズ)へと進むことになりました。

ここで、小惑星探査機はやぶさ2の旅の行程をもう一度確認してみましょう。

2014年12月3日 H2-Aロケットにより種子島宇宙センターより打ち上げ
2015年11月~12月 地球スイングバイ
2018年6月~7月 小惑星1999 JU3到着~小惑星観測および試料採取
2019年11月~12月 小惑星1999 JU3より地球へ出発
2020年11月~12月 地球帰還

目的の小惑星への旅は長く、今始まったばかりです。
打ち上げられたはやぶさ2は1秒間あたり約27kmのスピードで航行しています。
空気抵抗のある地上では考えられないくらいの速いスピードですが、まだまだ十分な速度にはありません。
また、はやぶさ2は地球と並行して太陽の周りを一緒に公転する軌道にあります。
今後、目的の小惑星に向けての軌道変更とさらなる加速を行うための地球スイングバイへの準備が始まりました。

そのための第一段階として、イオンエンジンの連続運転の運用が開始されました。
今回使用されるイオンエンジンは、エンジンAとエンジンDの2基で、約400時間連続運転する予定です。
この運用のことを「軌道制御運転」と言います。
その後、一旦イオンエンジンの運用を止めて、6月ごろに2回目の連続運転を行い、今冬(11月~12月)の地球スイングバイに向かう予定です。

はやぶさ2が新しい航行段階(巡行フェーズ)へ移行したことを受けて、プロジェクトマネージャーの國中仁教授は以下の通りのコメントを発表しました。
「全ての関係者の皆さまい感謝申し上げるとともに、運用に携わるメンバー全員、改めて気を引き締めて臨んでまいります。その気持ちを次の言葉に込めたいと思います。『武運を信じ、いざ深宇宙動力航行に挑まん。両舷前進強速。進路、地球スイングバイ回廊』」

小惑星探査機はやぶさ2の本格的な宇宙の旅の始まりに、國中プロジェクトマネージャー以下、はやぶさ2プロジェクトメンバー皆さんの興奮と高揚感、そして今後の運用への自信がとても感じられるコメントでした。

参考リンク
“L+90” 初期機能確認終了。小惑星に向けて、いざ巡航フェーズへ。(ファン!ファン!JAXA)
http://fanfun.jaxa.jp/topics/detail/3926.html
“L+93” イメージで我慢(ファン!ファン!JAXA)
http://fanfun.jaxa.jp/topics/detail/3962.html

文責 会津そらの会 本田 幸司


小惑星探査機はやぶさ2 ~遥かなる航海の軌跡~ 第2回

2014年12月3日13時22分04秒(日本時間)、小惑星探査機「はやぶさ2」は種子島宇宙センターからH2-Aロケット26号機で打ち上げられ、所定の惑星間軌道へ無事に投入されました。
軌道投入された「はやぶさ2」は約2日間のクリティカル運用期間を経て、現在、探査機搭載機器の初期機能確認を実施中だ。今回、年が明けて1月29日にその運用状況についての記者説明会が開催されました。会見には「はやぶさ2」プロジェクトマネージャーの國中均先生(以下、國中PM)と、「はやぶさ2」ミッションマネージャーの吉川真先生(以下、吉川MM)が臨まれました。

会見冒頭からの國中PMの表情は非常に明るいものでした。打ち上げからクリティカル運用を経て、初期機能確認のフェーズに移行しているが、「(探査機の)状態は非常に順調」「探査機は万全の態勢である」という言葉に力強さを感じさせる内容でした。

今回のトピックスは以下の通りである。
①イオンエンジン試運転(1台ずつ)【2014年12月23日~12月26日】
②Ka帯通信機器による通信確立【2015年1月5日~1月10日】
③イオンエンジン24時間連続自立運転を達成【2015年1月19日~1月20日】

今回特筆すべき点は「イオンエンジン」である。「イオンエンジン」とは「はやぶさ2」の背面にあり4台搭載されている。燃料となるキセノンガスに、マイクロ波を使って生成したプラズマ状イオンを静電場で加速・噴射することで推力を得る仕組みになっている。

イオンエンジンの配置 画像提供(C)JAXA

イオンエンジンの配置
画像提供(C)JAXA

イオンエンジンの配置は上図のようになっている。
今回の初期機能確認では、4台とも正常に起動し、計画通りの推力(約28mN)を発生したことを確認出来た。
また、2台または3台の組合わせによる試運転、および、<A+D>による24時間連続自律運転にも成功した。これにより、小惑星1999 JU3への巡航運転(クルージング)にも対応できることが確認されたのだ。
イオンエンジンは全部で4台搭載されているが、「はやぶさ2」の旅で使われるイオンエンジンは3台(A,C,D)に限定される。組合わせは以下の4通りになる。<A+C>、<C+D>、<A+D>、<A+C+D>の4パターンだ。イオンエンジンBはバックアップとして残され、予期せぬトラブルが発生しない限り使用されることは無い。よって、イオンエンジンBは他の3台のエンジンと比べて高性能に製造されているとのことだ。このイオンエンジンBが使われることなく地球に帰還することを願わざるをえません。

