Transcript SCOPE計画親子衛星＆観測機器 （笠羽）

[SCOPE計画]
親子衛星 & 観測機器
親・子1+3の5機編隊
Spin軸：軌道面垂直
斉藤義文、笠羽康正 （ISAS）
小嶋浩嗣 （京大・RASC）
次期磁気圏衛星WG
衝撃波域
渦構造
3000km
ジェット生成領域
300km
基本戦略
鍵領域へ “編隊” を投入し、
高い分解能で “時空” を分離する！
親・子1+3の5機編隊
Spin軸：軌道面垂直
軌道：赤道面
衝撃波域
近地点 3Re
遠地点 30Re
<子/近>
<子/遠>
数10km
数1000km（可変）
渦構造
3000km
ジェット生成領域
300km
衛星の構成
限られた資源で、誰も見ていない世界へ到達するには……
子(遠)
＜Ion-scaleのMicro構造
子(近)：数10ｋｍ
親
子(遠)
MHD-scaleの3次元構造
子(遠)：～数100-数1000km
「親衛星に資源を集中」し、妥協のない観測を！
衛星の機能
子(遠)
[親衛星：“限界”を追求]
高速性の追求
電子計測速度を「1000倍に」
“波動-粒子相関”の超高速観
測
子(近)：数10ｋｍ
子(遠)
親
完全性の追求
粒子の「全エネルギー観測」
電場の「３軸計測」
自律性の追及
有効データの自動検出
[子衛星群：“機能性”を追求]
軽量/高性能の追求
制約の中で十分な観測実現
子(遠)：～数100-数1000km
子衛星 [近:1, 遠:3]
親衛星
電子
粒子
イオン
粒子＆電磁場
電磁場
FESA （低エネルギー・高時間分解）
MESA （中エネルギー）
HEP-E （高エネルギー ）
EISA （低エネルギー）
FISA
IMSA
MEMS
HEP-I
EISA （低エネルギー）
WPC
（低エネルギー・高時間分解）
（低エネルギー・質量分析）
（中エネルギー・質量分析）
（高エネルギー）
（波動・粒子相関器）
磁場
MGF
（DC・低周波磁場 ＜128Hz)
WFC-B （高周波磁場
＜10kHz)
MGF
電場
EFD
（DC・低周波電場 ＜128Hz)
WFC-E （高周波電場
＜
EFD
（DC・低周波電場 ＜64Hz)
WFC-E （高周波電場
＜
100kHz)
（DC・低周波磁場 ＜64Hz)
20kHz)
SPECTRUM （高周波電場 ＜
10MHz)
SI: ~80kg, 75W
SI: ~15kg,
6W
子衛星 [近:1, 遠:3]
親衛星
電子
粒子
イオン
粒子＆電磁場
電磁場
FESA （低エネルギー・高時間分解）
MESA （中エネルギー）
HEP-E （高エネルギー ）
FISA
IMSA
MEMS
HEP-I
WPC
（低エネルギー・高時間分解）
（低エネルギー・質量分析）
EISA （低エネルギー）
高速
高感度
EISA
（低エネルギー）
eV-MeVをカバー
（中エネルギー・質量分析）
（高エネルギー）
（波動・粒子相関器）
磁場
MGF
（DC・低周波磁場 ＜128Hz)
WFC-B （高周波磁場
＜10kHz)
電場
EFD
（DC・低周波電場 ＜128Hz)
WFC-E （高周波電場
＜
100kHz)
波動-粒子の
“超高速観測”
MGF
（DC・低周波磁場 ＜64Hz)
高速
高感度
EFD
（DC・低周波電場
E/B各３軸をカバー
WFC-E （高周波電場
20kHz)
＜64Hz)
＜
SPECTRUM （高周波電場 ＜
10MHz)
SI: ~80kg, 75W
SI: ~15kg,
6W
子衛星 [近:1, 遠:3]
親衛星
電子
粒子
イオン
粒子＆電磁場
電磁場
FESA （低エネルギー・高時間分解）
MESA （中エネルギー）
HEP-E （高エネルギー ）
EISA （低エネルギー）
FISA
IMSA
MEMS
HEP-I
EISA （低エネルギー）
WPC
（低エネルギー・高時間分解）
（低エネルギー・質量分析）
マクロ量の“時空観測”
（中エネルギー・質量分析）
（高エネルギー）
（波動・粒子相関器）
磁場
MGF
（DC・低周波磁場 ＜128Hz)
WFC-B （高周波磁場
＜10kHz)
MGF
電場
EFD
（DC・低周波電場 ＜128Hz)
WFC-E （高周波電場
＜
EFD
（DC・低周波電場 ＜64Hz)
