あかつき(宇宙船)

宇宙船「あかつき」の模型
名前金星気候探査機(VCO)PLANET-C
ミッションタイプ金星探査機
オペレーター宇宙航空研究開発機構
コスパーID2010-020D
SATCAT番号36576
WebサイトJAXA JAXA特設サイト
ミッション期間13年11ヶ月
宇宙船の特性
メーカーNECスペーステクノロジーズ
打ち上げ質量517.6 kg (1,141 ポンド) [ 1 ]
乾燥質量320 kg (710 ポンド)
寸法1.04 × 1.45 × 1.44 m (3.4 × 4.8 × 4.7 フィート)
0.7 AUで700ワット以上[ 1 ]
ミッション開始
発売日2010年5月21日 21時58分22秒 UTC [ 2 ] ( 2010-05-21UTC21:58:22Z )
ロケットH-IIA 202
発射場種子島YLP-1
ミッション終了
宣言された2025年9月18日
最後の接触2024年4月
軌道パラメータ
参照システムサイテロセントリック
偏心0.971
ペリキテリオンの高度1,000 ~ 10,000 km (620 ~ 6,210 マイル) [ 3 ]
アポキテリオンの高度370,000 km (230,000 マイル) [ 3 ]
傾斜3.0°
期間10.8日[ 4 ]
金星 フライバイ(投入失敗)
最接近2010年12月6日 23:49:00 UTC
距離550キロメートル(340マイル)
金星探査機
軌道挿入2015年12月7日[ 5 ] [ 6 ]
PLANETシリーズ

あかつきあかつき、"Dawn")は、宇宙航空研究開発機構 JAXA)が金星の大気の調査を目的とした探査機である2010年5月20日にH-IIAロケット202号機打ち上げられたが[ 7 ] 、2010年12月6日に金星周回軌道への投入に失敗した。 5年間太陽を周回した後2015年12月7日、姿勢制御スラスタを20分間噴射することで、金星の別の楕円軌道への投入に成功し、金星を周回した最初の日本の衛星となった。 [ 5 ] [ 6 ] [ 8 ] [ 9 ]

あかつきは、複数の波長で動作する5台の異なるカメラを使用して、大気の成層、大気の力学、雲の物理学を研究しました。[ 10 ] [ 11 ]このミッションに取り組んでいる天文学者は、2015年12月に金星の大気中に重力波(重力波と混同しないでください)の可能性を検出したと報告しました。 [ 12 ] [ 13 ]

JAXAは2024年4月下旬に探査機との連絡を失った。[ 14 ] 運用は2025年9月18日に正式に終了した。[ 15 ]

ミッション

あかつきは、1998年に打ち上げられた火星探査機「のぞみ」の失敗以来、日本が初めて打ち上げた惑星探査ミッションである。あかつきは当初、高度300~8万キロメートル(190~49,710マイル)の楕円軌道で金星を周回し、2年以上の科学調査を行う予定だったが[ 1 ]、代替軌道は、最接近地点で1,000~1万キロメートル(620~6,210マイル)、最遠地点で約36万キロメートル(220,000マイル)の高度に楕円形の軌道を周回する必要があった。この大型軌道は、当初計画されていた30時間ではなく、10日間で周回することになった。[ 16 ]このミッションの予算は、衛星本体に146億1億7,400万米ドル)、打ち上げに98億円(1億1,600万米ドル)である。[ 17 ]

観測には、赤外線、可視光線、紫外線波長で動作するカメラを用いて金星周回軌道から雲と地表を撮影し、複雑な金星の気象現象を調査し、謎めいた大気のスーパーローテーションの背後にあるプロセスを解明することが含まれていました。金星では、赤道上で時速6キロメートル(時速3.7マイル)で自転するのに対し、大気は時速300キロメートル(時速190マイル)で回転しています。その他の実験は、の存在を確認し、現在金星で火山活動が発生しているかどうかを判定するために設計されました。 [ 18 ]

宇宙船の設計

あかつき宇宙船の構成(左)と太陽電池パドルを折り畳んだ宇宙船の写真(右)[ 10 ]
あかつきによる三次元観測の模式図[ 10 ]