さらに、今回の初期機能確認運用では前回の「はやぶさ(MUSES-C)」ミッションの経験が活かされている。前回の打ち上げの際、この初期機能確認でイオンエンジンAの故障発生が確認され、スタート地点から3台での運用を余儀なくされた。今回はその反省を踏まえて、イオンエンジンを稼働する前にベーキング(ヒーターや太陽光による積極的な温度上昇)を行い、エンジン内の湿気を取り除き乾燥させて、完全な真空状態にすることに努めたようだ。湿気のガスや水分は機器に付着していると、イオンエンジンのマイクロ波を放電した際にそれが原因で損傷する可能性が高くなるからだ。

イオンエンジンの24時間自律運転に成功した瞬間 画像提供(C)JAXA

イオンエンジンの24時間自律運転に成功した瞬間
画像提供(C)JAXA

現在「はやぶさ2」は、地球から約2200万㎞離れた位置を航行している。通信のタイムラグも約2分30秒要しているとのことだ。今後、今年3月からイオンエンジンが本格稼働し巡航運転(クルージング)へ移行される。まずは公転する地球を追いかけ、今年の年末には地球スイングバイを行ない、軌道修正と加速をして、一路目的天体である小惑星1999 JU3を目指すのだ。

地球から距離が離れるごとに通信のタイムラグも大きくなるし、通信時間も長くなります。「はやぶさ2」には、従来のX帯通信のアンテナと合わせ、Ka帯通信のアンテナも搭載されています。Ka帯通信とは、探査機が小惑星近傍滞在時のミッション運用の観測データ伝送に使用されます。これによって、X帯通信に比べると4倍(8Kbps→32Kbps)の大容量データの伝送が実現されます。今回の初期機能確認でも、日本の探査機として初めて深宇宙Ka帯通信の確立に成功しました。残念ながら、日本にはKa帯を受信するアンテナが存在しないため、NASA(米国航空宇宙局)のDSN(Deep Space Network)の各局(ゴールドストーン局、キャンベラ局、マドリード局)と通信試験を行ないました。

このほかにも「はやぶさ2」に搭載されている各カメラや各観測装置の初期機能が確認されています。今後は定常運用移行に向けた複数機器の連係動作等の機能確認を実施する予定です。

最後に、今回の質疑応答で気になったものは以下の通りです。

「アウトリーチ(情報発信)はどのように展開するのか」
國中PM「スイングバイに向けて、皆さまに関心を高めていただくため、いくつかの企画を計画している」
吉川MM「なるべく多くの人にはやぶさ2を知っていただき、一般的な太陽系科学や技術に関心を持っていただきたいと思っている。このため、はやぶさの経験を生かし、はやぶさ2の中にアウトリーチチームを今作っている。広い範囲のメンバーで構成し、内部的にも議論しながらどんどん情報を発信してミッションを知ってもらおうと思っている。」
アウトリーチの活動はとても重要だと感じている。現「はやぶさ2」ミッションの国民への理解を深めることも大事だが、その次の深宇宙探査ミッションへ継続できるかどうか大きなカギを握る。

「1999JU3(小惑星)の名称は」
國中PM「その質問はナーバスな質問で答えにくいのだが、はやぶさが大変良い名前、「イトカワ」と付けてしまったので、はやぶさ2では正直苦慮している。どんな名前をつけたらいいか、どういった方法で決めるのがいいか、各方面と相談しているところ。なるべく早く皆さまの期待に応えるような処置をしてお知らせしたいと思っている。」
小惑星の名前はまだ決まっていないようだ。ネーミングの方法論も含めて相談中とのことだが、個人的には外部の人たちよりも、ミッションに関わる全ての人たちがリスペクト出来る名前であれば良いと思っている。但し、上記のアウトリーチも含めて効果的な展開が出来るのであれば期待したい部分もあります。

「小さなものでもトラブル、不具合はなかったのか」
國中PM「特に私が心配しているのは、小惑星の探査には1年半しかなく、NASA(DSN)のサポートも受けながら24時間連続でたくさんのデータをとって分析しなければならない。そういう意味では、8時間3交代で1年半、やり切らないといけない。それに足る実力を持つスタッフをそろえなければならない。たくさんの人で探査機を支え、データを分析して着陸点を決めなければならない。たくさんのサイエンティストを動員しないと成り立たない。どう人を育て、人を準備して3年半後(の小惑星到着時)に投入できるような陣容を作り上げられるかということが最大の心配。JAXAはもとより大学、研究機関の方々にご協力いただいて、万全な体制で、他の国に負けないような探査をしたい。」
國中PMは、探査機等のハード面については現状十分な手応えがあるが、今後において、小惑星探査の計画立案や、科学的分析を促すアプリケーションの開発、そしてその成果を最大限に引き出すスタッフのスキルと人員増強が懸案だとしている。小惑星に到着する3年半の期間でどこまで体制を整えられるのか、プロジェクトマネージャーの力量が問われている。

