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Development of independent mass determination method for interplanetary dust detector with piezoelectric PVDF film

Research Project

Project/Area Number 20K14493
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionChiba Institute of Technology

Principal Investigator

Hirai Takayuki  千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 研究員 (30737888)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Keywords圧電性PVDFフィルム / 固体微粒子 / 宇宙塵(ダスト) / 超高速衝突 / 宇宙塵 / 自由落下衝突 / 表面波 / 惑星間ダスト / 圧電素子 / 微粒子衝突センサ / 太陽系探査 / 小天体
Outline of Research at the Start

太陽系内には彗星や小惑星から放出された固体微粒子(惑星間ダスト)が広く分布している。本研究では惑星間ダストの分布計測に用いられる圧電性PVDFフィルムセンサについて、ダスト質量の独立推定を可能にする新しい信号処理方法の確立を目指す。具体的には、惑星間ダストを模擬した微粒子の衝突実験を実施し、先行研究から示唆されているダスト質量(直径)にのみ依存する信号周波数成分の発生メカニズムを明らかにする。さらに得られた知見を実際の搭載機会を視野に入れた信号処理回路開発に適用し、試作機の完成までを目標とする。

Outline of Final Research Achievements

In conclusion, it was not achieved to develop an independent method for estimating mass of dust particle on dust detectors using piezoelectric PVDF film sensors, which was the original purpose of this research project set at the beginning of the research. However, some important achievements were obtained during the course of this research project, such as a single impact method for 10 micron-sized particles and a technique for developing dust detectors combining a piezoelectric PVDF film sensor and multi-layer insulation for spacecraft. The latter, in particular, is an innovative technology that significantly improves the dust detection efficiency compared to conventional methods by providing a dust detection function to the multi-layer insulation covering a significant part of the spacecraft surface.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

惑星探査機などの宇宙機に搭載されるダスト検出器は、目的地(惑星など)に到達後はもちろんのこと、到着まで相当期間にわたる惑星間空間航行中にも科学観測・環境計測が可能な装置として、宇宙開発黎明期から現在にいたるまで多数の搭載実績がある。本研究の成果は、圧電PVDFフィルムセンサを用いるダスト検出器の搭載性、検出効率(センサ面積)を大幅に向上させるものであり、科学研究のみならず、今後益々活発となるであろう人類の宇宙活動・進出においても、例えば環境計測の観点などで貢献が期待される。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] マサチューセッツ工科大学(米国)

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      2022 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] マサチューセッツ工科大学(米国)

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  • [Presentation] 超高速衝突実験を用いた地球―月圏ダスト検出センサCLOTHの検出下限検討2024

    • Author(s)
      岩田翔也,平井隆之,中澤淳一郎,増地大陸,長谷川直,新井和吉,矢野創
    • Organizer
      令和5年度 宇宙科学に関する室内実験シンポジウム
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  • [Presentation] Verification of Smart MLI Dust Sensors for Small Satellites: Effects of Detecting Hypervelocity Microparticle Impact Signals with the PVDF Film inside a Multi-Layer Insulation2023

    • Author(s)
      Iwata Shoya; Hirai Takayuki; Nakazawa Junichiro; Hasegawa Sunao; Kooi Steven; Nelson Keith; Arai Kazuyoshi; Yano Hajime
    • Organizer
      5th COSPAR Symposium 2023
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ground Experiments and Hydrocode Simulations for Verifying Hypervelocity Microparticle Impact Measurements on the First Smart MLI Sensors Demonstrated in Space2023

    • Author(s)
      Shoya IWATA; Takayuki HIRAI; Junichiro NAKAZAWA; Sunao HASEGAWA; Kazuyoshi ARAI; and Hajime YANO
    • Organizer
      The 34th International Symposium on Space Technology and Science
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超高速衝突実験によるダスト検出器CLOTHの校正パラメータ取得2023

    • Author(s)
      岩田翔也,平井隆之,中澤淳一郎,増地大陸,長谷川直,新井和吉,矢野創
    • Organizer
      第67回宇宙科学技術連合講演会
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  • [Presentation] 超小型探査機EQUULEUS搭載宇宙塵検出器「CLOTH」の初期運用と観測計画2023

    • Author(s)
      矢野 創, 平井 隆之, 岩田 翔也, 中澤 淳一郎, 藤井 雅之, 新井 和吉, 藤原 正寛, 布施 綾太, 五十里 哲, 石川 晃寛, 川端 洋輔, 近藤 宙貴, 三好 航太, 中島 晋太郎, 船瀬 龍
    • Organizer
      第23回宇宙科学シンポジウム
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  • [Presentation] 6Uクラス超小型深宇宙探査機EQUULEUSに搭載する多層断熱材一体型ダスト計測器CLOTHによる月-地球圏ダスト環境計測2022

    • Author(s)
      平井隆之
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      平井隆之,矢野創,長谷川直, 新井和吉,岩田翔也,中澤淳一郎
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    • Author(s)
      岩田翔也,平井隆之,中澤淳一郎,長谷川直, 新井和吉,矢野創
    • Organizer
      第66回宇宙科学技術連合講演会
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  • [Presentation] 超小型深宇宙探査機EQUULEUSに搭載する多層断熱材一体型ダスト計測器CLOTHの開発状況20212021

    • Author(s)
      平井隆之,矢野創,長谷川直, 新井和吉,岩田翔也,中澤淳一郎
    • Organizer
      第65回宇宙科学技術連合講演会
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      2021 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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