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ベピ・コロンボ

ベピ・コロンボ (BepiColombo) は、宇宙航空研究開発機構 (JAXA) と欧州宇宙機関 (ESA) の共同プロジェクトによる水星探査計画である。水星の自転と公転の共鳴関係を発見し、マリナー10号のミッションを成功に導いた複数回のスイングバイを計画したといった業績を残した、イタリアの数学者・天文学者のジュゼッペ・コロンボの愛称に因んで命名された[2]。

ベピ・コロンボ BepiColombo
ベピ・コロンボの模式図
所属 宇宙航空研究開発機構 (JAXA)
欧州宇宙機関 (ESA)
主製造業者 Airbus、日本電気
公式ページ 水星探査計画「BepiColombo」
水星磁気圏探査機「みお」
国際標識番号 2018-080A
カタログ番号 43653
状態 航行中
目的 水星の探査。
観測対象 水星
計画の期間 打上げから水星周回軌道投入まで約7年。水星周回軌道投入後1年間の観測。
打上げ機 アリアン5
打上げ日時 2018年10月19日22時45分（現地時間）[1]
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概説 編集

当初の計画では、アリアン5ロケットで2010年に「水星磁気圏探査機 (MMO: Mercury Magnetospheric Orbiter)」「水星表面探査機 (MPO: Mercury Planetary Orbiter)」「水星着陸機 (MSE: Mercury Surface Element)」の3機を打ち上げる予定だった。しかし、2003年に行われた計画見直しの際に、水星着陸機は中止された[3]。

ロケットも予算の問題から、ロシアから輸入してギアナ宇宙センターから打ち上げるソユーズロケットを、科学衛星・探査機に使う方針だった。しかしその後、ベピ・コロンボは重量が予定より増加したため、再びアリアン5による打ち上げに変更された。

そして2018年10月19日に、現地時間の22時45分に南アメリカ大陸北端部のギアナ宇宙センターから打ち上げられ[注釈 1]、地球を旅立った[4][5]。今後、複数回のスイングバイを経て水星周回軌道に投入する予定である。2つの探査機は水星到達後に分離し、協力して約1年間にわたり水星を探査する計画でいる。ESAとJAXAの担当は次の通りである。

ESA
MMO以外の、(1)BepiColomboミッション全体の設計、(2)MPO、電気推進モジュール（Mercury Transfer Module：MTM）、MMOサンシールド（MMO Sunshield and Interface structure：MOSIF）の設計・製作・運用、(3)複合モジュール（Mercury Composite Spacecraft：MCS）の組み立て・試験および打上げを担当。（当初計画ではMSEも開発）
JAXA
水星周回軌道上での運用、MMO（みお）の開発・運用 費用は約150億円

軌道について 編集

惑星間航行 編集

水星は太陽に近い軌道を公転しているため、その公転速度は太陽系の惑星中で最速である[注釈 2]。他にも技術的な障壁が幾つも存在する。そのため水星の周回軌道に探査機を投入する事は難しく、マリナー10号では水星をフライバイしながら探査を行っただけであった。ベピ・コロンボ探査機は、2018年10月に打ち上げられ、イオンエンジンを用いた電気推進、1回の地球スイングバイ、2回の金星スイングバイ、6回の水星スイングバイを経て、7年後の2025年末に水星に到着する予定である。到着後まずMTMを切り離し、その後、MPOの2液式の化学推進により水星周回軌道に投入する計画でいる。

水星周回 編集

 
みおとMPOの探査軌道
マーキュリーの2回目のフライバイ中に撮影された一連の画像

MMOの周回軌道（近水点400 km、遠水点11824 km）でMMOを分離し、その後、MOSIFを分離したMPOは遠水点高度を下げて周回軌道（近水点400 km、遠水点1508 km、軌道傾斜角90度）に遷移させる予定である[6]。その後、約1年間に亘って観測を行う計画でいる。

探査機について 編集

ベピ・コロンボは複数の独立して機能する探査機であるMMOとMPOとを、連結した状態で水星へと向かった。なお、水星軌道投入までは電気推進モジュール MTM (Mercury Transfer Module)が使われる。MMH/MON3推進薬を使用する2液式の化学推進系が地球軌道からの脱出時と、月へのフライバイ時に使われた。それ以降は火工品を使って遮断され、巡航フェーズにブローダウンモードでのみ使われる。巡航フェーズではイオンエンジンを使って航行する。これにより長時間かけて、太陽に対する速度を徐々に低下させながら、水星の周回軌道に投入できるようにする。

MMOとMPOの特徴は、水星磁気圏探査衛星（MMO）が、プロトン磁気探査器を搭載しており、その他電磁場探査器などによって、太陽嵐によって発生するだろうと考えられている磁気圏探査を目的にしている。この探査機器は、従来の機器よりも高感度の機器類である。

