阿部 琢美

Copyright © 2016 by the International Astronautical Federation (IAF). All rights reserved. Japan's Venus Climate Orbiter Akatsuki was proposed to ISAS (Institute of Space and Astronautical Science) in 2001 as an interplanetary mission. We made 5 cameras with narrow-band filters to image Venus at different wavelengths to track the cloud and minor components distribution at different heights to study the Venusian atmospheric dynamics in 3 dimension. It was launched on May 21st, 2010 and reached Venus on December 7th, 2010. With the thrust by the orbital maneuver engine, Akatsuki tried to go into the westward equatorial orbit around Venus with the 30 hours' orbital period, however it failed by the malfunction of the propulsion system. Later the spacecraft has been orbiting the sun for 5 years. On December 7th, 2015 Akatsuki met Venus again after the orbit control and Akatsuki was put into the westward equatorial orbit whose apoapsis is about 0.44 million km and orbital period of 14 days. Its main target is to shed light on the mechanism of the fast atmospheric circulation of Venus. The systematic imaging sequence by Akatsuki is advantageous for detecting meteorological phenomena with various temporal and spatial scales. We have five photometric sensors as mission instruments for imaging, which are 1 m-infrared camera (IR1), 2 m-infrared camera (IR2), ultra-violet imager (UVI), long-wave infrared camera (LIR), and lightning and airglow camera (LAC). These photometers except LIR have changeable filters in the optics to image in certain wavelengths. Akatsuki's long elliptical orbit around Venus is suitable for obtaining cloud-tracked wind vectors over a wide area continuously from high altitudes. With the observation, the characterizations of the meridional circulation, mid-latitude jets, and various wave activities are anticipated. The technical issues of Venus orbit insertion in 2015 and the scientific new results will be given in this paper.

LES は熱圏観測実験用のロケット搭載機器であり,2011 年度に計画しているNASA-ISAS の国際共同ミッションで使用する計画である.当該装置は2007 年に打ち上げられたS-520-23 号機で実用されており,リチウムガス噴射に成功している.国際共同ミッション向けには観測ロケット用から一部改良を加え,設計の見直しを行った.本報告は,機器設計と製作の結果についてまとめたものである.

科学気球や観測ロケットなどが飛翔する超高層大気環境における気圧の計測は,技術的にも科学的にも極めて重要である.本研究で開発した飛翔体搭載用小型気圧計は,水晶振動子の共振インピーダンスが圧力に応じて変化する原理を利用した水晶摩擦気圧計と呼ばれるもので,地表から高度100km 付近までに相当する広い計測圧力範囲(10^5〜10^<-2>Pa)に特徴がある.また,センサ部は約100g,データ処理部は約200g と小型軽量であることに加えて1W 以下の低消費電力を達成し,特に重量が厳しく制限される高高度気球などの飛翔体への搭載に適している.腕時計などにも広く使用されている音叉型水晶振動子は耐振動・衝撃性に優れた構造を持ち,高い耐環境性能が要求される観測ロケットにも搭載可能である.本報告では,開発した水晶摩擦気圧計の性能試験結果について述べるとともに,BU30-5 号機を用いた性能実証試験についても報告する.

The Venus Climate Orbiter mission (PLANET-C), one of the future planetary missions of Japan, aims at understanding the atmospheric circulation of Venus. Meteorological information will be obtained by globally mapping clouds and minor constituents successively with 4 cameras at ultraviolet and infrared wavelengths, detecting lightning with a high-speed imager, and observing the vertical structure of the atmosphere with radio science technique. The equatorial elongated orbit with westward revolution fits the observation of the movement and temporal variation of the atmosphere which rotates westward. The systematic, continuous imaging observations will provide us with an unprecedented large dataset of the Venusian atmospheric dynamics. Planet-C will be launched in 2010 and will reach Venus in 5 months. Nominal operation period is 2 earth years.

A fully reusable rocket vehicle is proposed as a sounding rocket for observations of atmospheric phenomena, micro-gravity experiments and so on. Vehicle systems and ground / flight operations are designed for such science observations. For the development of the reusable rocket, a small test vehicle was built and flight-tested. This Reusable Vehicle Testing (RVT) lessons campaign provide repeated experiences of turnaround operations and vertical take-off and landing flights. In the present design of the reusable sounding rocket, the total length and maximum diameter of the vehicle is about 10m and 3m, respectively. The vehicle is propelled by the propulsion system composed of four liquid hydrogen / liquid oxygen engines. The weight of a payload carried to 120 km altitude is 100kg in the nose-fairing. The instrument for observations can be reused because of the repeated flight. The turnaround time for one flight is less than 24 hours (1 day). In the typical ballistic flight up to 120 km, the flight environments under 10(-5)G acceleration is able to be made for about 120 sec. The flight Mach number can be subsonic around the summit in the trajectory. These properties of reusable sounding rocket are expected to be useful and effective for many science missions.