メインバスは1.45 × 1.04 × 1.44 m(4.8 × 3.4 × 4.7フィート)の箱型で、面積約1.4 m²(15平方フィート)の太陽電池アレイが2つ搭載ています。太陽電池アレイは金星軌道上で700 W以上の電力を供給しました。打ち上げ時の宇宙船の総質量は517.6 kg(1,141ポンド)でした。[ 1 ]科学ペイロードの質量は34 kg(75ポンド)でした。[ 19 ]

推進力は500ニュートン(  110lbf の二液性推進剤、ヒドラジン-四酸化二窒素軌道操縦エンジンと、12個の一液性推進剤ヒドラジン反応制御スラスタ(推力23N(5.2lbf)の8個と3N(0.67lbf)の4個)によって提供された [ 1 ]これはセラミック(窒化ケイ素)逆噴射スラスタを使用した最初の宇宙船であった。[ 20 ]打ち上げ時の全推進剤質量は196.3kg(433lb)であった。[ 1 ]

通信は、8GHz、20ワットのXバンドトランスポンダと1.6m(5フィート3インチ)の高利得アンテナを介して行われた。高利得アンテナは熱の蓄積を防ぐため平らに設計されていた。[ 11 ]また、 「あかつき」には、ターンテーブルに取り付けられた中利得ホーンアンテナ2本と、コマンドアップリンク用の低利得アンテナ2本が搭載されていた。中利得ホーンアンテナは、高利得アンテナが地球を向いていないときに、ハウスキーピングデータのダウンリンクに使用された。[ 1 ]

楽器

打ち上げ前のあかつき宇宙船

科学搭載機器は6台で構成され、5台の撮像カメラが紫外線から中間赤外線までの波長で金星を探査するために使用された。[ 21 ] [ 22 ]

  1. 雷・大気光カメラ(LAC )は可視スペクトル(552~777 nm)の雷を探査した。
  2. 紫外線イメージング装置(UVI )は、二酸化硫黄や有名な未知の吸収体などの特定の大気ガスの紫外線波長(283~365 nm)での分布を調査しました。
  3. 長波赤外線カメラ(LIR)は、熱を放出する波長(10μm)で高高度の雲の構造を研究した。
  4. 赤外線1μm カメラIR1 )は、金星表面から放射される夜側の熱放射(0.90~1.01μm)を撮像し、活火山の探査に役立てています。昼側では、中層雲で反射される太陽近赤外線(0.90μm)を観測しました。この機器は2016年12月に電子故障のため運用を停止しました。[ 23 ] [ 24 ]
  5. 2μm赤外線カメラ(IR2)は、夜側の下層雲の不透明度を、地表および深層大気からの熱放射(1.74~2.32μm)に対して観測しました。また、昼側では2.02μmのCO2バンドを観測し雲頂高度の推定に利用しました。最後に、1.65μmフィルターは巡航期間中、黄道光の観測に使用されました。この機器は2016年12月に電子故障のため運用を終了しました。[ 24 ]
  6. 電波掩蔽実験を行うための超安定発振器(USO)。

広報

2009年10月から2010年1月にかけて、惑星協会JAXAによって広報キャンペーンが実施され、個人が名前とメッセージをあかつきに送ることができるようになりました。[ 25 ] [ 26 ]名前とメッセージはアルミプレートに細かい文字で印刷され、あかつきに設置されました。[25] 260,214人がこのミッションのために名前とメッセージを提出まし [ 27 ]宇宙船のために約90枚のアルミプレートが作成され、[ 28 ]ボーカロイドの初音ミクと彼女のスーパーデフォルメスタイルのフィギュアはちゅねミクの画像が印刷された3枚のアルミプレートが含まれています。[ 29 ]

オペレーション

打ち上げ

の打ち上げ
2010年5月21日から2016年12月31日までのあかつきの軌道アニメーション
  
  金星
  地球
  太陽

あかつきは2010年3月17日に相模原キャンパスを出発し、 3月19日に種子島宇宙センター第2宇宙船試験組立棟に到着した。5月4日、あかつきはH-IIAロケットの大型ペイロードフェアリングに収納され、イカロスソーラーセイルとともに金星への6ヶ月間の旅に出発した。5月9日、ペイロードフェアリングは種子島宇宙センターの大型ロケット組立棟に輸送され、そこでH-IIAロケット本体に結合された。[ 30 ]

宇宙船は、当初の予定の5月18日から天候の影響で遅れて、 2010年5月20日21時58分22秒( UTC)に種子島宇宙センターから打ち上げられた[ 18 ] 。 [ 31 ]

