Gravity Field and Orbital Mechanics within the Brillouin Sphere of a Small Body

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14952
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
• Research Institution: Chiba Institute of Technology (2021-2022); Japan Aerospace EXploration Agency (2020)
• Principal Investigator: Kikuchi Shota 千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 特別研究員(PD) (90830068)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 小天体 / 探査機 / 重力場 / 太陽光圧 / 摂動 / 軌道運動

Outline of Final Research Achievements

Within a Brillouin sphere near the surface of a small body, the motion of an object is strongly perturbed due to the non-uniform gravity field of the body. This research conducted empirical studies on the gravity field and orbital motion within the Brillouin sphere using the flight data of Hayabusa2 in the vicinity of the asteroid Ryugu. The primary results are as follows: 1) estimation of the gravity field of Ryugu based on the asteroid shape model and the orbital motion of artificial markers, 2) precise reconstruction of the Hayabusa2 trajectories based on optical and altimetric data, and 3) derivation of the analytical solution of frozen orbits that are stable even under strong perturbations caused by the gravity field of a small body and the solar radiation pressure.

Free Research Field

軌道力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

はやぶさ２がリュウグウ近傍で取得したデータに基づく本研究の成果により、実際の小天体近傍での重力場や物体の運動に関する貴重な知見が得られた。小天体表面の極近傍における運動は、探査機着陸や小型ロボット分離の誘導精度を大きく左右する。また、小天体ダストの表層付近での運動は、小天体形成過程や探査機安全性に影響を与える。したがって、今後の小天体探査における、より高度な探査機運用や取得データに基づく科学成果の最大化という観点で、本研究は工学的にも理学的にも極めて意義深い。より広い視点では、小天体探査を通じた太陽系や生命の起源解明に貢献し得る成果である。