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2017 Fiscal Year Annual Research Report

超小型火星探査機用Ne計測装置の基礎開発

Research Project

Project/Area Number 17H01175
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

杉田 精司  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (80313203)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 三浦 弥生  東京大学, 地震研究所, 助教 (90282730)
笠原 慧  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (00550500)
吉岡 和夫  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (70637131)
黒澤 耕介  千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 研究員 (80616433)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords惑星探査 / 惑星期限・進化 / 惑星大気 / 同位体 / 希ガス / 質量分析装置
Outline of Annual Research Achievements

火星大気に含まれるNe同位体比測定では、同じ質量電価比をもつ“Ar二価イオン”が妨害成分となり、測定精度が出ない。本研究では、分子種により透過特性の異なる分離膜を用いて、質量分析部に導入する前にNeとArを分離し、上記の問題を解決することを目指している。膜材候補として、バイトンとポリイミドを選択し透過特性を評価した。その結果、0.125mm厚のポリイミド膜を用いた分離膜に地球大気(~10^5Pa)を透過させると、20Ne/40Ar比を10^-3(地球大気の値)から10^2まで向上できることが判明した。1mm厚のバイトン膜では20Ne/40Ar比が3桁向上した。これらの結果が、膜内の分子拡散理論で説明できることも確認した。火星大気組成を仮定した透過の理論計算と質量分析計内で作られるAr++/Ar+比(約0.1)とから、0.1mm厚のポリイミド膜でNe測定が可能なことがわかった。これにより、火星大気進化を知る上で重要な20Ne/22Ne比を精度5~10%で測定できる見通しが立った。
また、火星探査に必要な宇宙空間航行期間を想定して、放射線によるポリイミド膜の透過特性劣化度を調べた。50 kradのガンマ線を照射する前後でポリイミド膜に対するNe、Arの透過量に劣化は見られず、十分な放射線耐性を有していることが確認できた。
さらに、NASAの火星探査機搭載装置での使用実績もあるSAES社製のST175を準備して、材質からの脱ガス、標準大気を用いてのガス精製効率(精製時間や精製結果が必要充分であるか等)、固定方法や耐久性、などについて試験や評価を進めた。ゲッター材に7Aで数10分以上電流を流して脱ガスを行うと要求ブランクに近くなること、0.3 Pa程度の地球大気を精製するにはゲッター材に電流を流す必要なないことなどがわかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究計画の肝である分子種による透過分離膜の開発が順調に進展したことが、最も大きな成果である。当初の予想よりバイトンとポリイミドの透過特性に大きな違いがあったことと、放射線耐性の良さから選んだ膜剤候補であるポリイミドの方がむしろ我々の目的に合致した透過特性を持っていたことなどは驚きであったが、我々の目的達成には非常に好都合な驚きであり、繰越申請を行う原因となった。さらに、実験で得られる透過ガス量の曲線はいつも複雑な形を持つため、予測が難しく、実験計画立案を困難にしていた。しかし、本年度の研究の中で、非常に少数のパラメーターのみで精度良く透過ガス量の理論予測ができることが分かった。これは、我々が初めて見つけたわけではないので学問的な価値は大きくはないが、研究計画の迅速な遂行という観点では大変に大きな朗報であった。

Strategy for Future Research Activity

最も不確実性が高い基盤的な実験と理論モデルの整備が順調に実施できたので、今後は実際の装置開発に向けてより現実的な設計パラメターの選定に向けて開発を進める方針である。その際、最終的には小型実験ロケットなどに搭載する目処をつけることが重要である。そのため、ロケット開発を行っている分担者との搭載条件の摺り合わせを加速していく。
加えて、本科研費と並行して進めている「はやぶさ2」探査では、小惑星の近傍および表面での特殊運用に参画する中で、惑星着陸オペレーションのデリケートさを実感する毎日である。このような運用の機会にその一部だけでも知り得た宇宙機運用の不確定性さは、衛星搭載機器がシンプルな機構と設計でなければならないことを改めて実感させてくれた。今後の計画では、性能向上を図る際にシンプルさの追求により一層の重みを置いた開発方針とする。

