金星探査機「あかつき」に関する記者説明会
ニコ生のタイムシフトから起こしました。やはりRCSによる軌道制御を行うということで、早速10月中旬にも酸化剤の投棄を実施し11月の近日点軌道制御に備えるようです。RCSは長秒時噴射の実績があるということでそこは一つ安心材料ですね。
プログラムディレクタ：稲谷芳文氏
プロジェクトマネージャ：中村正人氏<資料要約>
- 着火による衝撃を緩和する手法で噴射試験を実施
- RCSによるセトリング（燃焼を寄せる）は正常に実施。4基で70Nの推力を発生、3秒間の燃焼
- OMEは約40N、想定の1/9しか出なかった OMEが完全に消失した場合の想定で説明できる
- OMEの使用は断念し、RCSによる軌道制御を行う
- 11月の近日点軌道制御に向けて酸化剤（約60kg）の排出を10月中旬までに行う 10月下旬から軌道制御リハーサル
- 放出で凍結しないよう検討
- RCSは連続6000秒・累計23000秒噴射の実績がある（あかつきでは連続2000秒・累計4000秒必要）
- サイエンス目標が感心 目標軌道は不可能だができるだけ近付きサイエンスを最大化するため努力をする
<質疑応答>
- 燃料の量 酸化剤の量
稲谷PD：現在燃料100kg強 酸化剤60kg強
- OMEを通して捨てるのだろうが推力として使うと検討しているか
稲谷PD：検討している 推力が無駄にならないよう考えているが非常に小さいだろうと予測している
- 凍結とはどのような状況か
稲谷PD：インジェクタの配管の細いところを流れるがそこの温度が下がる 出口がふさがる可能性 短時間で行う、ヒーターで凍結を防ぐなど
- 最終的な観測点 本来は金星から何km 今回シミュレーションでは？
稲谷PD：本来は遠地点8万km 今期待しているのは色々あるが周回には何とか入れる 出来上がり軌道はかなり大きな値になる 数字は幅があるのでこのような答えにしたい
- 何十倍？
稲谷PD：何倍というオーダー
- 諦めなければならない観測、この軌道だからできる観測はあるか
中村PM：まだ出来上がり軌道が不確定なのでサイエンスにも幅がある スーパーローテーション解明がどこまでできるのか 極軌道か赤道軌道かでも変わるが 新しい軌道でできる最大のサイエンスを探すというスタンス 先日の試験噴射の後にこれでサイエンスが出来なくなるという風にマスコミの方々に書かれたがサイエンティスト達はそんなことは無いんだと、これから色々探していく ただし出来上がり軌道のイメージが明確になる必要がある 30時間軌道で西向き軌道に入るのが大事と打ち上げ前から言ってきたのは変わらない 金星の気候のはいつか成し遂げなければならない 今日明日か来年か10年先かはわからないが 日本がやると言ってきた事をこれからどうするか世界中の金星の研究者が連携をしている中でどうやっていくか 他の国がこのアイデアを使ってやっていくのも人類が知識を手にするからかまわない いろんなバリエーションがある中で必ずいつかはやりとげるというのももう一つの真実
稲谷PD：今の話でサイエンス側が軌道がどうなるか待っているとあったが実はそうではなく、こうやったらこういう観測ができるという問題になっていてその中から一緒に考えて選んでいくもの そういうやり方になると思っている 軌道半径 傾斜角 いつの時点で軌道に入るか 会合を何回か繰り返した後に最終的にどの軌道に入るかという自由度を考えている 会合という言葉と投入という言葉を区別していて、会合してフライバイする、周期を毎回金星に合うような軌道に入れておいて何回か回った後に最終的に入れるとエネルギーの損をしないという場合がある いつまでに入りたいかという事と関係してくる 探査機の寿命は大丈夫かという色々な選択肢の中から選んでいく作業になるだろう 今日の時点ではサイエンスのこの軌道ではこの観測ができる、側から我々の側からここなら確実にできる 両方の選択肢から選んでいく その時の判断基準はサイエンスを最大化すること