The coordinated sounding rocket and ground-based observations were conducted in Norway on 13 December 2004. The main objective of this campaign is to elucidate the dynamics and energetics in the lower thermosphere associated with the auroral energy input. The instruments on board the rocket successfully performed their measurements, and provided the temperature and density of molecular nitrogen, auroral emission rate, and the ambient plasma parameters, while neutral wind, neutral temperature, the auroral images and the ionospheric parameters were observed by ground-based measurements. In this paper, we present a summary of this campaign and preliminary results.

中間圏及び下部熱圏高度における中性大気の力学過程は電離気体と密接な関係があるため,この高度領域での中性風の測定は重要である.今までは米国製マイクロロケット(バイパーロケット)から放出されたフォイル・チャフをレーダーで追尾することにより,単独で中性風の測定を行っていた.そこで複数の地球物理的なパラメータと同時に中性風の測定を行えるよう,観測ロケットからフォイル・チャフを放出する機構の開発を行い,下記の二通りの放出機構を試した.1)フォイル・チャフを封入した円筒を大気圧封じし,高度約100kmでの圧力差により放出する方法2)フォイル・チャフを封入した縦に割れ目の入った円筒をバネの力で放出し,竹割りの要領でフォイル・チャフを散布する方法それぞれの円筒には約5,000枚のフォイル・チャフを封入でき,ロケット側面から放出を行う.2000年1月10日に打ち上げられた観測ロケットS-310-29号機にフォイル・チャフ放出機構を搭載し,打ち上げ341秒後のロケット下降時に合計約20,000枚のフォイル・チャフを放出することに成功した.フォイル・チャフは一次レーダーモードで高度約95.0-88.5kmの間で追尾され,レーダーの情報から中性風の風向・風速が得られた.

中緯度スポラディックE層 (Es) の観測は古くから行われており, その生成機構についてはwind shear理論をもとに多くの研究がなされている。しかしEs付近の熱収支に関しては, 特に重要なパラメータの一つである電子温度の正確な測定例が少ないため, 未だ明確な議論がなされていない。今回, 観測ロケットS-310-27号機に搭載されたラングミュア・プローブにより, 高度92&acd;93kmに発生したEs付近の電子温度及び電子密度の測定を行った。電子密度の高度分布には, プローブ表面に太陽紫外線が照射されることによる2次電子の影響が如実に現れている。これを除去することによって, 大気波動に伴うwind shearが存在したことを示唆する波状構造が得られた。またEs付近の電子温度を算出した結果, Esピークではその前後と比べ数100Kの上昇を見せていることがわかつた。本報告書では, その依頼性について議論し, 今後Es形成機構及び熱収支を含めた研究に関する基礎的な情報を得ることを目的とする。

我々はすでに、将来的にミリ波無線LAN等に期待されている60GHz帯において、室内のガラス窓等に使用すべく、抵抗被膜に着目した透明電波吸収体を実現している。しかし、透明性を有する電波吸収体は、レーザ周波数帯として重要なX帯用(8〜12GHz)においてもその必要性が高まってきている。そこで本研究では、抵抗被膜としてITO蒸着膜をガラスと一体形成し、これを空気層を介して2層構成にすることにより、特にレーダ周波数帯として重要なX帯をすべてカバーする広帯域な透明電波吸収体を実現することを試みた。この結果、理論計算を通して、ITO蒸着膜を用いて実現可能な面抵抗値の範囲内において、2層構成の透明電波吸収体が実現可能であることを確認するとともに、この検討結果をもとに設計・試作した2層構成の透明電波吸収体が、8.5〜11.5GHzにおいて低吸収領域でも17dBを越える良好な周波数特性を示すことを実験を通して確認した。