  • Research Products

    (20 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 10 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results)

  • [Int'l Joint Research] California Institute of Technology/Planetary Science Institute/NASA Johnson Space Center(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      California Institute of Technology/Planetary Science Institute/NASA Johnson Space Center
    • # of Other Institutions
      1
  • [Int'l Joint Research] ドイツ航空宇宙局(DLR)(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      ドイツ航空宇宙局(DLR)
  • [Journal Article] Effects of Friction and Plastic Deformation in Shock‐Comminuted Damaged Rocks on Impact Heating2018

    • Author(s)
      Kurosawa Kosuke、Genda Hidenori
    • Journal Title

      Geophysical Research Letters

      Volume: 45 Pages: 620~626

    • DOI

      10.1002/2017GL076285

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Correlation between fragment shape and mass distributions in impact disruption2018

    • Author(s)
      Kadono Toshihiko、Tanigawa Takayuki、Kurosawa Kosuke、Okamoto Takaya、Matsui Takafumi、Mizutani Hitoshi
    • Journal Title

      Icarus

      Volume: 309 Pages: 260~264

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2018.03.014

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Increase in cratering efficiency with target curvature in strength-controlled craters2018

    • Author(s)
      Suzuki A.I.、Okamoto C.、Kurosawa K.、Kadono T.、Hasegawa S.、Hirai T.
    • Journal Title

      Icarus

      Volume: 301 Pages: 1~8

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2017.10.019

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydrocode modeling of the spallation process during hypervelocity impacts: Implications for the ejection of Martian meteorites2018

    • Author(s)
      Kurosawa Kosuke、Okamoto Takaya、Genda Hidenori
    • Journal Title

      Icarus

      Volume: 301 Pages: 219~234

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2017.09.015

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A lower limit of atmospheric pressure on early Mars inferred from nitrogen and argon isotopic compositions2018

    • Author(s)
      Kurokawa Hiroyuki、Kurosawa Kosuke、Usui Tomohiro
    • Journal Title

      Icarus

      Volume: 299 Pages: 443~459

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2017.08.020

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental characterization of elastomeric O-rings as reusable seals for mass spectrometric measurements: Application to in situ K?Ar dating on Mars2017

    • Author(s)
      Cho Yuichiro、Kameda Shingo、Okuno Mamoru、Horiuchi Misa、Shibasaki Kazuo、Wagatsuma Ryo、Aida Yusuke、Miura Yayoi N.、Yoshioka Kazuo、Okazaki Ryuji、Sugita Seiji
    • Journal Title

      Advances in Space Research

      Volume: 60 Pages: 1453~1462

    • DOI

      10.1016/j.asr.2017.07.002

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantitative Potassium Measurements with Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Using Low-Energy Lasers: Application to In Situ K?Ar Geochronology for Planetary Exploration2017

    • Author(s)
      Cho Yuichiro、Horiuchi Misa、Shibasaki Kazuo、Kameda Shingo、Sugita Seiji
    • Journal Title

      Applied Spectroscopy

      Volume: 71 Pages: 1969~1981

    • DOI

      10.1177/0003702817701941

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ecliptic North-South Symmetry of Hydrogen Geocorona2017

    • Author(s)
      Kameda S.、Ikezawa S.、Sato M.、Kuwabara M.、Osada N.、Murakami G.、Yoshioka K.、Yoshikawa I.、Taguchi M.、Funase R.、Sugita S.、Miyoshi Y.、Fujimoto M.
    • Journal Title

      Geophysical Research Letters

      Volume: 44 Pages: 11,706~11,712

    • DOI

      10.1002/2017GL075915

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hayabusa2 Sampler: Collection of Asteroidal Surface Material2017

    • Author(s)
      Sawada Hirotaka、Hayabusa2 SMP Team、Okazaki Ryuji、Tachibana Shogo、Sakamoto Kanako、Takano Yoshinori、Okamoto Chisato、Yano Hajime、Miura Yayoi、Abe Masanao、Hasegawa Sunao、Noguchi Takaaki
    • Journal Title