WFC-E （高周波電場
＜
100kHz)
SPECTRUM （高周波電場 ＜
10MHz)
SI: ~80kg, 75W
（DC・低周波磁場 ＜64Hz)
20kHz)
ミクロ量の“高速時空観測”
SI: ~15kg,
6W
Total: ~750kg
+衛星間分離機構
+Kick Motor
子衛星 [近:1, 遠:3]
親衛星
DHU
DR
TCIU
[kg]
3
1
3
MGA/LGA
TMS
TMX
2
1
1.3
max:4Mbps
SDIP/SSW
SBR
1
3
BAT
SCP
PCU/DIST
SSR
12
9
5
2
RCS
FUEL
SSAS
SSC
AOCE
ND
[kg]
1
1
2
1
WHN
15
2.5
3
HCE
TINT
STR
49
PI
80
25
103 …… 2液, Isp=300s
main-S/C dV = 510m/s
sub-S/C dV = 400m/s
Total: ~326kg, 300W
DHU
DR
TCIU
[kg]
3
1
3
MGA/LGA
TMS
2
1
SDIP/SSW
SBR
1
3
BAT
SCP
PCU/DIST
SSR
4.5
5
5
2
RCS
FUEL
SSAS
SSC
AOCE
ND
[kg]
1
1
2
1
WHN
7
HCE
3
STR
23
PI
15
10
11 …… 1液, Isp=180s
dV=200m/s
Total: ~105kg, 100W
電子・イオン計測
高速性の追求: GEOTAIL(=12sec) の “20-1000倍”
FESA : 低エネルギー・高時間分解
MESA : 中間エネルギー
HEP-E : 高エネルギー
FISA : 低エネルギー・高時間分解
IMSA : 低エネルギー・質量分析
MEMS : 中間エネルギー・質量分析
HEP-I : 高エネルギー
電子
親衛星
イオン
子衛星 電子/イオン EISA :
低エネルギー
８台
１台
１台
４台
１台
１台
１台
8msec
1spin
1spin
500msec
1/2spin
1spin
1spin 時間分解能
１台
1spin
φ200
300
電子
MCP or SSD
高圧電源
プリアンプ
電子
センサーの
衛星パネル
高速・高感度化
FESA
搭載数の増大
FISA
電場計測
完全性の追求: “鍵領域”で初の電場３成分計測
案1： Nominal
2対のWire probe(>15m)
親衛星
1対の電場boom(>7m)
子衛星（近）
黄道面垂直
子衛星（遠）
親
親
磁場boom(5m)
磁場boom(2m)
子
2対のWire probe(>7m)
Merit
同一の「子・孫衛星」
Demerit
短いZ軸アンテナ
Spin速度低
Despun部の配置
案1： Nominal
親衛星
子衛星（近）
黄道面垂直
子衛星（遠）
案2：子衛星を横転
黄道面垂直
黄道面平行(太陽指向）
案3：親衛星を横転
黄道面平行(太陽指向）
黄道面垂直
Merit
同一の「子・孫衛星」
「Z方向」の高精度計測
「 Z方向」の高精度計測
Demerit
短いZ軸アンテナ
Spin速度低
Despun部の配置
異なる「子衛星」
（コスト増・分離）
親衛星の難易度増
（通信・電力・分
離）
2対のWire probe(>15m)
親
1対の電場boom(>7m)
親
親
磁場boom(5m)
磁場boom(2m)
子
2対のWire probe(>7m)
“子を横に”
“親を横に”
検討課題：
衛星システム
SCOPE in M-V
“編隊”飛行のため
に・・・
“編隊”のHardware検討
軽量化、特に子衛星群
衛星の形：姿勢・電力
通信の方式・周波数
結合・分離の方式・手順
・・・・・・
“編隊”のSoftware検討
衛星群の製造方法
試験方法
運用方法
・・・・・・
現実的で
時代を画する
衛星の実現へ
AKEBONO
磁気圏編隊計画：SCOPE
GEOTAIL
１９９０
１９９５
２０００
あけぼの（極軌道）
GEOTAIL（尾部赤道面）
２００５
INDEX
（極軌道）
２０１０
２０１５
２０２０
SCOPE
（編隊飛行衛星）
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Launch!
