2016 Fiscal Year Annual Research Report
超熱的プラズマ粒子観測装置による新たな地球磁気圏観測
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15H03735
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
淺村 和史 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, 助教 (50321568)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 粒子観測器 / 地球惑星磁気圏 / 機器開発 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、地球惑星磁気圏における 0.1eV - 100 eV のエネルギー範囲の粒子観測を念頭に、イオンエネルギー質量分析器の開発を行う。本観測器は 0.1eV 程度の低いエネルギー帯のイオン観測をターゲットに含んでいる。一方、宇宙空間では人工飛翔体が帯電する。この帯電によって周辺を飛翔する粒子の軌道が偏向されるが、この影響は低エネルギー粒子であるほど顕著であり、観測に影響を与えてしまう。このため、ブームなどによって観測器を人工飛翔体本体から離し、さらに観測器全体に積極的に電位を与えることを考えている。この場合、観測器は小型である必要がある。
平成27年度は計算機シミュレーションを用いた観測器設計を行った。静電エネルギー分析部の極板形状・配置を工夫するとともに、質量分析技術として用いられてきた飛行時間分析 (Time-Of-Flight) 法を改良した。その結果、小型形状を実現しつつ、感度を大きく損なわないセンサー形状を得ることができた。また、得られた計算機シミュレーション空間内の形状を基に実際の観測器構造設計を行った。放電を抑制するための電極間距離の確保、視野を阻害しないようなケーブルの這いまわしなどに留意し、組み上げることが可能な筐体・電極設計を得ることができた。
平成28年度は得られた設計形状を基に試作された観測器センサー部を用い、イオンビーム照射試験、紫外線照射試験などを行った。その結果、設計に即した性能を有していることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに計算機シミュレーションを用いて観測器の設計を行った。一般的に観測器を小型化するとそのままでは感度が落ちてしまう。本観測器ではターゲットとする最高エネルギーを 200eV と低く抑えつつ、電極に与える電圧を調整することで粒子軌道偏向に用いる極板間隔を広げた。これにより、従来の 10keV 程度をターゲットとする観測器と同程度の感度を実現するとともに、エネルギー分析・質量分析可能で感度を大きく損なわない形状を得ることに成功した。その後、得られた形状を基に観測器センサー部を試作した。試作したセンサー部は真空チェンバー内に設置し、イオンビーム照射試験を行った。その結果、センサーの粒子通過特性、エネルギー分析性能、質量分析性能について、設計に即した結果を得ることに成功した。また、地球惑星電離圏・磁気圏における粒子観測では、紫外線除去性能も重要である。このため、重水素ランプを用いた紫外線照射試験を行った結果、本観測器は十分な紫外線除去性能を持ち、実際の観測への影響はほとんどないレベルであることが確かめられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
観測ロケットへの搭載を念頭にセンサー製作・試験を進める。これまでは汎用の計測系などを用い、センサー部分の試験を行ってきたが、実際に人工飛翔体に搭載するためには専用の電子回路などを組み込み、観測器として必要な構成要素を含んで仕上げる必要がある。特に、本観測器では観測器全体に積極的に電圧を印加することで、宇宙空間における飛翔体の帯電の影響を抑制することを考えている。このため、平成29年度は試作した観測器に筐体電位を印加するための構造を付加し、電子回路などを含めた性能試験を行う。この性能試験では、センサー全体を真空チェンバー内に設置し、これまでに行ったセンサー部のみでの性能試験を電子回路などを含めて行う。真空中では空気の対流による放熱が見込めないため、電子回路の放熱パスを考慮した観測器構造とする必要がある。仮に電子回路の動作に温度上昇による問題が発生した場合、放熱パスを見直すなどの対策を行う。
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