      Space Science Reviews

      Volume: 208 Pages: 81~106

    • DOI

      10.1007/s11214-017-0338-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] エポックメイキングな隕石たち(その11):~Allan Hills 84001 隕石~太古の火星を明らかにする隕石,2017

    • Author(s)
      三浦弥生
    • Journal Title

      日本惑星科学会誌遊星人

      Volume: 26 Pages: 15-20

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Pre-Arrival Scientific Calibration of the Hayabusa2 Multi-Band Visible Camera2018

    • Author(s)
      ?サソSugita, S., E. Tatsumi, T. Kouyama, S. Kameda, Y. Yokota, S. Sakatani, H. Suzuki, M. Yamada, H. Sawada, R. Honda, C. Honda, T. Morota, K. Ogawa, M. Hayakawa, K. Yoshioka, N. Ogawa, N., Tanabe, H. Kamiyoshihara, Y. Iijima, ONCツ?Team
    • Organizer
      Lunar and Planetary Science Conference XXXXIX
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An analytical model to predict the ejecta velocity distribution and transient crater radii2018

    • Author(s)
      Kurosawa, K. and S. Takada
    • Organizer
      Lunar and Planetary Science Conference XXXXIX
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Itokawa's Orbital Transition from Main Belt to Near-Earth Orbit as Derived from Spectral Ages of Quasi-Circular Depressions on Itokawa2018

    • Author(s)
      Tatsumi,ツ?E., S. Sugita
    • Organizer
      Lunar and Planetary Science Conference XXXXIX
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Regolith Properties on the S-Type Asteroid Itokawa Estimated from Photometrical Measurements2018

    • Author(s)
      Tatsumi, E., D. Domingue, N. Hirata, K. Kitazato, F. Vilas, S. M. Lederer, P. R. Weissman, S. C. Lowrys, S. Sugita
    • Organizer
      Lunar and Planetary Science Conference XXXXIX
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hayabusa2 Landing Site Selection (LSS) Training: Summary Report of Scientific Evaluation2018

    • Author(s)
      Yabuta, H. ,N. Hirata, R. Honda, Y. Ishihara, K. Kitazato, M. Komatsu, A. Miura, K. Matsumoto, T. Morota, T. Nakamura, A. Nakato, T. Noguchi, T. Okada, N. Sakatani, S. Sugita, S. Tachibana, S. Tanaka, E. Tatsumi, S. Watanabe, T. Yamaguchi, Y. Yamamoto, Hayabusa2ツ?Lssaaツ?Team
    • Organizer
      Lunar and Planetary Science Conference XXXXIX
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mars Nano Orbiter: A Cubesat for Mars System Science2018

    • Author(s)
      Ehlmann, B. L., A. Klesh, T. Alsedairy, R. Dekany, J. Dickson, C. Edwards, F. Forget, A. Fraeman, D. McCleese, S. Murchie, T. Usui, S. Sugita, K. Yoshioka, J. Baker
    • Organizer
      Lunar and Planetary Science Conference XXXXIX
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Camera of the MASCOT Asteroid Lander on Board Hayabusa 2 - Science Objectives, Imaging Sequences, and Instrument Design2018

    • Author(s)
      Schmitz, N., Jaumann, R., Koncz, A., Schroeder, S., Trauthan, F., Mottola, S. Hoffmann, H. Michaelis, H.; Otto, K., Sugita, S. and Perez-Prieto
    • Organizer
      Lunar and Planetary Science Conference XXXXIX
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] K-Ar Dating System for Mars Lander Missions2017

    • Author(s)
      Horiuchi, M., M. Hosokawa, A. Kawashima, M. Uno, Y. Cho, S. Kameda, Y. N. Miura, S. Kasahara, S. Sugita
    • Organizer
      Asia Oceania Geosciences Soceity Meetig
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2019-12-27  

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