軌道投入失敗

当初の計画における太陽地球直線固定回転座標における探査機軌道と金星の動き。図中の数字はVOI後の日数を示す。[ 10 ]

あかつきは、2010年12月6日23時49分00秒( UTC)に軌道制御エンジンを点火し、軌道投入運用を開始する予定だった。[ 30 ]エンジン噴射は12分間継続され、遠点高度80,000km(50,000マイル)、近点高度300km(190マイル)、軌道周期30時間の金星初期軌道に到達する予定だった。[ 32 ]

軌道投入操作は予定通りに開始されたことが確認されたが、金星の掩蔽により通信が途絶えると予想されたため、探査機との通信は計画通りに回復しなかった。探査機は安全保持モード、1回転10分のスピン安定状態にあることがわかった。[ 33 ]低利得アンテナによる通信速度が遅いため、探査機の状態を判断するのにしばらく時間がかかった。[ 34 ] JAXAは12月8日、探査機の軌道投入操作が失敗したと発表した。[ 35 ] [ 36 ] 12月10日の記者会見で、関係者はあかつきエンジンの点火時間は3分未満で、金星軌道に入るのに必要な時間よりはるかに短いと報告した。[ 37 ]さらなる調査により、エンジン不調の原因はヘリウム加圧タンクと燃料タンクの間のバルブに塩分の堆積物が詰まっていた可能性が高いことが判明した。その結果、エンジンの燃焼は酸化剤過剰となり、燃焼温度の上昇によって燃焼室のスロートとノズルが損傷しました。同様の蒸気漏れの問題は、1993年にNASA火星探査機「マーズ・オブザーバー」の故障を引き起こしました。 [ 38 ]

その結果、探査機は金星軌道ではなく、太陽中心軌道を周回することになった。この軌道の公転周期は203日であり[ 39 ] 、金星の公転周期225日よりも短かったため、探査機は金星に比べて太陽の周りを漂うことになった。

復旧活動

JAXAは、2015年12月に探査機が金星に帰還した際に、再度の軌道投入を試みる計画を立てました。この計画では、当初の設計寿命である4年半を超えて探査機の寿命を延ばすため、探査機を「冬眠」または安全モードに切り替えました。JAXAは、探査機が当初の金星軌道ではなく太陽を周回していたため、バッテリーの消耗が軽減されたことを指摘し、探査機の運用継続に一定の自信を示しました。[ 40 ]

最初の故障からのテレメトリデータでは、メインエンジンである軌道制御エンジン(OME)のスロート部分はほぼ無傷であることが示されており、探査機に搭載されたOMEの試験的なジェット推進が2011年9月7日と14日の2回実施された。[ 30 ]しかし、推力は約40ニュートン(9.0 lb f)に過ぎず、これは期待値の10%であった。これらのテストの後、OMEによる軌道制御に十分な比推力が得られないことが判明した。残りの燃焼室スロート部分はエンジンの過渡的点火によって完全に破壊されたと結論付けられた。その結果、選択された戦略は、反応制御システム(RCS)とも呼ばれる4つのヒドラジン姿勢制御スラスタを使用して探査機を金星周回軌道に乗せることだった。 RCSスラスタには酸化剤が必要ないため、残りの65キログラム(143ポンド)の酸化剤(MON)は、宇宙船の質量を減らすために2011年10月に船外に排出されました。[ 38 ]

2011年11月1日、 [ 18 ] 10日、21日にはRCSスラスタを用いて金星近辺の軌道操作が3回実施された。探査機には合計で毎秒243.8メートル(毎秒800フィート)のデルタvが与えられた。RCSスラスタの比推力はOMEの比推力に比べて低いため、以前計画されていた金星低軌道への投入は不可能になった。その代わりに、新しい計画では金星から遠点が10万キロメートル、近点が数千キロメートルの高度に楕円形の軌道に探査機を配置することになっていた。技術者らは代替軌道を順行軌道(大気のスーパーローテーションの方向)で金星の軌道面内にある軌道にすることを計画した。この方法と軌道はJAXAによって2015年2月に発表され、軌道投入日は2015年12月7日とされた。[ 41 ]探査機は2013年10月3日に金星から最も遠い地点に到達し、それ以来金星に接近し続けていた。[ 42 ]

