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「はやぶさ2」光リンク実験の結果が論文になりました


はやぶさ2に搭載されているレーザ高度計(LIDAR)へ、地球上のレーザ送信局からレーザを照射してLIDARで光を検出する実験に2015年12月に成功し、成果が2017年1月3日付で論文として出版されました。この論文のポイントは以下の通りです。

 

1. LIDARの視野方向を少しずつ変えながら、オーストラリア・キャンベラにあるマウント・ストロムロ観測所からLIDARへレーザ照射を行い、視野方向が正確に地球に向いた時にレーザ光が検出されました。その方向から、探査機に対してLIDARがどの向きに取り付けられているかを正確に決めることができました。

 

2.光リンク実験用の観測モードでは、一秒間の待ち受け時間の中でレーザパルスを2回受信してその時間間隔を検出できるように作られています。地上局から出すレーザの時間間隔は正確に決めることができますので、その2つのレーザパルスの時間をレーザ高度計で検出することによって、レーザ高度計の時計(正確には周波数)を補正するという技術実証実験にも成功しました。レーザ高度計の時計は水晶振動子で出来ており、推定された周波数の変化量が妥当な値であることも確認できました。

 

 3. 光でのリンクが確立した最長距離は660万kmでした。月―地球間距離(約38万km)よりも遠い距離での光リンクの確立は、米国のメッセンジャー、マーズ・グローバル・サーベイヤーに続き世界で三番目の希少な成功例となりました。

 

 

実験の概念図。地上のレーザ送受信局からそれぞれ探査機に向けてレーザを照射。2015年12月の実験において、オーストラリアからのレーザがLIDARで受信されました。その時の最遠距離は約660万kmで、光が探査機に届くまでに約22秒間かかりました。日本のミッションとしては初めての遠距離、世界でも3番目に遠い距離になりました。
[上グラフ]望遠鏡視野方向が検出出来た図
[左グラフ]最終日のレーザ受信強度変化の様子

Credit: NAOJ/NICT/JAXA/CIT/SERC/NEC, Noda et al.

 

 

 

小惑星は、太陽系内に存在する、岩石でできた数メートルから数百キロメートルのサイズの小天体です。太陽系の始原的材料で作られ、太陽系が形成された時の記憶を今に残していると考えられており、太陽系がどのようにできたのかを知る鍵の一つです。小さくて暗いために地上からの詳細な観測は難しく、探査機からのリモートセンシングや、表面の物質を地球に持ち帰るサンプルリターン等で詳しい研究が進められています。

 

 はやぶさ2は日本で2番目のサンプルリターンミッションです。2010年6月13日に地球帰還を果たしたはやぶさ初号機の後継機で、2014年12月3日に打ち上げられ、2018年夏に小惑星リュウグウに到着する予定です。

 

はやぶさ2の観測装置の中でも、LIDARは特に重要な観測装置です。地球からの観測では得ることが出来ない小惑星の形状モデルを作成するのに使われる他、小惑星へタッチダウンして表面物質を採取する時に距離を測るのにも使われます。

 

LIDARの視野方向の計測は打ち上げ前の試験で行われていますが、比較的簡易な計測であったことや、打ち上げ時の振動で変化する可能性もあり、打ち上げ後の軌道上での測定がより良い科学成果のために必要でした。

 

以上のように、この論文はLIDARを用いた工学実験および機器の性能確認という側面が強く、科学の成果を強調する論文ではありませんが、来たる科学観測のために機器の性能を知ることは大変重要であり、その一部が今回達成できたと考えています(例えば上の1)。また、2014年に打ち上げられてから、今回初めてLIDARが宇宙空間で本物のレーザ光を受信できた、という事も重要です。

 

この実験は、はやぶさ2が地球に一旦近づいた2015年12月の地球スイングバイの前後に行われました。2018年の夏の小惑星リュウグウ到着までLIDARの出番はしばらくありませんが、到着後に本格的な科学観測が始まり、科学成果も沢山出てきます。ぜひ楽しみにしていてください。

 

この実験の成果は、Noda et al. “Laser Link Experiment with the Hayabusa2 Laser Altimeter for In-flight Alignment Measurement”として、2017年1月3日付で日本の欧文地球惑星科学専門誌”Earth, Planets, and Space”にオンラインで掲載されました。本論文はオープンアクセスとなっており、どなたでも読むことができます。下のリンク先から論文のPDFファイルが取得できます(英語)。

  

論文へのリンクはこちら

また、より詳細な説明はこちら

 

参考サイト

JAXAはやぶさ2 「レーザ高度計(LIDAR)による光リンク実験」2015/12/25

JAXAはやぶさ2「LIDAR光リンク実験顛末記」2016/3/18

RISEウェブサイト内 LIDAR説明

 

 

(文責:野田寛大)