微小重力下での高速衝突におけるクレーター形成過程の解明
Project/Area Number |
19K14824
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Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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Research Institution | Chiba Institute of Technology (2021-2022) Japan Aerospace EXploration Agency (2019-2020) |
Principal Investigator |
岡本 尚也 千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 研究員 (80756130)
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Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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Keywords | 小天体 / 低重力 / クレーター形成 / 衝突実験 / 微小重力 / 高速衝突実験 / 室内衝突実験 / 数値衝突計算 |
Outline of Research at the Start |
近年、様々な小天体表面上のクレーター詳細画像が取得されてきただけでなく、はやぶさ2計画により世界初の小惑星上での宇宙衝突実験が行われた。これらの天体は非常に重力が微小であるが、クレーター形成に微小重力がどう影響を与えるかの理解は乏しい。本研究では簡易な落下塔を高速衝突施設のチャンバー内に構築し、秒速数キロメートルの衝突速度での微小重力衝突実験を実現することを目指す。また同時に数値シミュレーションを実行し、衝突実験の結果との比較を通して数値シミュレーションの妥当性を検証し入力パラメータの較正を行う。得られた結果をもとに、小天体、特に小惑星Ryuguの表層について議論を行う予定である。
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Outline of Annual Research Achievements |
小天体表面での衝突現象を理解することは,小天体の表層物性や地質年代,表面進化の過程を読み解くことにつながる. これまで我々は宇宙航空研究開発機構(JAXA)施設内にある縦型二段式軽ガス銃の真空チャンバー内に簡易な落下装置を構築し,高速度域(~1.2 km/s)での低重力下でのクレーター形成実験を可能にした.この装置を用いて,異なる物性を持つ粉体試料に対して1 Gおよび模擬低重力下での衝突実験を行い,粉体標的の内部摩擦角・空隙率および固着力がクレーター直径に与える影響,ならびに重力支配域と強度支配域の境界条件を粒子層の固着力(もしくは実効強度)と重力項の比を用いて表した.以上の内容を論文にまとめ海外雑誌に投稿した. 以上より,クレーター直径に関するデータについて整理を行うことができたが,低重力下でのクレーター形成をより理解するためには,クレーターの深さ方向やクレーター内部の粒子の流れを観察する必要がある. 本年は,これまでに構築した低重力模擬落下装置に,クォータースペース法を用いた「断面的な観察」を行う計測システムの開発を行った.ステンレス製の標的容器の内部にアクリル板を用いて鉛直方向に空間を仕切り,一方の空間に標的粒子を充填し,もう一方にデジタルカメラと光源を設置することで,模擬重力0.04±0.03 G, 低重力継続時間約0.4 sの条件で,高速衝突によるクレーター断面の成長過程の観察を行えるようになった.弾丸はポリカーボネート(直径4.8 mm,高さ5 mm)を用い,硅砂(粒径~450 μm)および微小アルミナ粒子(粒径~40 μm)に速度1.2 km/sで衝突させその場観察を行った.
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年前半は, 論文作成に必要なデータ数を増やすことにしたため, クオータスペース法を用いた低重力下での計測システムの開発着手に遅れが生じた. また,開発した計測システムでテスト実験を行ったところ,1 G下でも低重力下でもクレーター成長の観察を行うことはできたが, 低重力下での撮像画像において,クレーター壁とクレータキャビティの境界が明瞭に撮像できておらず,定量的な解析を正しく行うにはコンフィグレーションを改良する必要が生じたため.
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Strategy for Future Research Activity |
本年の計測システムの開発により,1 G下,0.04 G下ともにクレーターキャビティの成長過程が良く観察できることがわかったが,成長するクレータ壁をより鮮明に撮影し,正しく解析するためには,カメラの画角や照明の調整,粒子の流れを可視化するための工夫(例えば色を付けた試料を用いる)等,改良すべき点がある.今後はこれらの改良を行うことで,低重力下でのクレーターキャビティの詳細な成長過程や掘削粒子の挙動に関するデータ取得を目指す.また,実際の天体表層粒子を模擬したシミュラントを標的に用いた実験を行うことを計画している.
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Report
(4 results)
Research Products
(11 results)