Mission提案
衛星システム検討・開発
観測機器検討・開発
PM
FM
総合試験
Schedule
NASA MagCon
との共同観測
MagCon衛星群による
全体像の把握
2
鍵となる領域を
ズームアップするSCOPE編隊
～1000 km
i
16
X/ 
0
0
-2
0.2
-0.2
V ix /V Ai
Y/
i
スケールをまたいで
展開する宇宙プラズマ
ダイナミクスの把握
Z / i
0
AKEBONO
磁気圏編隊計画：SCOPE
GEOTAIL
１９９０
１９９５
２０００
あけぼの（極軌道）
GEOTAIL（尾部赤道面）
２００５
INDEX
（極軌道）
２０１０
２０１５
２０２０
SCOPE
（編隊飛行衛星）
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Launch!
Mission提案
衛星システム検討・開発
観測機器検討・開発
PM
FM
総合試験
Schedule
粒子計測
完全性の追求: 初の“eV～MeV”完全カバー
FESA : 低エネルギー・高時間分解
MESA : 中間エネルギー
電子
HEP-E : 高エネルギー
FISA : 低エネルギー・高時間分解
親衛星
IMSA : 低エネルギー・質量分析
イオン
MEMS : 中間エネルギー・質量分析
HEP-I : 高エネルギー
センサー開発：Avalanche Photo Diode
子衛星 電子/イオン EISA : 低エネルギー
FESA
MESA
HEP-ele
EISA
FISA・IMSA
MEMS
HEP-ion
EISA
10
T=１５℃
102
103 104 105 106 107
(eV
) range
Energy
「加速された粒子」の検出に
適したセンサーがない！
粒子計測
電子
親衛星
イオン
子衛星
孫衛星
電子&
イオン
FESA : 低エネルギー・高時間分解
検出器、高圧電源、センサー構造
MESA : 中間エネルギー
高感度の検出器
HEP-E : 高エネルギー
センサー構造
FISA : 低エネルギー・高時間分解
センサー構造
IMSA : 低エネルギー・質量分析
高H＋フラックス下での質量分析
MEMS : 中間エネルギー・質量分析
高感度と時間分解能の両立
HEP-I : 高エネルギー
センサー構造、信号処理回路
EISA : 低エネルギー
２次電子放出板、センサー構造
検討課題
DC磁場計測
フラックスゲート磁力計
親衛星
子衛星
5m MAST
2m BOOM
[検討課題]
高速性の追求
完全性の追求
64-128Hz
20bit化へ
- 新センサーの開発：良温度特性、低ノイズ（アモルファス合金な
ど）
- 回路系：耐放射線多ビット A/D、アナログ回路改良
- ２センサーを使った人工ノイズ除去
E
電磁場計測
[親衛星]
初の電場・磁場
全成分の網羅
磁場
親衛星
電場
磁場
子衛星
電場
B
E
B
MGF :
DC-128Hz
WFC-B :
<10kHz
EFD :
DC-128Hz
WFC-E :
<100kHz
Spectrum : 10k-10MHz
3軸
3軸
3軸
3軸
1軸
MGF :
DC-128Hz
EFD :
DC-128Hz
WFC-E : <100kHz
3軸
2軸
2軸
“鍵領域”での
垂直電場構造
波動計測
[親/子衛星]
初のμsec-order
電子スケール構造の観測
磁場
親衛星
電場
磁場
子衛星
電場
子(遠)
＜Ion-scaleのMicro構造
子(近)：数10ｋｍ
親
子(遠)
MHD-scaleの3次元構造
MGF :
DC-128Hz
3軸
子(遠)：～数100-数1000km
WFC-B :
<10kHz
3軸
EFD :
DC-128Hz
3軸
WFC-E :
<100kHz
3軸
Spectrum : 10k-10MHz 1軸
MGF :
DC-128Hz
EFD :
DC-128Hz
WFC-E : <100kHz
3軸
2軸
2軸
波動-粒子
相関計測
電磁場の振幅波形
電子・イオンの
カウント
オンボード処理で
“μsec”で進む
波動-粒子相関現象”を検
出!
特定の「プラズマ不安定現象」を自動検出
試験ボード