（この間中村PMがマイクを凄く欲しがっているｗ）
中村PM：まったく言うとおり 僕の言うことが誤解を招くといけないがサイエンスはどのくらいの幅までいけるかという自由度があるかを待っているということであって、その中でサイエンスを最大化するということを我々は考えていて、それは出来るか出来ないかという観点から何が最適か宇宙研あるいは日本のコミュニティ全体の中から工学理学問わず議論していくと考えて欲しい
- 軌道傾斜角 平たい方か立っている方どちらが長く周回していられるか 観測最低限これだけ回っていないと意味のある観測ができないという点 物理的に周回できるマックスの遠金点 どれくらいか
稲谷PD：軌道面が縦の方が長く軌道を維持できる 金星軌道は太陽の影響で軌道が崩れる要素がある 横の方が近金点が動いていく率が高い そういう傾向がある 軌道の大きさなどで変わる サイエンスの要求が1年か2年かという話で変わる
中村PM：その点も議論の中で決めていく 元々の8万km軌道は金星に近かったので太陽からの摂動の影響は小さかった 今回問題なのは遠金点がもしもっと大きくなったときには摂動を受けるということ
- マックスの軌道は
地球と月は38万kmだが地球の周りを遠地点が月になるような軌道は長い軌道になるがそういう場合を含めてある 1週間とかにどんどん長くなっていくもう少し長くても 太陽の影響もあるのでどのくらい生きながらえられるか ちょっと今数字がない
- 極軌道だとスーパーローテーションと逆向きだが極軌道でもサイエンスはありえるか
中村PM：もちろんありえる 近金点はそんなに遠くならないので近くを飛んでいるときは金星の画像を取れる メインテーマのひとつである雲の三次元構造など 電波掩蔽は確実にできるサイエンス そのときはそのときでいろんな新しい可能性を考えていく そういった軌道と、（寿命が）短くてもいい軌道に入るかとトレードオフになっていく
稲谷PD：燃料の数字 初期 燃料117kg 酸化剤78kg 現在燃料98kg 酸化剤64kg（四捨五入）誤差があると思っている
- 去年記者会見で中村先生にエアロブレーキングについて聞いたそのときは慎重な反応だったが、この状況になってその可能性は
稲谷PD：使う手段として頭にはある どれほど有効かはいろんな手段の中で考えなくはないという程度 それをやらないとどうしようもないという状況ではないと考える ESAやNASAなどなどがそういう試みを考えるという報告もあるので我々もできるものならトライしたいと思っているが、大気の中を通すわけなのでダメージなどと裏腹で考えないといけない 大きい効果を狙えばそういうこととセットで議論することになる
- 一回RCSで投入した後で近金点で掠めるようにという形？
稲谷PD：おっしゃるとおり 投入時に使うには鎧がないと有効にならない いったん軌道に入ってちょっとずつ掠めて変えていく それをプライマリには考えていない
- 高度は？
稲谷PD：100〜200kmくらい 大気密度が違うので申し上げられないが 金星の方が大気が濃い 「ひてん」でエアロブレーキ実験の経験があるがプライマリミッションが終わった後でやったことなので今やるとプライマリでは考えていない
- 酸化剤 トータルで廃棄？
稲谷PD：酸化剤だけを投棄 64kgを捨てる
- これを捨てるとあかつき総重量は？
現在490kg弱 そこから64kg捨てる
- 遠金点 90日軌道と聞いたが
それは長すぎる さきほど言った何倍という 軌道の差し渡しの1.5乗に比例 数日〜1週間というオーダーだと思う
- 元々の寿命は2年という話 余裕があると思えないが
稲谷PD：会合1回目と2回目の間はだいたい8ヶ月 これから再会合するには4年弱 プラス8ヶ月となっていく