軌道投入

2015年12月1日からの金星周回軌道アニメーション    ·  金星

2015年7月17日から9月11日の間に4回にわたる軌道修正操作の最後を実施した後、探査機は2015年12月7日に金星を通過する軌道に設定され、その際に「あかつき」は、それほど大きな推進操作には対応していない4つのスラスタで20分間噴射した後、金星軌道に入る操作を行うことになっていた。[ 5 ] [ 6 ] [ 43 ] 当初の計画では金星を一周するのに約30時間かかっていたが、目標としていた新しい軌道では、 2016年3月の調整後、あかつきは9日間の軌道に乗ることになっていた。 [ 4 ]

JAXAの技術者らが12月7日の軌道投入後の軌道を測定・計算した後、JAXAは12月9日、「あかつき」が金星から44万キロ(27万マイル)離れたところから、金星の表面から400キロ(250マイル)に接近する、予定の楕円軌道に正常に投入され、周回周期は13日14時間であると発表した。[ 44 ]

2016年3月26日に行われた追加のスラスタ噴射により、 「あかつき」の遠点高度は約37万キロメートル(23万マイル)まで低下し、近点高度は1,000キロメートルから10,000キロメートル(620マイルから6,210マイル)の間で周期的に変化し、軌道周期は13日から約10日に短縮されました。[ 3 ] [ 4 ]

状態

探査機は2016年5月中旬に2年間の「通常の」科学運用を開始した。[ 45 ] 2016年12月9日、近赤外線1μmおよび2μmカメラは電子故障のため観測に使用できなくなった。[ 23 ] [ 24 ]長波赤外線カメラ、紫外線イメージング装置、雷および大気光カメラは通常運用を継続した。[ 24 ]

2018年4月までに「あかつき」は定常観測フェーズを終了し、延長運用フェーズに入りました。[ 46 ]延長運用は2020年末まで承認されており、その時点の探査機の状態に基づいて、さらなるミッション延長が検討されることになっています。2019年11月時点で、「あかつき」は少なくともあと2年間は運用を継続できるだけの燃料を有していると推定されています。[ 47 ]

2024年3月時点では、運用は2028年度まで継続される予定であった。 [ 48 ] 2024年4月、姿勢制御の精度低下により通信に障害が発生した。[ 49 ] JAXAは2024年5月29日に探査機が地球との連絡を失ったと発表しました。[ 50 ] [ 51 ] 運用は2025年9月18日に正式に終了しました。[ 15 ]

科学

2015年12月の投入から3時間後、そして2016年4月と5月の「数回のちらつき」において、探査機の機器は「大気中に6,000マイルに及ぶ弓状の地形、ほぼ極から極まで、横向きの微笑み」を記録した。[ 52 ]プロジェクトの科学者たちは、この地形を、標高4,000メートル(13,000フィート)を超える高さに達するリフトバレーと山々からなるアフロディーテ・テラ地域の上空で惑星の風に発生する「重力波」と名付けた。 [ 12 ] [ 13 ]このミッションは、紫外線(280nm)から中赤外線(10μm)まで、関連するすべてのスペクトル帯域でデータを収集している。[ 53 ]

あかつき探査機からの画像は、高度45~60キロメートル(28~37マイル)に広がる低層雲・中層雲域で、ジェット気流に似た現象を明らかにした。 [ 54 ]風速は赤道付近で最大となった。2017年9月、JAXAの科学者たちはこの現象を「金星赤道ジェット」と名付けた。[ 55 ]彼らはまた、紫外線スペクトルで雲を追跡することにより、雲頂レベルの赤道風に関する結果も発表した。[ 56 ] 2018年の重要な成果は、上層雲と中層雲の境界付近に微粒子の厚い雲が出現したことで、「複雑な雲の覆いの新しく不可解な形態」と表現された。[ 52 ] 2017年までに、科学チームは金星の大気構造の3Dマップを公開した。[ 52 ]取得された物理量には、圧力、温度、H2それで42019年までに、金星の中層雲の形態、時間的変化[57]、風に関する最初の研究結果発表れ、地球物理学研究レターの表紙を飾り、水のような吸収体の存在を示唆する予想外に高いコントラストが報告されました[ 58 ]

雷を撮影するために、探査機は10日ごとに約30分間、金星の暗黒面を観測した。[ 59 ] 2020年3月に閃光が検出され、火球宇宙線ではないと判断されたが、雷であるとは確認されなかった。[ 60 ]

参照

参考文献

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