Experimental study on collisional evolution of thermophysical properties of asteroid surfaces

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14545
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 嶌生 有理 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, 主任研究開発員 (60710548)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 衝突物理 / 熱物性 / 小惑星 / 粉体 / 衝突実験 / 熱赤外カメラ

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、アルミ球弾丸を用いた多孔質粉体標的への超高速度衝突実験を行い、多孔質粉体の衝突残留熱計測を実施した。本実験では、直径2mmのアルミ球弾丸を粉体標的（軽石粉体パーライト、硅砂5号、ガラスビーズFGB180）に衝突速度2.5-2.7km/sで垂直衝突させた。標的は、上方に風防を設置したチャンバーの底面から1mの高さに設置した。パーライトはタッピング回数と充填質量を変化させてバルク密度を80-107kg/m3と変化させた。硅砂とFGB180のバルク密度はそれぞれ1,480kg/m3と1,680kg/m3であった。真空度は1.2-4Paとした。衝突時のクレータ形成過程は、上方から高輝度照明、可視高速度カメラPhantom v2512 (3kfps)、近赤外高速度カメラFast M3k (3kfps)、熱赤外カメラBOL (10fps)を用いて撮像した。
パーライト標的へのクレータ形成では、衝突時に圧密クレータが形成されて高温の衝突生成物がクレータ内壁に観察された後、クレータ内壁の崩落によって埋没した。硅砂およびFGB180標的とは異なり、パーライト標的では弾丸加速ガスによって表面粒子が流動して最終クレータ形状が変化したため、現状の風防では加速ガスの影響を防げないことがわかった。また、標的バルク密度が大きいほど圧密ピットの直径と深さは小さく、強度支配域クレータに似たスポールが観察された。圧密ピット中心を鉛直に切り出して観察したところ、標的バルク密度が大きいほど衝突生成物は表面近くに分布していた。高速度熱カメラM3kによって観察された圧密ピット内壁の高温の衝突生成物は、クレータ内壁の崩落によって埋没した。熱赤外カメラBOLによってその後の温度変化を調べた結果、標的バルク密度が大きいほど表面温度の上昇が早いことがわかった。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

昨年に計画したとおり、宇宙科学研究所の縦型飛翔体加速装置の共同利用申請を行って衝突実験を1回実施した。しかし、2022年8月の申請者の異動に伴い、予定していた衝突実験が実施できなかった。クレータ形状モデルや熱画像の実験データを解析する計算スクリプトを整備したものの、異動後は十分な研究時間を確保できていないため、遅れていると評価した。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、既存の実験データの整理と解析を行うとともに、論文執筆を進める。また、標的試料の熱物性計測の追加実験を行う。宇宙科学研究所の縦型飛翔体加速装置の共同利用申請は休止申請を申請済みである。

Causes of Carryover

コロナ禍の影響により当初計画していた国内学会・海外学会がオンライン開催となり、旅費を使用しなかった。また、異動に伴い、予定していた実験を実施できなかったため、研究経費の一部を次年度に繰り越すこととした。次年度使用額は、予備実験の消耗品の購入、学会旅費、論文校正費用として使用する計画である。