川口 淳一郎

本稿は,世界初のソーラー電力セイル実証機IKAROSが打ち上げられてからおよそ2年間という期間に実証された,ソーラーセイルの誘導・航法に関する成果をまとめたものである.世界初となるソーラーセイルの軌道上での実際の航法・誘導において,光圧加速度・光圧トルクのその類稀なる大きさから,一般的な手法だけでは評価しきれない点が少なからず存在し,そのため,IKAROSの誘導・航法技術に関しては,いくつかの工夫がなされた.ここでは,航法技術に関して,セイルによって発生する光圧加速度を精密に計測するための推定法,及び評価結果を,また,誘導技術に関しては,光圧トルクによって発生する姿勢のドリフト運動を考慮した誘導法,及びその評価結果について紹介する.また,航法技術に関連して,IKAROSに搭載されたDDOR用のトーン生成器によって得られたデータの評価結果についても紹介する.

Weak stability boundary (WSB) lunar gravity-capture transfers can save much effort (dV) on arrival at the Moon but there is a very narrow window of only a few days in a month to achieve these transfers. This is because WSB transfers require a specific orientation of the orbit with regard to the Sun, the Earth and the Moon to efficiently use the chaotic dynamics of the multi-body problem. In this paper, we propose controlling the orbit through small continuous acceleration. The results show that the window of the WSB transfer can be expanded up to a full month.

地球外物質の採取・記載・保管および配布の目的で発足したJAXAキュレーションセンターでは,現在は小惑星イトカワにタッチダウンした探査機「はやぶさ」の試料を取り扱っている.「はやぶさ」から分離して地球帰還した再突入カプセルを受け入れ,その内部の試料コンテナを取り出してクリーンチェンバー内に導入し,開封を行った.試料コンテナ内の残留ガスから地球外起源の希ガスは検出できなかったが,キャッチャー内部からは主にケイ酸塩鉱物から成る微粒子を回収した.初期記載の結果,それらの鉱物比・鉱物組成がLL4-6コンドライト隕石に近いことが分かり,イトカワ試料と確認された.現在までに400個以上の粒子の回収・初期記載を行い,そのうち8割がイトカワ粒子だった.キュレーションセンターではこの試料を初期分析チーム,NASA,国際公募研究に対して配布し,多様な科学成果が挙がっている.

Records of micrometeorite collisions at down to submicron scales were discovered on dust grains recovered from near-Earth asteroid 25143 (Itokawa). Because the grains were sampled from very near the surface of the asteroid, by the Hayabusa spacecraft, their surfaces reflect the low-gravity space environment influencing the physical nature of the asteroid exterior. The space environment was examined by description of grain surfaces and asteroidal scenes were reconstructed. Chemical and O isotope compositions of five lithic grains, with diameters near 50 μm, indicate that the uppermost layer of the rubble-pile-textured Itokawa is largely composed of equilibrated LL-ordinary-chondrite-like material with superimposed effects of collisions. The surfaces of the grains are dominated by fractures, and the fracture planes contain not only sub-μm-sized craters but also a large number of sub-μm- to several-μm-sized adhered particles, some of the latter composed of glass. The size distribution and chemical compositions of the adhered particles, together with the occurrences of the sub-μm-sized craters, suggest formation by hypervelocity collisions of micrometeorites at down to nm scales, a process expected in the physically hostile environment at an asteroid's surface. We describe impact-related phenomena, ranging in scale from 10(-9) to 10(4) meters, demonstrating the central role played by impact processes in the long-term evolution of planetary bodies. Impact appears to be an important process shaping the exteriors of not only large planetary bodies, such as the moon, but also low-gravity bodies such as asteroids.

