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「はやぶさ2」降下開始 人工クレーター作るミッション

2019.04.04 :

日本の探査機「はやぶさ2」は、小惑星「リュウグウ」の内部を調べるため人工的にクレーターをつくる世界初のミッションに挑戦する計画で、日本時間の4日午後1時ごろ、「リュウグウ」の上空2万メートルから降下を開始しました。順調にいけば、5日午前11時半すぎ、上空から金属の塊を高速で発射して小惑星に衝突させる計画です。

「はやぶさ2」はことし2月、地球から3億4000万キロ離れた小惑星「リュウグウ」への着陸に成功し、計画どおり岩石を採取したとみられています。

そして次のミッションとして、小惑星の内部を調べるため、人工的にクレーターをつくる世界初の計画に挑戦することになり、日本時間の4日午後1時ごろ、「リュウグウ」の上空、2万メートルから降下を開始しました。

「はやぶさ2」はゆっくりと降下を続け、5日午前11時前に、高度500メートルで金属の塊を発射する「インパクタ」と呼ばれる装置を切り離します。

その40分後の午前11時半すぎには、この装置が自動で爆発して金属の塊を秒速2キロの高速で発射、小惑星表面に衝突させてクレーターをつくる計画です。

「はやぶさ2」は、爆発した装置の破片や飛び散る小惑星の岩石にあたって機体を損傷しないよう、装置を切り離した後、40分以内に小惑星の陰に退避することになっていて、JAXA=宇宙航空研究開発機構は機体の安全確保を最優先に計画を進めたいとしています。

小惑星内部を調べる重要性は

なぜ、クレーターをつくって小惑星の内部を調べるのか。

小惑星には地球のような大気や磁場がないため太陽から放出される粒子や宇宙を飛び交う放射線、また微少な隕石(いんせき)の衝突などに直接さらされています。

このため地表にある岩石などは変質が進みます。

これが「宇宙風化」と呼ばれるものです。

しかし内部はこの「宇宙風化」の影響が少なく小惑星ができたころの”新鮮な”状態が残っていると考えられています。

このためJAXAではクレーターをつくって内部を露出させ、上空から赤外線などで岩石の組成を調べたり、着陸して岩石を採取したりすることで変質が少ない小惑星の情報を入手しようとしているのです。

クレーターつくる手順

日本の探査機「はやぶさ2」は、以下の手順で小惑星「リュウグウ」に向けて金属の塊を発射して、人工的にクレーターをつくります。

「はやぶさ2」は、日本時間の今月4日の午後1時ごろに小惑星「リュウグウ」の高度2万メートルから小惑星へ向けて降下を開始しました。

人が歩く速さよりも遅い、秒速40センチほどのゆっくりとしたスピードで降下を続け、高度5000メートル付近でさらにスピードを落とします。

そして、日が変わった5日の午前10時56分に高度500メートル付近で機体の底から「インパクタ」と呼ばれる衝突装置を切り離します。

「インパクタ」は、内部の火薬を爆発させることで重さが2キロある金属の塊を秒速2キロの高速で発射し、小惑星表面に衝突させて人工的にクレーターをつくる装置です。
探査機から切り離された「インパクタ」は、小惑星に向かってゆっくりと落ちていき、切り離しから40分たった午前11時36分に高度300メートルから200メートルの間で自動で火薬が爆発し金属の塊を発射します。

JAXAは、ねらう場所として、小惑星の赤道の少し北側にある比較的平たんな場所を中心に直径およそ400メートルの範囲の中のどこかにクレーターをつくりたいとしています。

金属の塊が発射されると、爆発したインパクタの破片や、小惑星の岩石が周囲に飛び散ります。
これにぶつかると機体が損傷してしまうため、「はやぶさ2」は、インパクタを切り離したあとスラスターと呼ばれるエンジンを噴射してすぐに移動し、安全な小惑星の陰に移動します。
この移動の途中で、「はやぶさ2」は、直径8センチほどの円筒形の「DCAM3」と呼ばれる小型カメラを切り離します。

このカメラは、金属の塊の発射と小惑星に衝突した瞬間の様子をおよそ1キロ離れた宇宙空間から撮影する予定です。

映像は「はやぶさ2」を経由して地球に送られ、結果の分析に使われます。

クレーターの形成場所

金属の塊を衝突させて人工的にクレーターをつくる場所は、ことし2月に探査機「はやぶさ2」が小惑星「リュウグウ」に着陸した地点から東におよそ800メートル離れた北緯6度の赤道付近です。

この地点は、周辺には比較的平たんな場所がありクレーターをつくったあと着陸がしやすいほか、ことし2月の着陸地点と地質が似ていることがわかっていて、採取した岩石などを比較しやすいということです。

JAXAは、この地点を中心に直径およそ400メートルの範囲の中にクレーターをつくることを目指しています。

クレーターの大きさは衝突した場所の地質の状態で変わるということで、例えば砂地で平たんな場所だと最大で直径10メートルほどのクレーターができるということです。

深さは直径の10分の1程度になるということで、直径10メートルのクレーターができれば、深さ1メートル程度まで内部を調べることができることになります。

クレーターへの着陸は

クレーターの形成に成功したあと「はやぶさ2」が、2度目となる小惑星への着陸を試みるかどうかについてJAXAはクレーターの場所や形状などから慎重に判断したいとしています。

クレーターの内側に着陸するには斜面の傾斜が小さく、比較的平らであることが必要で傾斜が大きい場合は内側ではなくクレーターの周辺に着陸し、飛び散った岩石や砂を採取することにしています。