「打ち上げ時の会見で「今は笑える状況ではない」と言っていたが、現在は」
國中PM「小惑星に向けた航海に耐える探査機を投入できたと報告できた。やっと航海が始まったので、ハードウエアも地上系も、運用するスタッフも準備が整ったといえる。そういう意味では、今日はちょっと笑わないといけないかな、と思う。とにかくお知らせしたいのは、今まさに宇宙航海が始まったところ。ぜひ今後も応援いただきたい。」
昨年12月3日の打ち上げ成功直後の会見で強張った笑顔で質問を受け答える國中PMを良く覚えている。確かにロケットの打ち上げの成功よりも「はやぶさ2」の状態が分からない状況では、笑うに笑えない心境であったと思います。その後のクリティカル運用から初期機能確認運用まで、ハードウエア面では主だった不具合も無くノミナル(期待通り)な結果であったことを心から祝福したい。

記者会見で自然な笑顔を見せた國中PM 画像提供(C)JAXA

記者会見で自然な笑顔を見せた國中PM
画像提供(C)JAXA

繰り返しとなりますが、「はやぶさ2」はこれからも初期機能確認の運用が進められ、早ければ3月にでもイオンエンジンの自律運転による巡航フェーズに移行する予定です。まずは年末の地球スイングバイに向けて、幸先の良い出航が出来ることを期待したいですね。

参考ニュースサイト等
ファン!ファン!JAXA!「JAXA TV」小惑星探査機「はやぶさ2」初期機能確認期間の運用状況に関する 記者説明会①
http://fanfun.jaxa.jp/jaxatv/detail/3717.html
ファン!ファン!JAXA!「JAXA TV」小惑星探査機「はやぶさ2」初期機能確認期間の運用状況に関する 記者説明会②
http://fanfun.jaxa.jp/jaxatv/files/20150128_hayabusa2.pdf
毎日新聞社「はやぶさ2:JAXAの飛行状況説明会 一問一答 全文」(執筆:永山悦子様)
http://mainichi.jp/feature/news/20150129mog00m040001000c.html
宇宙エレベーターニュース記事「はやぶさ2 探査機の状態は順調 小惑星探査に向けて「人」の準備を」(執筆:秋山文乃様)
http://senews.jp/satellite/2015/01/29/345

文責:会津そらの会 本田 幸司


小惑星探査機はやぶさ2 ~遥かなる航海の軌跡~ 第1回

小惑星探査機はやぶさ2が打ち上げられてから早や10日余りが過ぎました。
今日も神奈川県相模原市にあるJAXA(宇宙航空研究開発機構)相模原キャンパスの管制室では、多くのスタッフが「はやぶさ2」を見守っていると思います。
私も「はやぶさ2」の長い航海を見守るために、少々遅筆になるかもしれませんが、本ブログでその軌跡を残していきたいと思います。

2014年12月3日(水)13時22分04秒(日本時間)に種子島宇宙センターからH2-Aロケット26号機で、小惑星探査機はやぶさ2は打ち上げられました。

画像提供(C)JAXA

画像提供(C)JAXA

同日15時9分19秒(日本時間)、地球を一周した第二段ロケット(LE-5B)から「はやぶさ2」が無事に分離され、所定の軌道投入に成功しました。
合わせて、同ロケットのペイロードに相乗りされた小型衛星2機(しんえん2・ARTSAT2-DESPATCH)と小型探査機1機(PROCYON)も分離に成功し、各提供機関での運用が順調にされています。

その後、12月5日(金)にはクリティカル運用期間が終了しました。クリティカル運用期間とは、ロケットから探査機が分離した後、探査機の太陽電池パネル等の展開、姿勢制御機能及び探査機を追跡管制する地上系設備の機能の確認など、一連の健全性を確立するまでの期間ということです。

「隼」の文字通りに、宇宙を飛ぶための太陽電池パドルの翼を広げ、小惑星の試料を掴み取る脚であるサンプラーホーンの伸展などが無事に確認されました。JAXA(宇宙航空研究開発機構)は、小型カメラで撮影された「はやぶさ2」の機体とサンプラーホーンの画像を公開されました。この小型カメラは、一般の皆様から集まった1200万円の寄付金で開発されたものです。そして、これが「はやぶさ2」が地球に送ってきた最初の画像になります。

画像提供(C)JAXA

画像提供(C)JAXA

この小型カメラは、いつの日か目標天体である小惑星1999 JU3でのタッチダウンの瞬間もしっかりと撮影してくれると思います。この後、約3か月の時間をかけて「はやぶさ2」の全てのミッション機器の初期機能確認が行われる予定です。イオンエンジンが点火されるのがとても楽しみですね。

参考資料
JAXAプレスリリース
小惑星探査機「はやぶさ2」(Hayabusa2)の探査機状態および軌道計算結果について(2014/12/03)
http://www.jaxa.jp/press/2014/12/20141203_hayabusa2_j.html
小惑星探査機「はやぶさ2」(Hayabusa2)のクリティカル運用期間の終了について(2014/12/05)
http://www.jaxa.jp/press/2014/12/20141205_hayabusa2_j.html

文責:会津そらの会 本田 幸司