両探査機は、水星の極軌道に投入する事により、太陽からの直接的な熱流入を半分に抑え、水星近傍での約700 Kという高温の熱輻射から衛星を守る予定である。予定通りの軌道に投入できれば、高度約100 km程度の位置を約15分で周回する。このため、太陽面に近い所を周回する時には探査を行い、太陽面の反対側に回る時には地球へ観測データの送信を行う計画である。しかし、この方式では地球でデータ受信可能な時間が短いため、高バンド通信などの開発も同時に進めている。

MMO 編集

 
MMO

水星磁気圏探査衛星（Mercury Magnetospheric Orbiter、MMO）は、255 kgのスピン安定姿勢制御方式の衛星である。水星軌道投入後は、高度400×11824 kmの楕円周回軌道から観測を行う。水星の固有磁場・磁気圏、大気などの観測を目的とする。PLANET計画で培った惑星間磁気圏探査機器類を基礎として、高温に耐えられる設計を目指して開発を行った。MMOの冷却は衛星がスピン安定姿勢制御により回転していることを前提に設計されている。しかし惑星間航行中はMPOが姿勢制御するため回転せず、回転を利用した冷却ができない。このままでは太陽接近時の高温に耐えられないので、MMOは水星到着までの間、MMOサンシールド(MOSIF)によって太陽光から防護される。

搭載観測機器 編集

  • Magnetic Field Investigation - 磁力計。
  • Mercury Dust Monitor - 水星の塵の計測器。
  • Mercury Plasma Particle Experiment - プラズマ粒子観測装置。
  • Mercury Sodium Atmosphere Spectral Imager - 水星のナトリウムの分布を見るためのカメラ[注釈 3]。

MPO 編集

 
MPO

水星表面探査衛星（Mercury Planetary Orbiter、MPO）は、1230 kgの3軸安定姿勢制御方式の衛星である。水星軌道投入後は、高度400×1500 kmの楕円周回軌道から観測を行う。水星の表面地形、水星の表面の鉱物と化学組成、重力場の精密計測を目的とする。ジオットなどで培った撮像を目的にした探査機器類を基礎として、高温に耐えられる設計を目指して開発を行った。

なお、MPOは水星の地形を観測する目的も有し、2011年に水星の周回軌道に入ったメッセンジャーに不測の事態が発生した場合の保険としての意味も有った[注釈 4]。水星の自転周期（恒星日）は、公転周期（88日）の3分の2であり、水星表面全体を撮影するためには、水星の太陽日、すなわち公転周期の2倍の時間を要するからである。

搭載観測機器 編集

  • Italian Spring Accelerometer - 加速度計。
  • Magnetic Field Investigation - 磁力計。
  • Mercury Orbiter Radio Science Experiment - 水星に電波を照射する機器。
  • Mercury Radiometer and Thermal Imaging Spectrometer - 電波・赤外線分光器。水星の黒体放射の状態や、電波を観測する。
  • BepiColombo LASER Altimeter - レーザー高度計。水星周回軌道上から、水星の表面の標高を計測する。
  • Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory - 複数の分光器とカメラを組み合わせた観測器。
  • Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectrometer - 水星高層大気観測用の紫外線分光器。
  • Mercury Imaging X-ray Spectrometer - 太陽の影響で、水星表面の原子から出るX線を観測するためのX線分光器。水星表面の元素の組成を見る。
  • Mercury γ-ray and Neutron Spectrometer - γ線・中性子線検出器。やはり水星表面の元素の組成を見る。
  • Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundances - 水星高層大気分析器。帯電していない微粒子も分析する。
  • Solar Intensity X-ray and Particle Spectrometer - 太陽風、および、太陽用X線分光器。水星付近に届く太陽からの粒子やX線などの威力を見る。