マイクロ波ミリ波帯における材料の誘電率透磁率の測定においては, 摂動法を利用した共振器法や導波管内に充填した時に生じる定在波を用いて測定する導波管定在波法などが一般に知られている。しかし, これらの方法においでは測定時に共振器や導波管の寸法に合わせて, 測定試料を精度良く加工する必要があり, またこれらの加工精度に依存して測定された材料定数に誤差が含まれる事が知られている。我々は, これらの加工精度が測定値に与える影響について数値解析的に検討を行ってきたが, その結果として両者の関係を定量的に与えることが出来た。このような背景のもと, 測定試料を加工する事無く, 非破壊のまま測定を行う各種非破壊測定法が幾つか検討されてきた。本論文においては, 非破壊測定法を念頭に共振器法に着目し, 測定試料を加工する事無く共振器に挿入し, その際の共振周波数の変化から比誘電率を推定する方法について提案し理論的実験的検討を行っている。すなわち, 本測定法においては測定用の誘電体基板をそのままの状態で共振器に挿入するため, 加工精度や試料の凹凸などの不均一な形状に依存した誤差を格段に軽減する事が可能であり, また試料の加工プロセスを省略できるという二つの大きな利点をもっている。なお, 本実験で使用する矩形空洞共振器に誘電体試料を挿入した場合の共振周波数に関しては, 我々はすでにFDTD法を用いて計算を行っており, 得られた結果が実際に共振器に誘電率が既知の試料を挿入した際の周波数とかなり良い精度で一致することを確認している。特に本論文においてはこれに加えて共振器内部の電磁界分布を用いて共振器のQ値を計算し, 誘電率の虚部を推定する可能性についても言及している。

自由空間で電波吸収体の特性評価を行う場合、測定試料が測定周波数の波長に対して小さい場合が往々にして生じる。このような場合、その反射基準となる金属板や電波吸収体自体からの反射特性が変化し、正確な特性評価が困難となることが予想される。そこで本研究においてはFDTD法による電磁界シミュレーションを行い、平面波に対向して置かれた電波吸収体の大きさの変化に対応する反射減衰量の変化を数値解析的に検討している。

誘電率透磁率の測定には共振器法や導波管定在波法などが一般に知られているが、これらにおいては測定時に共振器や導波管の寸法にあわせて、試料を精度良く加工する必要があり、精度が低下すると測定値に大きな誤差が含まれる事が知られている。本研究においては、測定試料を加工する事無く、非破壊のままでの測定法として、共振器法を応用し、厚さ1〜2mmの誘電体基板を加工する事無く共振器に挿入し、その際の共振周波数の変化から比誘電率を推定する方法について提案し、その理論的実験的検討を試みた。

FDTD法は、電磁界の過渡的状態から定常状態に至る時間的変化を観察できるため、最近アンテナ、導波管、共振器問題等の各種の分野において利用されている。そこで本研究では、このFDTD法を共振器を用いた透磁率測定に応用すべく、その基礎的検討として、TE_102矩形共振器の共振周波数を計算し、この値から透磁率を推定し、その有効性の検討を行った。

FDTD法は、電磁界の過渡状態から定常状態にいたるまでの振るまいを観察できるため、最近アンテナ、導波管、共振器問題等の各種の分野において利用されている。そこで、本研究では、このFDTD法を用いて、今後誘電率の測定に利用すべく、TE_<101>モード矩形共振器のQ値の計算を試みた。この結果、理論値と比較しても、5%以下程度の誤差で良好な一致がみられ、FDTD法のQ値の計算に対する有好性が確認できた。

本研究においては簡便な誘電率測定法として用いられる共振器法について、測定用の試料を加工する事なく挿入し、共振周波数から誘電率を推定する方法について提案を行っている。特にここでは、実在する矩形空洞共振器にスリットを設け薄型誘電体基板を挿入し実験的に共振周波数を求めるとともに、これらを数値的にモデル化しFDTD法を用いた数値解析により内部の電磁界の時間的変化から共振周波数を計算し、両者を比較する事によって本研究で用いている手法の妥当性を検討している。 解析結果によれぱ、計算から得られた共振器内部電磁界の共振周波数は、実験的に求められた測定値と僅かの誤差範囲内で一致し、解析対象に対する本手法の有効性を確認出来た。本解析手法は今後、様々な試料形状に対して応用が考えられ、試料を加工せずに誘電率測定を可能にする方法として成果が期待される。

本研究においては簡便な誘電率測定法として用いられる共振器法について、測定用の試料を加工する事なく挿入し、共振周波数から誘電率を推定する方法について提案を行い、その基礎的な理論的検討を行っている。測定試料は厚さ0.75〜3.25mmの誘電体薄型基盤を想定し、共振器の中央部に垂直に挿入させ、その際の電磁界をFDTD法により計算した。解析結果によれば、共振器内部電磁界の共振周波数から得られた誘電率は、理論的な等価回路を用いて計算される理論値と僅かの誤差範囲内で一致し、本解析対象に対するFDTD法の有効性を確認出来た。本解析結果は今後、様々な試料の形に対しての応用が考えられ、試料を加工せずに誘電率測定を可能にする方法として、その成果が期待される。

