New technique for internal exploration of the small bodies with radar and conductive balloon

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K21891
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 熊本 篤志 東北大学, 理学研究科, 准教授 (00302076)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮本 英昭 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00312992) ; 西堀 俊幸 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究領域主幹 (80280361) ; 土屋 史紀 東北大学, 理学研究科, 准教授 (10302077) ; 石山 謙 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (90783902)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 小惑星 / 彗星 / 内部構造 / バイスタティックレーダ / 導電バルーン / 地中レーダ / レーダサウンダ

Outline of Annual Research Achievements

近年，欧州による彗星核内部探査，中国・米国によるローバ搭載地中レーダによる月・火星表層探査が展開されていく中，日本が小惑星等の小天体探査において今後さらに革新的な探査を先導していくために，本研究では複数の周回探査機に搭載した送受信機・トランスポンダ・電波反射用導電バルーン等による，小天体内部構造の電波トモグラフィ観測を提案するとともに，その実現に向けて，レーダ送受信機（0.5～3GHz）の試作，小天体縮小モデルによる実測実験，計算機を用いた電波伝搬の数値実験，内部構造のインバージョン解析に取り組んだ．小天体探査で望まれる計測分解能（数ｍ～数cm）から，レーダの周波数帯域は0.1～数GHzとする必要がある．この帯域の信号生成回路を構成できて宇宙機搭載環境の耐性をもつ電圧制御オシレータ(VCO)は候補部品が限られ，素子の特性上，高温での発振安定性悪化が懸念されていた．本研究では，宮城県産業技術総合センターの恒温槽を利用して，レーダ試作機の信号生成回路で温度サイクル試験を実施し，-40～+85℃の範囲で，送信機出力を減衰させて受信機に入力する計測方法で，常温からの受信レベル低下が4dB以内にとどまることを確かめた．さらに観測模擬として，レーダ試作機と小天体縮小モデルを用いた実測実験を行った．小天体縮小モデルとして，直径80cmのポリバケツ内部に，土嚢袋につめた砂，空気を密封したポリタンクを配置して誘電率分布を作り，回転台の上に設置した．その外周に送信・受信アンテナ，銅板をはった塩ビパイプを配置し，回転台を22.5度刻みで回転させて，小天体周辺での探査機の周回を模擬した．外周のアンテナ間隔も22.5度刻みで変化させながらデータを取得し，平均誘電率4を仮定してKirchhoff migration解析を適用することで，内部の媒質配置に対応した内部構造の推定結果を得ることに成功した．

Research Products

• [Journal Article] Derivation of Lunar Subsurface Loss Tangent from SELENE Lunar Radar Sounder (2021)
  • Author(s): Kumamoto A. Ishiyama K.
  • Journal Title: Lunar Planet. Sci. Conf. Volume: 52 Pages: 1510
• [Journal Article] FDTD Simulation and Radar Experiments Using Scale-Down Model for Radar Sounding of the Asteroid (2021)
  • Author(s): Kumamoto A. Miyamoto H. Nishibori T. Tsuchiya F. Ishiyama K.
  • Journal Title: Lunar Planet. Sci. Conf. Volume: 52 Pages: 1838
• [Journal Article] Collisional formation of top-shaped asteroids and implications for the origins of Ryugu and Bennu (2020)
  • Author(s): Michel P.、Ballouz R.-L.、Barnouin O. S.、Jutzi M.、Walsh K. J.、May B. H.、Manzoni C.、Richardson D. C.、Schwartz S. R.、Sugita S.、Watanabe S.、Miyamoto H.、Hirabayashi M.、Bottke W. F.、Connolly H. C.、Yoshikawa M.、Lauretta D. S.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16433-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sample collection from asteroid (162173) Ryugu by Hayabusa2: Implications for surface evolution (2020)
  • Author(s): Morota, T., Sugita, S., Cho, Y., Kanamaru, M., Tatsumi, E., Sakatani, N., Honda, R., Hirata, N., Kikuchi, H., Yamada, M., Yokota, Y., Kameda, S., Matsuoka, M., Sawada, H., Honda, C., Kouyama, T., Ogawa, K., Suzuki, H., Yoshioka, K., Hayakawa, M., Hirata, N., Hirabayashi, M., Miyamoto, H. et al.
  • Journal Title: Science Volume: 368 Pages: 654～659
  • DOI: 10.1126/science.aaz6306
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Morphology and Morphometry of Sub-kilometer Craters on the Nearside of Phobos and Implications for Regolith Properties (2020)
  • Author(s): HEMMI Ryodo、MIYAMOTO Hideaki
  • Journal Title: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES Volume: 63 Pages: 124～131
  • DOI: 10.2322/tjsass.63.124
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Simplified Simulated Materials of Asteroid Ryugu for Spacecraft Operations and Scientific Evaluations (2020)
  • Author(s): Miyamoto Hideaki、Niihara Takafumi
  • Journal Title: Natural Resources Research Volume: 29 Pages: -
  • DOI: 10.1007/s11053-020-09626-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimation of bulk permittivity of the Moon’s surface using Lunar Radar Sounder on-board Selenological and Engineering Explorer (2020)
  • Author(s): Hongo Keigo、Toh Hiroaki、Kumamoto Atsushi
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 72 Pages: -
  • DOI: 10.1186/s40623-020-01259-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Derivation of Lunar Subsurface Loss Tangent from SELENE Lunar Radar Sounder (2021)
  • Author(s): Kumamoto A. Ishiyama K.
  • Organizer: 52nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FDTD Simulation and Radar Experiments Using Scale-Down Model for Radar Sounding of the Asteroid (2021)
  • Author(s): Kumamoto A. Miyamoto H. Nishibori T. Tsuchiya F. Ishiyama K.
  • Organizer: 52nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of subsurface radar for future Mars, the Moon, and asteroid explorations (2020)
  • Author(s): Kumamoto, A., Miyamoto, H., NIshibori, T., Tsuchiya, F., Ishiyama, K.
  • Organizer: JPGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Permittivity of subsurface on Mars and its importance for electromagnetic wave reflection method such as radar sounder and ground penetrating radar (2020)
  • Author(s): Kobayashi, M., Niihara, T., Miyamoto, H., Kumamoto, A., Nishibori, T.
  • Organizer: JPGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Exploration of Lava tube of the Moon and Mars (2020)
  • Author(s): Haruyama, J., Ono, T., Miyake, W., Kumamoto, A.
  • Organizer: JPGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Search of shallow subsurface reflectors in Chryse and Acidalia Planitiae on Mars (2020)
  • Author(s): Oura, A., Y. Kasaba, A. Kumamoto, R. Noguchi, K. Ishiyama, F. Tsuchiya, T. Usui, C. Uemura
  • Organizer: JPGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FDTD 法に基づいた小惑星内部探査の基礎研究 (2020)
  • Author(s): 石山謙, 熊本篤志
  • Organizer: 日本惑星科学会2020年秋季講演会
• [Presentation] 火星のクリュセおよびアキダリア平原における地下構造の探索 (2020)
  • Author(s): 大浦愛菜, 笠羽康正, 野口里奈, 熊本篤志, 石山謙, 臼井寛裕, 土屋史紀, 植村千尋, 木村智樹
  • Organizer: 日本惑星科学会2020年秋季講演会
• [Presentation] 月・火星・小惑星地下探査レーダ試作機 を用いた検証実験 (2020)
  • Author(s): 熊本 篤志, 宮本 英昭, 西堀 俊幸, 土屋 史紀, 石山 謙
  • Organizer: 日本惑星科学会2020年秋季講演会