中村PM：金星西向き30時間軌道に入ると日陰でバッテリを使う その充放電回数から言って2年であろうと 現在は惑星間軌道で充放電が無い 数年間バッテリ充電を低いレベルに置くのでそれほど劣化はしないという試験結果
- 何回会合を待てるか
中村PM：ずっと太陽に当たっているので数回というのは問題ない
- 最も楽観的な場合は軌道は何万km？
なかなか難しい 何倍という範囲で考えてほしい 今後の推進系の性能に依存する 投入の仕方にもよる
- 確認 30時間軌道は不可能？
稲谷PD：難しい 時間を無限に使えば別だが現実的な制限内で行くには難しい 予定外にRCSの性能がいいという期待はしてもいいかもしれないが現実的に仮定はなかなか出来ない
- 30時間軌道は断念といっていいか？
稲谷PD：その言葉が適当かわからないが難しいだろうと思っている
- 近金点は問題にならない？
稲谷PD：自由に選べると思っている 300〜350kmなど
- 探査機の寿命はバッテリの寿命で決まるといってもいいか？
中村PM：2年というのはバッテリの寿命 もちろんいろんな要素がある 太陽フレアの直撃などもある 長くいるとそれだけ危険は増していく
- 最大どこまで？
中村PM：たとえばジオテイルは2年だが 1992年打ち上げで現在まで20年近く 10倍生きている はやぶさも想定より長生きしたことを思い起こしてもらえれば
- 燃料 今の残量でどのくらいの遠地点まで乗せられるか 燃料だけではないと思うが
稲谷PD：さっきと同じ答えになる 申し訳ないがこの場では期待で申し上げられない
JAXAで開発したもの 部材では外部のものもあるが設計はJAXA
- OME破損状況 資料で50N 実際は40N 今はどういう状況と考えればいいか
稲谷PD：理想的な平面があるのではなくデコボコ 一部根っこに残るということがありえる 理想的な計算なのでそういう状況ではない 形状の変化で変わりえる 1/9はそういう状況だと思えば再現できるということ そういう前提で立っていいという実験結果 近いような状況 40・50・60のことを正確に言うことを目的とすることを適当とは思っていない
- 全損に近い状況であると
説明できるという間接証拠のひとつ
- 観測機器の寿命 想定外の運用による劣化というのもあると思うが
中村PM：動いている部分 冷凍機などずっと動いていれば劣化していくので止めておく 放射線劣化が怖い CCD素子 それらの評価をしている 数年経って当然悪くなるがサイエンスをやるのに十分かどうかは楽観的 逆にその残っている画素でやらなければいけないというのはいつ投入するか サイエンスの質と係わってくるところ
- 5･6年後では十分使える？
中村PM：素子によって違うが全然駄目ということは無い
- 熱 断熱材が劣化すると思うが熱の影響で傷んでいくものは？
稲谷PD：表面の断熱材の劣化として起きることは熱環境が変わるということ 全体的に高い側にいく 7月に1回目 11月に2回目の近日点 1回目の近日点でこの姿勢で 2回目はエンジンを噴かすので姿勢の制約を受ける 同じ姿勢ではないが1回目と2回目でどのぐらい（劣化が）進んだところは見られるだろう 同時に地上では経年劣化 紫外線 試験 表面特性の変化 放射吸収率の測定 データを蓄積しながら搭載の温度履歴と合うか合わないか突き合わせをしながら何回かの近日点通過を重ねていく 現在のところダメージを受けたという結果が出ているわけでは無い 全く劣化が無いという結果でもない 搭載データと地上データを見ながら判断していく ただ劣化があるので運用をやめるということはたぶん無い 劣化しててもなんとか凌ぎながら条件を緩和する運用をしていくだろう
- 探査機側で熱的に厳しくなっていく部分と観測機器の側で厳しいものとそれぞれあると思うが
稲谷PD：カメラは表についているのでこっちを向けたらこっちが辛いという選択になる
