月着陸探査計画SELENE-2における VLBI技術を用いた月重力 ... - VERA

月 着 陸 探 査 計 画 SELENE-2におけるVLBI 技 術 を 用 いた 月 重 力 場 計 測菊 池 冬 彦 1, 松 本 晃 治 1,岩 田 隆 浩 2, 鶴 田 誠 逸 1, 花 田 英 夫 1,河 野 裕 介 3, 鎌 田 俊 一 4,石 原 吉 明 1, ホーセンス・サンダー5,佐 々 木 晶1SELENE-2/VLBI 検 討 チーム1: 国 立 天 文 台 RISE 月 探 査 プロジェクト2: 宇 宙 航 空 研 究 開 発 機 構 宇 宙 科 学 研 究 所3: 国 立 天 文 台 水 沢 VLBI 観 測 所4: 東 京 大 学5: メリーランド 大 学

Selene-2 : 次 期 月 着 陸 探 査 計 画- 打 ち 上 げ:2010 年 代 中 頃- 構 成 : 着 陸 機 、 周 回 衛 星 、 月 面 越 夜 ユニット- 着 陸 地 点 : 表 側 低 中 緯 度( 緯 度 ±60 度 以 下 、 経 度 ±80 度 以 下 )- 観 測 期 間 :2.5ヶ 月 以 上 (2 度 の 越 夜 )画 像 @JAXA月 面 設 置 機 器周 回 衛 星相 対 VLBI周 回 衛 星 とサバイバルモジュールにVLBI 用 電 波 源 を搭 載 し、S/X 帯 の 電 波 信 号 を 地 上 のVLBI 局 へ 送 信 する。 同 一 ビームVLBI 法 の 適 用2つの 電 波 源 を 同 時 に 観 測 し、 大 気 遅 延 、 電 離 層 遅延 を 除 去 し、 通 常 のVLBIに 比 べて 一 桁 以 上 高 精 度 に遅 延 時 間 を 求 める。 多 周 波 数 VLBI 法 の 適 用S 帯 3 波 、X 帯 1 波 の 信 号 を 用 い、 位 相 遅 延 を 推 定 する。 一 般 的 な 群 遅 延 に 対 して 二 桁 近 く 精 度 が 良 い。Doubly Differenced One-way Rangeの 目 標 精 度 1mm電 波 源 の 一 方 が 月 固 定 であること、 電 波 源 間 の 離 角 が 小 さくほぼすべての 観 測 時 間 で 同 一ビーム 法 を 適 用 できる 点 がSELENE/VRADとの 違 いであり、SELENE-2のメリット。

Result of numerical simulationk2 uncertainty vs arc length1%Orbit: 100km x 800km, Inclination: 90 deg, Lander coordinates (0 deg, 0 deg),Ground stations operated 6 hours/day, Mission duration: 3 months1% of k2 accuracy can be achieved by SELENE-2 VLBI mission.

月 内 部 構 造 の 制 約科 学 目 標 の 達 成 見 込 みに 関 する 検 討

How sensitive are the geodeticmeasurements to core parameters?SurfaceLunar internal structure modelby Weber et al. (2011)CenterSolid inner core is omitted.Truth values : Mass = 7.3310x10 22 [kg], MOI = 0.39393, h2 = 0.04086, k2 = 0.02342Likelihood function=⎪⎧exp⎨−⎪⎩[ − ]j jd d ( m)∏obs calL(m)2j2σjEvaluate the likelihood function for various model.2⎪⎫⎬⎪⎭

Likelihood function Test for various core radii and densities.with current uncertaintiesSELENE-2

Total likelihood functionただし…k2は 他 のパラメータにも 感 度 を 持 つCurrent status地 殻 の 密 度 、 厚 さ、マントルの 密 度マントル 下 部 の 部 分 溶 融 層 の 有 無( 厚 さ、 剛 性 率 )SELENE-2確 率 論 的 統 合 解 析(Bayesian inversion)が 必 要月 震 計 測 : 月 内 部 速 度 構 造回 転 計 測 (LLR):コアの 状 態磁 場 計 測 : 月 内 部 温 度 構 造アポロサンプル、 隕 石 の 鉱 物 学 的 研 究The correct answer is R core = 330 km, ρ core = 5100 kg/m 3

機 器 開 発 状 況

12開 発 課 題 と 開 発 状 況- 主 な 開 発 課 題-- 搭 載 機 器 の 省 電 力 化 、 軽 量 化 (かぐや/VRADのリサイジング)-- 月 面 用 耐 低 温 アンテナの 開 発-- 軌 道 重 力 場 解 析 ソフトウェアの 改 修- 開 発 状 況 ― 月 面 用 耐 低 温 アンテナの 開 発 ―-- 要 求 性 能--- 月 面 温 度 環 境 (-200℃から+120℃) への 耐 性--- 着 陸 地 点 の 位 置 、 傾 斜 等 に 依 存 しない 対 地 球 通 信 の 確 立( 天 頂 ±60 度 で-5dBi 以 上 )・アルミナ 基 板 を 用 いたパッチアンテナを 選 定熱 衝 撃 試 験 ( 常 温 +27℃から 低 温 -196℃)により、 物 理 的 強 度 、 電 気 特 性 を計 測 し、 題 がなく、 単 体 にて 月 面 温 度 環 境 に 耐 えうることを 確 認 。・アルミナ 基 板 を 用 いたパッチアンテナの 概 念 設 計