経過 編集

  • 2000年10月 - 欧州宇宙機関（ESA）の5番目の大型計画（コーナーストーン・ミッション）として正式に認可。
  • 2003年11月 - ESA科学計画委員会で宇宙科学計画の見直しが行われ、水星着陸機は中止された。
  • 2008年2月12日 - 文部科学省の宇宙開発委員会で、2013年の打ち上げを承認。
    • ESAと宇宙航空研究開発機構（JAXA）では、今後計画終了まで約175億円をかけて衛星開発・ロケット調達・運用準備を開始。
    • その後ESA側のイオンエンジン開発が難航し、探査機の重量が大幅に増加。打ち上げも2014年以降に延期された[注釈 5]。
  • 2012年2月28日 - ESAが開発の遅れのため、打上げを2015年8月以降にすると公表[7]。
  • その後、さらに2016年7月以降へ延期された。
  • 2015年3月15日 - MMOのモジュールが宇宙航空開発機構にて公開[8][9]。
  • 2017年7月6日 - MMOの開発状況と今後の予定について説明会が開催され、打ち上げは2018年10月、水星到着は2025年12月の予定だと発表された[10][11]。
  • 2018年
    • 6月8日 - MMOの愛称を「MIO（みお）」と発表[12]。
    • 10月19日（現地時間） - フランス領ギアナのギアナ宇宙センターから打ち上げられた。
  • 2020年
    • 4月10日4時25分頃 (UTC) - 地球スイングバイ実施[13]
    • 4月21日 - JAXAが成功確認を発表[14]）。
    • 10月14日 - 第1回金星スイングバイ実施、最接近は15日12時58分 (JST)[15]。
  • 2021年
    • 8月10日 - 第2回金星スイングバイ実施、最接近は8月10日22時51分 (JST)[16]
    • 10月2日 - 第1回水星スイングバイ実施、8時34分 (JST)に199 kmまで接近[17]
  • 2022年6月23日 - 第2回水星スイングバイ実施、18時44分 (JST) に約200 kmまで最接近[18]。
  • 2023年6月20日 - 第3回水星スイングバイ実施、4時34分 (JST)に約236 kmまで最接近[19]。

ミッション設計について 編集

打ち上げ後、探査機は双曲線軌道を描いて3.475 (km/s)を超える速度で地球を離れ、まず地球の公転軌道に近い太陽周回軌道に入る。1年半後に地球スイングバイを行い、金星に向かう軌道に遷移する。続いて2回の金星スイングバイにより、探査機の近日点を水星近くに移動させた後、6回の水星スイングバイで水星との相対速度を1.76 (km/s)まで下げる。第4回水星スイングバイの時点で、探査機は水星の公転軌道とほぼ同じ太陽周回軌道に入り、水星近傍に留まる[20]。4回の最終噴射により相対速度をさらに下げ、2025年12月5日に水星の重力を利用して遠水点178,000 kmの水星極軌道に入る。ここでMTMを分離し、その後はMPOの化学推進モータで探査軌道に投入する[21][22]。

スケジュール 編集

 
2018年10月20日から2025年12月2日までのベピ・コロンボの予定航路。
       ベピ・コロンボ ·       地球 ·       金星 ·       水星 ·       太陽

特に断りのない限り、2018年現在、以下の予定である[23]。

日付 イベント 備考
2018年10月20日 打ち上げ
2020年4月10日[13] 地球スイングバイ 打ち上げ1.5年後
2020年10月15日[24] 第1回金星スイングバイ
2021年8月11日 第2回金星スイングバイ 第1回金星スイングバイから1.35金星年後
2021年10月2日 第1回水星スイングバイ
2022年6月23日 第2回水星スイングバイ 第1回水星スイングバイから2周回（3水星年）後
2023年6月20日 第3回水星スイングバイ 第2回水星スイングバイから3周回（4.12水星年）後
2024年9月5日 第4回水星スイングバイ 第3回水星スイングバイから4周回（5.04水星年）後
2024年12月2日 第5回水星スイングバイ 第4回水星スイングバイから1周回（1水星年）後
2025年1月9日 第6回水星スイングバイ 第5回水星スイングバイから0.43周回（0.43水星年）後
2025年12月5日 水星周回軌道へ投入 第6回スイングバイの3.75水星年後に探査機を分離
2026年3月14日 MPOを探査軌道に投入 水星周回軌道投入から1.13水星年後
2027年5月1日 通常ミッション終了 水星周回軌道投入から5.82水星年後
2028年5月1日 拡張ミッション終了 水星周回軌道投入から9.98水星年後
 
2018年10月20日から2025年11月2日までの時系列。赤線は水星との相対速度、青線は水星からの距離。赤丸はスイングバイを示す。

コラボレーション・タイアップについて 編集

脚注 編集

[脚注の使い方]

注釈 編集

  1. ^ 南アメリカ大陸の北端部のような赤道付近からロケットを打ち上げると、地球の自転を最大限利用できる。
  2. ^ 太陽系に存在する惑星の中で水星は、太陽に対する位置エネルギーが最も低いため、その分だけ太陽を周回する運動エネルギーが高くないと太陽に落下してしまうからである。詳細は運動方程式の記事などを参照。
  3. ^ 水星は、太陽系内の岩石惑星の中では、その大きさに比して核の割合が大きいであろう事が、従来の観測で示されている。その原因が、かつて水星の表面が蒸発したためなのかどうかが、この装置で判るかもしれないと考えられている。
  4. ^ 水星探査機メッセンジャーは予定よりも長く水星周回軌道上で運用されて充分な成果を上げ、2015年に運用を終了した。
  5. ^ 地球以外の天体に探査機を送り込む場合には、可能な限り少ない燃料で到達できるようにすると、打ち上げ期間が限られる。詳細は打上げウィンドウを参照の事。