中村PM：カメラについては想定されている近日点0.6AUでも駄目になるとか、バス機器のバッテリも温度が上がると劣化が進みが速くなる 幸い衛星全体の温度ポテンシャルが上がった状態で十分低いところにある 大丈夫だろうと思っている 太陽からの入力が分かっている データを見ながら危ないところの温度を下げる<相模原>
- 5P 燃料側の逆止弁 シールを透過して酸化剤が燃料蒸気と反応して塩が生成し閉塞とあるが過去にもこういう事故があったか なぜ漏れてしまったか原因は分かっているか
稲谷PD：燃料と酸化剤が蒸気で弁の前後で塩を生成 固体なので CV-Fを固体の生成物が邪魔したのだろうというのが閉塞のメカニズム
- 全損に近いOME いつ全損？ 昨年12月か今年9月の燃焼試験か
稲谷PD：12月の金星投入時のデータからスロート部の破損はしただろうが燃焼器が存在した推力のデータがある 今回2回の噴射試験を行ったが衛星から送られてくるデータで1秒に8サンプル 荒いデータ 一方で地上試験では着火衝撃が 1/1000オーダーの現象であると分かっている 以上から、どこで壊れたか判断しないといけないが 可能性としては今回の1回目の点火事に壊れた可能性があるだろう 一方で金星投入時の最後に火が消えるときにどうなっていたかはデータが無いので今回ノズルが火を着けるときにちゃんと付いていたかは確かめられない が、火を消したときのデータでは存在していたと そこから判断するしかない 1回目と2回目のデータに差が無いのでその事実から想像するしかないだろうと思っている
- 今の結果を受けてRCSでの軌道投入を試みるという本来とは違う使い方 それによる長時間噴射によるダメージは
稲谷PD：それは心配しないといけないと思っているが、このエンジンそのものは従来設計 試験結果では長秒時運転は可能 あらゆる可能性はゼロではない
- OMEが使えないということで残念ながらスーパーローテーションが得られない とても残念に思っているが今後の軌道によって観測の内容が変わってくるということだがかなり幅があるので今言うのは難しいかもしれないが、なんとかスーパーローテーションの手がかりを掴む観測方法は 世界がやったことも無いだけに期待されていたと思うが、今後米露がやってくると思うが彼らと一緒に検討するようなことになるか
中村PM：国際協力について言うと、世界中の金星を研究する科学者米欧露そして日本、しょちゅう数ヶ月に1度はミーティングを開いておりサイエンスをどう進めるかは話し合っている 今回も皆あかつきの将来を心配し指をクロスさせて試験噴射を待っていたが、この事態に至ってこの先どうするかは次の会合で話し合っていく スーパーローテーションは色んな謎がある 元々30時間軌道に入れるということは20時間に渡って同じ面を見られるというものだったがそれで解ることは全球での運動量の輸送 それ以外にも色んな手がかりがある メリットを生かして他の衛星では出来なかった解析が出来ると考えている
- 期待していただけにショックを受けているのではと思うが部内ではどのような雰囲気
中村PM:みんな元気です（笑い） いきいき健康だがここは真剣にやらねばならない 今あかつきに出来ることを最大限活かして何が出来るか必死に考えている あかつき後のこともコラボレーションも含めてどのような行動を起こすか真剣に考えているので 金星に乗り込もうと思っていた若い人たちが結果を手に入れるのが数年遅れる、これが一番残念 彼らにいい研究テーマを与えられる活動をしていきたい
（―そろそろ時間が無いので切り上げたいのですが（会場笑い））
- 相模原1人なのであと1点だけ（笑） 国際協力もそうだがあかつき後継ミッションを日本がやることはまだ想定に入っていないか
中村PM：まだ今これを申し上げるのは非常に微妙 オプションの1つ 頭の中に無いわけではないが今申し上げるのは時期尚早かと