「ソーラーセイル」は,太陽光の圧力をセイルに受けて宇宙空間を航行する宇宙帆船であり,燃料なしで推進力を得ることができる.一方,「ソーラー電力セイル」は,薄膜太陽電池をセイルの一部に貼り付けて,発電も同時に行う.ソーラー電力セイルはソーラーセイルにより燃料を節約できるだけでなく,大面積の薄膜太陽電池を利用して,太陽から遠く離れた場所でも必要電力を確保できる.この電力を用いてイオンエンジンを駆動すれば,光子加速と合わせたハイブリッド推進が可能となる.JAXAではこれを踏まえてソーラー電力セイル探査機による木星圏探査計画を提案している.この計画のリスク軽減のフロントローディングとして開発されたのが,小型ソーラー電力セイル実証機「IKAROS」であり,世界で初めてソーラー電力セイルを実証することに成功した.本稿では,IKAROSのミッションおよびシステムの概要を説明し,開発・運用について紹介する.

本稿では,小型ソーラー電力セイル実証機IKAROSのセイル展開方式として採用した,遠心力展開方式について, JAXAにて著者らが行ってきた研究開発を概説する. IKAROSは世界に先駆けてJAXAが実施したソーラー電力セイル技術の宇宙技術実証であり,宇宙機全体のスピンによる遠心力を利用してセイルの展開・展張をするという独特な方式を採用している.著者らは,軽量かつスケーラブルなセイル展開システムとして遠心力展開方式を採用し,研究開発を行ってきた.本活動は, 2002年にJAXA内に発足したソーラーセイルワーキンググループが中心となり,全国の多数の大学研究機関とともに行ってきたものである.最終的な目標はφ50m級のソーラー電力セイルを実現することにあり,φ20m級のセイルを搭載したIKAROSはその最終段階の宇宙技術実証試験と位置付けられたものである.ここでは,本研究開発活動の主要な柱である遠心力展開技術について紹介し, IKAROSプロジェクト発足以前に著者らが行ってきた主要な試験プロセスと数値シミュレーション技術について概説する.

Meteorite studies suggest that each solar system object has a unique oxygen isotopic composition. Chondrites, the most primitive of meteorites, have been believed to be derived from asteroids, but oxygen isotopic compositions of asteroids themselves have not been established. We measured, using secondary ion mass spectrometry, oxygen isotopic compositions of rock particles from asteroid 25143 Itokawa returned by the Hayabusa spacecraft. Compositions of the particles are depleted in (16)O relative to terrestrial materials and indicate that Itokawa, an S-type asteroid, is one of the sources of the LL or L group of equilibrated ordinary chondrites. This is a direct oxygen-isotope link between chondrites and their parent asteroid.

Regolith particles on the asteroid Itokawa were recovered by the Hayabusa mission. Their three-dimensional (3D) structure and other properties, revealed by x-ray microtomography, provide information on regolith formation. Modal abundances of minerals, bulk density (3.4 grams per cubic centimeter), and the 3D textures indicate that the particles represent a mixture of equilibrated and less-equilibrated LL chondrite materials. Evidence for melting was not seen on any of the particles. Some particles have rounded edges. Overall, the particles' size and shape are different from those seen in particles from the lunar regolith. These features suggest that meteoroid impacts on the asteroid surface primarily form much of the regolith particle, and that seismic-induced grain motion in the smooth terrain abrades them over time.

The Hayabusa spacecraft successfully recovered dust particles from the surface of near-Earth asteroid 25143 Itokawa. Synchrotron-radiation x-ray diffraction and transmission and scanning electron microscope analyses indicate that the mineralogy and mineral chemistry of the Itokawa dust particles are identical to those of thermally metamorphosed LL chondrites, consistent with spectroscopic observations made from Earth and by the Hayabusa spacecraft. Our results directly demonstrate that ordinary chondrites, the most abundant meteorites found on Earth, come from S-type asteroids. Mineral chemistry indicates that the majority of regolith surface particles suffered long-term thermal annealing and subsequent impact shock, suggesting that Itokawa is an asteroid made of reassembled pieces of the interior portions of a once larger asteroid.