こうした条件がそろわない場合は、機体の安全を考え、無理な着陸は行わないということです。

着陸する場合は、ことし2月の着陸と同じ、「ピンポイントタッチダウン」という方法を使います。

「ピンポイントタッチダウン」では、先に投下した「ターゲットマーカ」と呼ばれる光を反射するボール状の目印をカメラでとらえて、これを基準に機体を誘導するもので、ことし2月には、直径わずか6メートルの狭いエリアへの着陸に成功しています。

衝突装置「インパクタ」とは

探査機「はやぶさ2」は小惑星「リュウグウ」の表面だけでなく、内部も調査する計画です。

そのために開発されたのが小惑星の表面に人工的にクレーターをつくる衝突装置「インパクタ」。世界で初めての装置です。

「インパクタ」は円筒形をしていて、リュウグウに向いた面に直径30センチの円盤状の銅の板が取り付けられています。
内側には5キロの火薬が詰められていて、爆発することで円盤状の銅の板が変形して弾丸のような形になり、そのまま秒速2キロという高速で小惑星に衝突する仕組みです。
「はやぶさ2」から切り離されてから40分後に自動で爆発するよう設計されています。

その時、重要なのは、弾丸がまっすぐ飛んでいくことです。
このため、銅の板と固定する容器の間の溶接は爆発の際に偏りなく板が外れるよう、均一であることが求められ、高度な溶接技術がもちいられています。

また、火薬も空気が入り込むと爆発の威力に乱れが生じて、銅の板がきれいな弾丸の形にならないため、均等に行き渡るペースト状のものを採用、空気が入らないようほぼ真空状態の中で、およそ6時間かけてゆっくり流し込む特殊な製造方法がとられました。

開発には福島県などの中小メーカーが複数参加していて、日本のものづくりのたくみの技が計画の成否の鍵を握る世界初の装置「インパクタ」の実現を支えました。

分離カメラとは

「DCAM3」と呼ばれる分離カメラは、円筒形をしていて大きさは直径、高さともに8センチほどです。

「はやぶさ2」の機体の上面に取り付けられていて、アナログカメラとデジタルカメラの2つを備え、撮影データは無線で探査機に送られます。

このうち、アナログカメラは解像度は低いものの、データをリアルタイムで探査機に送ることができ主に金属の塊を自動で爆発して発射する装置「インパクタ」の動作確認に使われます。

またデジタルカメラは、撮影できる角度が縦横74度と広めに設定され、解像度も高いことから、リュウグウの地表に金属の塊が衝突して岩石や砂が舞い上がる様子を撮影し、結果を分析するのに使われます。

カメラの役割は大変重要で、JAXA=宇宙航空研究開発機構は「インパクタ」が予定どおり爆発したか、そして、小惑星表面に金属の塊が衝突してクレーターをつくることに成功したかどうか、最初にこのカメラの映像で確認、判断することになります。

「DCAM3」の分離は、「はやぶさ2」が衝突装置「インパクタ」を切り離して小惑星の陰に退避する途中に行われ、「DCAM3」はおよそ1キロ離れた場所から金属の塊の発射と小惑星への衝突の様子を撮影します。

過去の類似計画とはやぶさ2

天体の内部を調べるための同じような探査機の試みは2005年にNASA=アメリカ航空宇宙局がすい星で行ったことがあります。

アメリカの探査機「ディ―プインパクト」は「テンペル第一すい星」をめがけて88万キロ離れた地点から観測機器などを積んだ重さおよそ370キロの金属製の装置をすい星に衝突させました。

そして、舞い上がった内部の物質を探査機のカメラのほか、地球の上空およそ600キロを周回するハッブル宇宙望遠鏡や地上のすばる望遠鏡などで観測しました。

「はやぶさ2」は世界で初めて小惑星を対象に人工的にクレーターをつくる挑戦に挑みます。

方法も独自のもので、「ディープインパクト」では探査機の飛行速度を利用して探査機本体から直接発射したのに対し、「はやぶさ2」では金属の塊を発射する装置を別に開発、高度500メートルでこの装置を切り離し、その40分後、自動で装置が爆発して、金属の塊を発射する方法をとりました。

また、「はやぶさ2」はクレーターをつくったあと半年余り小惑星の上空にとどまり、詳しくクレーターやその周辺を観測するほか、安全が確認できれば、着陸して内部の岩石の採取にも挑戦する計画で、より詳細に小惑星の姿を明らかにすることが期待されます。

「着陸」と違った難しさ

ことし2月に小惑星「リュウグウ」への着陸を成功させた探査機「はやぶさ2」ですが、JAXAによりますと今回の小惑星表面にクレーターをつくるミッションは、着陸とは違った難しさがあるといいます。

それは「はやぶさ2」が、連続してさまざまな動きを求められることです。

「はやぶさ2」は、高度2万メートルから高度500メートル付近まで降下したところで「インパクタ」と呼ばれる衝突装置を切り離しますが、このとき、ガスを噴射して姿勢を制御する「スラスター」を使って、降下から上昇に転じます。

これは切り離す衝突装置の落下スピードを抑えるためで機体の速度は秒速14センチに制御する必要があります。

そのあともスラスターを噴射し、今度は水平に飛行、およそ1キロ移動したら次は再び飛ぶ方向を変えて垂直飛行に移り、インパクタの切り離しから40分以内に安全な小惑星の陰に退避します。

その途中に小型カメラの分離も行いこの時の機体の速度も決まっていてスラスターで調整します。

これらの機体の動きは、すべてプログラムに従って自動で行われます。

JAXAの担当者は「加速や減速、姿勢の制御、そして分離など機体のイベントが連続するため1つの動作が予定と異なると、その後に続く機体の運用がすべて影響をうけることになる。前回の着陸ではここまでの連続した動作は求められず、はやぶさの初号機でもこうした運用は経験していない。そういった意味で前例がなく、難しいミッションとなる」と話しています。

記事の内容は作成当時のものです

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