Ultra-light telescope for the detection of snow-lines

• Project/Area Number: 23K17695
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 16:Astronomy and related fields
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 中川 貴雄 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 専任教授 (20202210)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 健 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (40300701)
• Project Period (FY): 2023-06-30 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: スノーライン / 軽量望遠鏡 / 宇宙望遠鏡 / 原始惑星系円盤 / スペース天文学 / 超軽量望遠鏡

Outline of Research at the Start

「岩石型惑星」と「ガス型惑星」の違いを生んだのは、原始惑星系円盤での水 (H2O) の存在形態を分ける「スノーライン」であると考えられている。しかし、スノーラインの直接的な観測は未だない。その観測のためには、口径1m級のスペース望遠鏡による観測が必要である。
しかし、従来の技術では、口径1m級の望遠鏡を搭載するには1tを超える大型衛星が必要であり、コストが膨大となり、迅速なミッション実現が困難である。そこで本研究では、スノーライン検出に必要な口径1m級の望遠鏡を、100kg級の超小型衛星に搭載する技術を開発し、迅速なミッション実現を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

惑星系の進化において、ガス惑星と固体惑星を分ける最重要因子は、H2Oガスと固体の境界である「スノーライン」であると考えられている。その検出の有効な手段として、中間赤外線の高分散分光観測を、我々は提案している。このためには、口径1m級の宇宙望遠鏡が必要である。本研究では、このような口径1m級の宇宙望遠鏡を、従来の1/10の質量（100kg級）の小型の衛星に搭載を可能とするための、展開型の超軽量望遠鏡の基礎技術の開発に取り組んでいる。所定の精度（鏡面精度<1μm)を達成するために、粗・精２段階の波面制御を採用している。そのうち、本研究では特に粗制御の原理的実証に取り組んでいる。具体的には、まず展開型の鏡の鏡面形状を制御するための actuators の比較検討を行った。その結果、当初採用を検討していた「イオン導電性ポリマー金属」は、宇宙での使用が極めて難しいことが判明した。そのために、それに代わる actuators を比較検討した。その結果、"Macro-Fiber Composite" (MFC) piezoelectric patch を候補として選定した。MFCは、NASAのラングレイ研究センターで開発された新しい piezo actuator の一種である。従来の piezo 素子と比べると、その構造の特性上、柔軟であるという特性を持っている。そのために、展開型の膜望遠鏡を制御するには適したものである。この選定に基づき、一年目は、MFC素子とそのドライバーを購入し、その特性評価を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

展開型の鏡の鏡面形状を制御するための actuators として、当初想定してたイオン導電性ポリマー金属が、宇宙での使用が極めて難しいことが判明した。そのために、それに代わる actuators を比較検討した。その比較検討に、想定よりも長時間を要した。そのうえで、粗制御actuators としてMacro-Fiber Composite (MFC) piezoelectric patch を候補として選定した。

Strategy for Future Research Activity

一年目の研究により、粗制御actuators としてMacro-Fiber Composite (MFC) piezoelectric patch を候補として選定し、その特性評価に成功した。この成果に基づき、２年目には、この actuators を用いた実際の鏡面制御を行う実験を推進し、当初の研究目的を達成する予定である。