出典 編集

  1. ^ 『国際水星探査計画BepiColomboの打上げ日時の変更について』（プレスリリース）JAXA、2018年9月27日。https://www.jaxa.jp/press/2018/09/20180927_mmo_j.html。2018年9月30日閲覧。 
  2. ^ “Who is G.Colombo?”. Center of Studies and Activities for Space. 2007年5月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年4月21日閲覧。
  3. ^ 「ベピ・コロンボ計画（水星探査）」の日本のオービター生き残る JAXA宇宙科学研究所（2003年11月10日）2020年4月24日閲覧
  4. ^ “水星探査機「みお」打ち上げ成功 2025年到着予定”. 朝日新聞デジタル. (2018年10月20日). https://www.asahi.com/sp/articles/ASLBL45NWLBLULBJ00H.html?iref=sp_new_news_list_n 2018年10月20日閲覧。 
  5. ^ “水星探査機「みお」打ち上げ＝日欧共同計画、仏領ギアナから－JAXA”. 時事通信. (2018年10月20日). https://web.archive.org/web/20181020102533/https://www.jiji.com/amp/article?k=2018102000121&g=soc 2018年10月20日閲覧。 
  6. ^ “BepiColombo MMOの熱制御系”. ISAS. https://www.isas.jaxa.jp/j/forefront/2011/ogawa/index.shtml 2012年3月5日閲覧。 
  7. ^ “BepiColombo Mercury mission to be launched in 2015”. ESA. http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=50105 2012年3月1日閲覧。 
  8. ^ “水星探査計画「BepiColombo」トピックス一覧”. JAXA (2015年3月19日). 2015年3月19日閲覧。
  9. ^ “日欧初の水星探査機ベピコロンボ 日本側の探査機MMOを公開”. 宇宙エレベーターニュース. http://senews.jp/satellite/2015/03/16/471 2015年3月19日閲覧。 
  10. ^ “水星磁気圏探査機MMOに関する説明会”. JAXA (2017年7月6日). 2018年1月22日閲覧。
  11. ^ “水星磁気圏探査機MMOに関する説明会資料” (pdf). JAXA (2017年7月6日). 2018年1月22日閲覧。
  12. ^ 『水星磁気圏探査機MMOの愛称決定について』（プレスリリース）JAXA、2018年6月8日。https://www.jaxa.jp/press/2018/06/20180608_mmo_j.html。2018年6月9日閲覧。 
  13. ^ a b 松村武宏 (2020年4月11日). “いってらっしゃい！ 水星探査機「みお」地球スイングバイを実施”. sorae.jp. https://sorae.info/space/20200411-mio.html 2020年4月12日閲覧。 
  14. ^ 水星探査機「みお」地球スイングバイ成功『読売新聞』朝刊2020年4月22日（社会面）
  15. ^ “水星探査機「みお」第1回金星スイングバイ実施　通過時の写真を公開”. sorae (2020年10月16日). 2020年10月17日閲覧。
  16. ^ 松村武宏 (2021年8月15日). “「ソーラー・オービター」「ベピ・コロンボ」相次いで金星スイングバイを実施”. sorae. 2021年8月15日閲覧。
  17. ^ 松村武宏 (2021年10月3日). “日欧の水星探査ミッション「ベピ・コロンボ」ついに最初の水星スイングバイを実施！”. sorae. 2021年10月4日閲覧。
  18. ^ 松村武宏 (2022年6月25日). “日欧の水星探査ミッション「ベピ・コロンボ」探査機が第2回水星スイングバイを実施”. sorae.jp. 2022年6月26日閲覧。
  19. ^ “3度目の水星フライバイでベピコロンボがとらえた水星画像”. astropics (2023年6月21日). 2023年6月21日閲覧。
  20. ^ BRPICOLOMBO ESA（2020年4月24日閲覧）
  21. ^ “BepiColombo”. National Space Science Data Center. NASA (2014年8月26日). 2015年4月6日閲覧。
  22. ^ “Mission Operations - Getting to Mercury”. European Space Agency. 2014年2月7日閲覧。
  23. ^ “BepiColombo Factsheet”. European Space Agency (2017年7月6日). 2017年7月6日閲覧。
  24. ^ “水星探査機「みお」初期確認を完了。4月10日に地球スイングバイ実施”. sorae.jp (2020年3月27日). 2020年3月28日閲覧。
  25. ^ “水星磁気圏探査機「みお」×『機動戦士ガンダム 水星の魔女』コラボコンテンツを公開”. JAXA (2023年6月29日). 2023年7月8日閲覧。

関連項目 編集

外部リンク 編集

 
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