摂動法による矩形空洞共振器を用いた誘電率、透磁率の測定においては、試料が大きいか、あるいはその誘電率が大きい場合には摂動法の仮定が成り立たなくなることから、大きな誤差が生じることが知られている。筆者らは、この誘電率測定について、試料の大きさと誘電率による依存性について既に報告を行った。しかし、実際の誘電率測定においては、微少試料を空洞共振器内部に設置するため、共振器壁には挿入孔が存在する。本来、空洞共振器にはその寸法に固有の共振周波数が与えられるが、試料挿入孔の存在によってその構造が変化するため、誘電率の推定に影響を与えることが予想される。そこで本研究においては、3次元の電磁界解析手法として有効なFDTD法を空洞共振器に適用し、試料挿入孔が誘電率測定に与える影響について検討を行なっている。

本研究においては、3次元の電磁界解析法として有効なFDTD法を導波管内の電磁界解析に応用し、導波管定在波法を用いた誘電率測定において、特に測定試料の変形に起因する誤差について検討した。ここで、解析モデルとしては、導波管定在波法の中でも一般的によく使用されているTE_<10>モードによる方形導波管を用いた短絡法に着目し、挿入試料の誘電率と変形度をパラメータとして誤差の検討を行なった。この結果、このような導波管内の電磁界解析に対してFDTD法が有効であること、また挿入試料の誘電率および変形度と誘電率測定における誤差には明確な相互間が示され、今後、本方法を用いた誘電率測定における誤差測定に対して有効な資料が得られた。

最近のミリ波電波吸収体の必要性にともない、我々はすでに抵抗皮膜をスペーサを介して構成した抵抗皮膜型ミリ波電波吸収体について、各種の設計チャートを提案し、その有効性を実験を通して確認した。しかし、実際にこのタイプの吸収体を制作する場合、抵抗皮膜の面抵抗値やこれを保持するスぺーサの厚みの制御が難しく、実用的にはこれらの誤差の反射減衰量ヘの影響を検討する必要がある。そこで本報告では、抵抗皮膜の面抵抗値とスペーサの厚みの誤差が製作した吸収体の反射減衰量にどの程度影響するかについて検討し、構成及び製作法について、これらの誤差影響も含めた実用的な各種の設計チャートを示した。なお、この吸収体の構成及び制作法(図1)については文献[2]に詳細に示されている。[figure]

本報告では、従来回転物体のレーダ断面積の測定法として検討されたレンジドップラーイメージング法に着目し、この方法を応用して一般的な室内において電波吸収体の測定評価をどの程度、高精度に行うことができるかについて検討した。この結果300×300mmの金属板からの反射レベルに比較して40〜50dBの測定可能範囲が得られること及び測定した吸収量の測定値と理論値は良好に一致することがわかり、本方法が一般的な室内において吸収体の特性評価に有効であることを実験的に確認した。

資料形態 : テキストデータ プレーンテキスト

「あけぼの」に搭載された熱的電子エネルギー分布測定器及び電子密度, 電子温度測定器を概説しプロトノスフェア及び沿磁力線電流領域に関して初期に得られたデータを紹介する。

超音速の流れである太陽風が地球磁気圏のような障害物によって遮られると, その前面に定在衝撃波(バウショック)を生じる。境界域には粒子密度の上昇や磁場の乱れが生じ, さらに加速を受けた粒子が太陽風上流域に向かって進む逆流現象も観測される。いっぽう太陽風中には太陽面上のフレアや, 回帰性をもつ低速流と高速流の2流体相互作用に起因する惑星間衝撃波が存在し, 地球電離層や磁気圏に擾乱をひき起こす要因ともなる。惑星間探査機「さきがけ」は打ち上げ以来約3年間にわたりこのような惑星間衝撃波を数例観測している。この現象は以前から注目を浴び, それ自身興味を引くものであるが, この論文では衝撃波などの太陽風パラメータの急激な変化の通過前後数時間内に観測された太陽風プロトンの低速度成分に注目し, その成因が衝撃波面等に生じた加速領域にあるとする一解釈を提示する。また, 加速を受けた粒子の速度成分は惑星間磁場に対して依存性をもち, この荷電粒子が非熱的なものであることを示唆している。

おおぞら衛星に搭載された電子温度プローブを用いて, 電子温度分布の非等方性がF層上部で観測された。電子温度の非等方性は磁力線方向で高い電子温度を一般に示し, 高緯度域で主に観測される。これらの観測結果はボルツマン方程式を用いた電子エネルギー分布のコンピュータ・シミュレーションと比較された。その結果, 高緯度域では電子エネルギー分布の非等方性を生成する主な原因は磁力線に平行な電場によるジュール加熱或は磁気圏からの熱輸送であることが明かとなった。さらに, コンピュータ・シミュレーションは電子エネルギー分布が非等方性を示す時その分布はマクスウェル分布からはずれていることを示している。