Integrated Analysis of Orbital Motion, Surface Topography, and Impact Mechanics for Precision Landing on Small Bodies

• Project/Area Number: 21J01280
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan (2022); Chiba Institute of Technology (2021)
• Principal Investigator: 菊地 翔太 国立天文台, RISE月惑星探査プロジェクト, 助教
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 小天体探査 / 軌道力学 / 衝突 / イジェクタ / 地形解析 / 天体衝突

Outline of Research at the Start

小天体探査は、惑星科学などの観点で意義深く、はやぶさ２の成功を始めとして、世界的に気運が高まっている。安全かつ高度な小天体探査を実施するには、狙った地点への高精度着陸が不可欠である。本研究では、「探査機軌道」「小天体地形」「小天体への物体衝突」の3要素の統合的な解析を行うことで、小天体への高精度着陸を汎用的な技術として確立させることを目指す。はやぶさ２で取得されたデータを解析して、実ミッションでのパフォーマンスを事後評価するとともに、将来の小天体探査を見据えた技術研究を行う。

Outline of Annual Research Achievements

2022年度には、小天体探査に係る以下2点の研究を行った。
[小天体着陸探査のための地形解析] 小天体でサンプル採取などの着陸探査を行うためには、安全な着陸点を選定するための地形解析が不可欠である。2022年度には、はやぶさ２ミッションでのリュウグウ形状モデルを用いた表面の地形解析を体系化し、査読付き国際誌論文にて発表した。また、この成果を応用して、2025年に火星衛星フォボスを探査するMMXミッションのための地形解析を実施した。具体的には、フォボスの形状モデルを用いて、フォボスの局所的な地形に左右される日照時間および地球との可通信時間を計算した。この解析結果は、MMXにおけるフォボス到着前の着陸点事前選定に貢献した。
[衝突イジェクタの軌道解析]
2021年度に推定したはやぶさ２の分離カメラの位置・姿勢情報を用いて、リュウグウでの衝突実験時に放出されたイジェクタの運動解析を行った。具体的には、イジェクタ群のなす面（イジェクタカーテン）に着目し、イジェクタの放出速度や放出角度を推定した。この成果により、従来用いられてきたイジェクタスケーリング則の妥当性を示すことに成功した。また、分離カメラの画像上で独立した輝点として観測された4つの比較的大きな独立した放出ボルダーについては、画像上の輝点位置を観測量としたイタレーションを行うことで、ボルダーの軌道を数値的に復元した。これらの成果は、地上実験等で確立されてきた理論モデルを、実際の小惑星環境において初めて実証したという観点で意義が大きい。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Landing site selection for the Hayabusa2 mission: Pre-arrival training and post-arrival analyses (2022)
  • Author(s): Kikuchi Shota、Yamaguchi Tomohiro、Watanabe Sei-ichiro、Yabuta Hikaru、Wada Koji、Saiki Takanao、Takei Yuto、Tanaka Satoshi、Tsuda Yuichi
  • Journal Title: Hayabusa2 Asteroid Sample Return Mission Volume: 1 Pages: 189-208
  • DOI: 10.1016/b978-0-323-99731-7.00010-6
  • ISBN: 9780323997317
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Site selection for the Hayabusa2 artificial cratering and subsurface material sampling on Ryugu (2022)
  • Author(s): Kikuchi Shota、Watanabe Sei-ichiro、Wada Koji、Saiki Takanao、Yabuta Hikaru、Sugita Seiji、Abe Masanao、Arakawa Masahiko、Cho Yuichiro、Hayakawa Masahiko et al.
  • Journal Title: Planetary and Space Science Volume: 219 Pages: 105519-105519
  • DOI: 10.1016/j.pss.2022.105519
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Evolution of impact ejecta produced by the Hayabusa2 impact experiment on the asteroid Ryugu (2023)
  • Author(s): Shota Kikuchi, Koji Wada, Kei Shirai, Ko Ishibashi, Toshihiko Kadono, Rie Honda, Yasuhiro Yokota, Yuri Shimaki, Naoya Sakatani, Kazunori Ogawa, Hirotaka Sawada, and Masahiko Arakawa
  • Organizer: PERC International Symposium on Dust & Parent Bodies 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 火星衛星探査計画MMXにおける着陸候補地域の検討状況 (2023)
  • Author(s): 和田浩二，中村智樹，宮本英昭，松本晃治，平田成，菊地紘，逸見良道，清水俊輔，菊地翔太，倉本圭，小川和律，巳谷真司，岡田尚基，尾川順子，池田人，竹尾洋介, 松本祐樹，大野剛，吉川健人，安光亮一郎
  • Organizer: 第23回宇宙科学シンポジウム
• [Presentation] Orbital Environments around Small Bodies and Diverse Options for Proximity Operations (2022)
  • Author(s): Shota Kikuchi
  • Organizer: ISAS Planetary Exploration Workshop 2022
• [Presentation] 火星衛星探査計画MMXにおける母船着陸候補地域の検討状況 (2022)
  • Author(s): 和田 浩二, 中村 智樹, 宮本 英昭, 松本 晃治, 平田 成, 菊地 紘, 逸見良道, 菊地 翔太, 倉本 圭, 諸田 智克, 小川 和律, 巳谷 真司, 岡田 尚基, 尾川 順子, 池田 人, 竹尾 洋介, 松本 祐樹, 大野 剛, 吉川 健人, 安光 亮一郎
  • Organizer: 第66回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] Image-based Estimation of the Attitude and Orbital Motion of Hayabusa2's Deployable Camera (DCAM3) around Ryugu (2022)
  • Author(s): Shota Kikuchi, Kei Shirai, Ko Ishibashi, Koji Wada, Rie Honda, Yasuhiro Yokota, Toshihiko Kadono, Yuri Shimaki, Naoya Sakatani, Kazunori Ogawa, Hirotaka Sawada, Masahiko Arakawa
  • Organizer: 33rd International Symposium on Space Technology and Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Preliminary Mission Analysis for the Hayabusa2 Extended Mission in the Vicinity of 1998 KY26 (2022)
  • Author(s): Shota Kikuchi, Yuya Mimasu, Takanao Saiki, Yuto Takei, Hitoshi Ikeda, Yuichi TsudaShota Kikuchi, Yuya Mimasu, Takanao Saiki, Yuto Takei, Hitoshi Ikeda, Yuichi Tsuda
  • Organizer: 33rd International Symposium on Space Technology and Science
  • Int'l Joint Research