- RCSを使うしかない反面、押しガスのバルブ詰まりの問題が引き続きあるのでブローダウンしかないと思うがOMEよりも長い時間噴射しないといけない、それはどのくらい噴射できるものか 噴射し続けると圧力が下がっていくので
稲谷PD：難しいところだが次の近日点では数百秒 一方で金星投入時どれくらい圧力が回復したか我々はデータを持っている 1時間というデータで圧力が回復している 一方が全然供給されないという状況では全然無い その状態が続いていることを期待しているが、今度やってみるとさらにデータが増えブローダウン後に圧力回復がどのくらいか早く見たいと思っている
- 今度の近日点でのデルタVは数百秒では足りないので数回に分けて行うということか
稲谷PD:デルタVは300m/sオーダー 近日点で何回かに分けて様子を見ながらやるという事を考えている 3回とか 何回かやって足りてるかどうか見るというのもあるかもしれない 次の近日点まで待ってやるというのもあるかもしれない RCS性能によって 必ず半端は出ると思っている それをいつ修正するかということになると
稲谷PD：最後に一言 ご関心を持ってくれて有り難いと思っている 我々としては探査機が今の状態を継続するのであれば今言ったことは実行可能だと考えている 一方で寿命を超えている、想定外の環境に晒されるなど緩和する努力はしたいと思うが決して楽観しているわけでは無い 一方で金星に投入しサイエンスができる可能性がある限りはその可能性を追求していきたいと考えているのでご理解いただければ有り難い 宜しくお願いします
なんかこの二人のテンションが時々おかしくて笑ってしまったｗ RCSで投入できる軌道は極軌道・赤道軌道は様々なトレードオフが存在し、また周回周期はこれまで耳にした90日というほどでもないもののやはり数倍は遠くなる、しかし最大限サイエンスの成果を上げるべく金星を目指す意欲が感じられて良かったです。
あと推進剤が計算上8割以上残っているという点。去年12月の金星投入トラブルで早期にセーフモードに移行したのが本当に幸いしていますね。
■「あかつき」の軌道制御エンジンは使用断念 - 当初の観測軌道投入は困難に [MYCOM]
大塚さんのナイスレポ。要点がとてもよくまとめられているのでオススメです。
RCSはもともと姿勢制御用に搭載していたもので、OMEに比べると推力は大きくない。RCSのスラスタは同じ面に4基搭載されていて、合計推力は70N程度。このスラスタの定格は1基あたり23Nであるが、これは燃料の圧力が20気圧のときの推力であって、「あかつき」の場合(14気圧に設定)では18N程度しか出せない。
ただ、ここで1つ間違えないようにしたいが、軌道変更で重要なのは推力の大きさではなく、比推力の高低だ。比推力はエンジンの燃費を表しており、単位は秒。一般的に比推力は2液式エンジンの方が優れ、健全な状態のOMEでは315秒(ノズル破損時でも230秒程度)、それに対し1液式のRCSは210秒だ。
同じ推力のエンジンが2つあった場合、もし使える燃料の量が同じなら、比推力の良いエンジンの方が長時間噴射することができる。たとえ推力が小さくても、比推力が高いエンジンならより長く噴射することで、結果として大きな加速を得られる。小惑星探査機「はやぶさ」のイオンエンジンは、この極端な例だ(イオンエンジンの比推力は3,000秒程度と非常に高い)。
「あかつき」の燃料の残量は98kg(当初の搭載量は117kg)。探査機の燃料には限りがあるので、比推力が高い方がありがたいのだ。OMEを使わないことにしたのは比推力がRCSよりも悪くなってしまったためで、推力が低下したことは直接的な理由ではない。
ここ重要ですね。本来1液式のRCSだと比推力が落ちてしまいますが、より効率的な方を選んだと。あと1液式にすれば酸化剤投棄の分を軽量化できますしね。
■「あかつき」の金星周回軌道投入失敗に係る原因究明と対策について（その4） [JAXA]
こちらに今回配付された資料がアップされています。