・ 電 気 特 性 解 析 (シミュレーション) ―アンテナ 利 得 の 温 度 特 性 ―【 目 標 : 天 頂 ±60 度 で-5dBi 以 上 、 使 用 温 度 -200℃~+90℃】天 頂 0 度天 頂 0 度天 頂 -60 度天 頂 +60 度天 頂 -60 度天 頂 +60 度-5dBi-5dBi高 温 側 +90℃で1dBi 程 度 の 利 得 低 下 が 見 込 まれるが 許 容 範 囲 内( 注 :レドームの 使 用 により 高 温 側 の 環 境 温 度 は+90℃ 以 下 に 抑 えられる)図 1. X 帯 用 パッチアンテナの 電 気 特 性 (NEC,NEC 東 芝 スペースシステム)

アルミナ 基 板 のパッチアンテナの 問 題 点• S 帯 パッチアンテナについては、-80℃~+80℃の 範 囲 でのみ 性 能 実 現• 帯 域 幅 が 狭 く(6MHz 程 度 )、S 帯 3 波 ( 2212, 2218, 2287 MHz)の 送 信 にアンテナが3つ 必 要 となる。原 因 :アルミナの 非 誘 電 率 の 温 度 変 化 により 共 振 周 波 数 が 変 化 し、 送 信 周 波 数帯 域 での 利 得 の 低 下 とVSWRの 低 下 (リターンロスの 増 加 )を 引 き 起 こす上 記 への 対 策 、 今 後 の 課 題• アンテナの 熱 制 御• 成 形 ビーム 方 式 の 採 用• アンテナ 新 素 材 の 検 討周 波 数 帯 域 を 広 くとることができると 期 待 される 新 素 材 (macor)について、耐 熱 性 、 電 気 特 性 等 の 適 応 性 を 検 討 する。

開 発 体 制・(PI) 菊 池 冬 彦 ( 国 立 天 文 台 RISE 月 探 査 プロジェクト)研 究 の 総 括 、VLBIデータ 解 析 (ソフトウェア 開 発 を 含 む)、 観 測 機 器 開 発 、 月 内 部 構 造 研 究・(Sub-PI) 松 本 晃 治 ( 国 立 天 文 台 RISE 月 探 査 プロジェクト)研 究 の 総 括 、 軌 道 ・ 重 力 場 解 析 (ソフトウェア 開 発 を 含 む)、 月 内 部 構 造 研 究・ 浅 利 一 善 ( 国 立 天 文 台 RISE 月 探 査 プロジェクト) ( 以 下 、おいうえお 順 )信 号 伝 送 系 設 計 、 観 測 機 器 開 発・ 石 原 吉 明 ( 国 立 天 文 台 RISE 月 探 査 プロジェクト)運 用 計 画 、 観 測 スケジュール 作 成 、 月 内 部 構 造 研 究・ 岩 田 隆 浩 ( 宇 宙 航 空 研 究 開 発 機 構 宇 宙 科 学 研 究 本 部 固 体 惑 星 科 学 研 究 系観 測 機 器 開 発 、 月 内 部 構 造 研 究・ 河 野 裕 介 ( 国 立 天 文 台 水 沢 VLBI 観 測 所 )信 号 伝 送 系 設 計 、 観 測 機 器 開 発・ 佐 々 木 晶 ( 国 立 天 文 台 RISE 月 探 査 プロジェクト)研 究 の 総 括 、 月 内 部 構 造 研 究・ 鶴 田 誠 逸 ( 国 立 天 文 台 RISE 月 探 査 プロジェクト)電 力 ・ 熱 解 析 、 観 測 機 器 開 発・ 花 田 英 夫 ( 国 立 天 文 台 RISE 月 探 査 プロジェクト)海 外 局 との 調 整 、 観 測 機 器 開 発信 号 伝 送 系 設 計 のアドバイザー・ 竹 内 央 ( 宇 宙 航 空 研 究 開 発 機 構 宇 宙 科 学 研 究 本 部 宇 宙 情 報 ・エネルギー 工 学 研 究 系 )・ 河 野 宣 之 ( 奥 州 市 宇 宙 遊 学 館 )・ 劉 慶 会 ( 上 海 天 文 台 )・Goossens Sander(GSFC)サブシステム( 保 温 コンパートメントの 設 計 、 開 発 、 熱 解 析 )・ 田 中 智 ( 宇 宙 航 空 研 究 開 発 機 構 宇 宙 科 学 研 究 本 部 固 体 惑 星 科 学 研 究 系 )・ 飯 島 祐 一 ( 宇 宙 航 空 研 究 開 発 機 構 宇 宙 科 学 研 究 本 部 固 体 惑 星 科 学 研 究 系 )・ 小 川 和 律 ( 宇 宙 航 空 研 究 開 発 機 構 宇 宙 科 学 研 究 本 部 固 体 惑 星 科 学 研 究 系 )15

Conclusions• 次 期 月 着 陸 探 査 計 画 SELENE-2へVLBI 技 術 を 用 いた 月重 力 場 計 測 を 提 案 。• 測 地 データを 用 いた 内 部 構 造 推 定 の 感 度 解 析 を 実 施 し、特 にk2がコアパラメータの 制 約 に 有 効 であることを 確 認 した。 今 後 、 月 震 計 、 回 転 計 測 、 磁 場 計 測 などのデータを 用いた 統 合 解 析 法 について 検 討 を 進 める。• 月 面 用 耐 低 温 アンテナとしてアルミナ 基 板 のパッチアンテナを 選 定 し、 月 面 環 境 にて 保 存 可 能 であることを 確 認 した。夜 間 (-80℃ 以 下 )の 使 用 に 関 しては 熱 制 御 等 の 保 温 対 策が 必 要 であることが 明 らかとなった。VLBI 地 上 局 としては、VERA4 局 や 国 内 VLBIネットワークを使 用 させていただきたいと 考 えています。 引 き 続 き、ご 支 援 、ご 協 力 のほど、 宜 しくお 願 いいたします。