2022 Fiscal Year Research-status Report
Single Microparticle Impact Facilities at Low, Fast and Hypervelocity Regimes: Innovation from Biomedical and Material Sciences to Space Exploration
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18KK0128
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
矢野 創 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 (00321571)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新井 和吉 法政大学, 理工学部, 教授 (10202706)
平井 隆之 千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 研究員 (30737888)
佐藤 崇行 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 有人宇宙技術部門, 主任研究開発員 (00842296) [Withdrawn]
佐野 琢己 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 有人宇宙技術部門, 主任研究開発員 (90870767)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 固体微粒子 / 超高速衝突 / 低速衝突 / レーザー加速 / 二段式軽ガス銃 / 自由落下塔 / 宇宙探査 / 国際宇宙ステーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度より開始した本研究は、将来の深宇宙探査で求められる1~1000ミクロンオーダーの固体微粒子を1~1000m/sオーダーの速度で、真空中にて単発ずつ加速して、衝突現象をリアルタイムで観察できる実験機構群を、世界に先駆けて構築することが目的である。そのために、低速・高速・超高速の速度領域ごとに専用の固体微粒子加速機構を、日米に現存する実験装置を改良して構築することを目指している。
第二カ年の2019年度までに、日米双方での実験機構群の基本的構築は、1m/sオーダー未満の極低速度領域を除いて、ほぼ完了した。そこで2020年度には、それぞれの質量・速度範囲での微粒子加速性能の検証実験、およびそれらを使った宇宙実証機会の運用と成果創出を行う予定であったが、新型コロナのパンデミック流行により相互訪問が不可能となったため、2020年初頭より2022年秋まで、米国の実験機構を使った本研究は延期された。共同研究者への予算配算は2020年度に完了したが、国内実験も2021年秋まで再開できなかった。これらの是正措置として、本研究の最終年度を2023年度末まで延長する申請を日本学術振興会より認めて頂いた。残りの予算は2023年度に米国での共同実験を完了させるために温存している。
この間、エアロゲルとカーボンナノチューブを宇宙実証する日本の「たんぽぽ２」実験と、PVDF繊維織物を宇宙実証する米国の「Smart Skin」両方が、国際宇宙ステーション上で一年間の宇宙曝露を行ったのち、2022年春までに無事に地球回収された。また2022年11月にはPVDF検出器を搭載した「エクレウス」が打ち上げられた。このように、新型コロナによって最終年度が遅れた結果、これら宇宙で取得する実データに対する本実験機構群を使った地上校正実験結果との比較評価が、本研究の実施期間中に開始できるようになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、当初予定では三か年度で以下の三本柱を実施することを目指してきた。（１）低速・高速・超高速専用の真空中での固体微粒子加速機構を、日米に現存する実験装置を改良することで構築する、（２）全機構に共通する検証用標的を日米それぞれに開発し、地上での校正実験を行う、（３）本期間中に打上げ予定の宇宙実験・探査計画に同じ標的を搭載し、宇宙での検証実験を行う。
（１）と（２）の実験機構開発については、2019年度末までにおおむね実現できた。あとは各実験機構に関する性能評価・校正のための地上衝突実験を完遂すべきだが、2020年より新型コロナのパンデミックのために日米間が往来できなくなり、全ての衝突実験が約2年間凍結された。2021年秋にMITの実験室が再開したのを受け、まずは別予算を使って、本実験研究の再開準備、実験設備の再稼働、装置性能の再評価を現地で行った。その結果、2パンデミックが収束すれば、あと二か年度分のMITでの実験機会を確保できれば、当初予定していた研究を完遂できる見込みを得た。続く2022年度にも一回渡航できて、特に低速度衝突実験の評価を実施できた。
（３）については、超高速度用捕集材「エアロゲル」と低中速度用捕集材「カーボンナノチューブ（CNT)」の宇宙実証試験を、2019年夏から2020年秋まで国際宇宙ステーションを使った日本の「たんぽぽ２」プロジェクトとして実施した。2021年2月に曝露試料が地球帰還したので、それらの分析研究は2021年度より国内で開始した。米国側の超高速衝突検出新素材「圧電繊維布材（Space Skin)」の宇宙実証試験も、2020年10月より国際宇宙ステーション上で開始され、2022年春に地球帰還した。エクレウス探査機に搭載された超高速度用検出センサ「PVDF（CLOTH)」は2022年11月に打ち上がり、現在も月近傍環境で検証中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の最終年度を、日米両国で新型コロナによる非常事態宣言が解除された2023年度末まで延長することが承認された。そこで本年度は、過去２年以上程度延期されてきた各実験機構に関する性能評価・校正衝突実験を、集中的に実施する。また、たんぽぽ２、
SpaceSkin、エクレウスによって宇宙実証機会を得た各機器の検証を行い、それらの学術的成果も創出する。
さらに2024年度に打ち上げられる予定の月周回有人施設「ゲートウェイ」に搭載される低速微粒子検出器の開発も本年度に完了する予定であるので、その校正実験に資する速度域のうち、1m/sオーダー未満の極低速度領域を実現する衝突実験装置を製作する。
これらを通じて、医療分野のコア技術を宇宙探査に世界で初めて応用する実績をつくり、本研究の当初目的を2023年度末に完遂させることを目指す。
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| Causes of Carryover |
2020-2021年度はコロナ禍下のため、日米間の相互訪問による実験が全く実施できなかった。そこで国内での衝突実験を除き、当初予定された旅費等予算をほぼ全て温存し、2022年度以降に繰り延べた。日米両国でコロナ禍の非常事態宣言が解除された2023年度に、過去2年以上延期されてきた共同実験および宇宙実証データの校正評価を実施するために、本予算の温存分を執行する予定である。
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Research Products
(20 results)
