Quantification of microbial inactivity rates by high-velocity impacts to improve the reliability of planetary protection for space exploration

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22K18861
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 藤田 和央 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, 教授 (90281584)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 仁田 工美 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 安全・信頼性推進部, 主任研究開発員 (70425784) ; 小澤 宇志 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (70567544) ; 野村 哲史 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (80709361)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2023-03-31
• Keywords: 復路惑星保護 / 高速衝突 / 微生物汚染 / 不活性化率 / サンプルリターン

Outline of Annual Research Achievements

我が国が得意とするサンプルリターンミッションにおいては、取得した天体試料が地球生命圏に危機的な悪影響を及ぼさないように、高い安全性を確保することが求められる（復路惑星保護）。近年、地球外生命が存在する可能性のある天体（火星、エウロパ、エンケラドス）およびその近接天体への探査が検討される中で、母天体における隕石衝突によって放出された岩石（エジェクタ）が近傍天体へ輸送され到着時に高速衝突する際に、これに付着している可能性のある微生物がどの程度不活性化されるか、という点を正確に評価する必要があるが、これを定量的に評価することは技術的に極めて困難であるため、これまで信頼に値するデータセットが存在しない状況であった。そこで本研究では、宇宙航空研究開発機構（JAXA）調布航空宇宙センタ（CAC）が所有する二段式軽ガス銃（φ15 mmのプロジェクタイルを最大速度4.2 km/sで射出可能）を改修することによって、清浄度管理した軽ガス銃による高速衝突実験が実施可能な試験環境を開発し、微生物の高速衝突における不活性化率の統計的データセットを世界で初めて高速度領域まで取得する技術を獲得した。軽ガス銃によって、エジェクタを模擬して微生物を包埋した玄武岩のプロジェクタイルを射出し、ターゲットであるレゴリス模擬土壌へ高速衝突させるために、バレルにライフル加工を施工し、プロジェクタイルを支持するサボがバレルから放出された後に遠心力によって分離されるような工夫を導入することで、真空環境下においてもサボが分離されプロジェクタイルのみが模擬土壌へ衝突するような技術を獲得した。上記試験環境を用いて、先行研究においてPatelらが取得した速度1.5 km/sよりも高い速度域である3 km/s程度まで試験条件を拡張して衝突実験を行い、代表的な複数の菌種に対して、高速衝突による不活性化率を計測することに成功した。

Research Products

• [Presentation] MMXの帰還に向けた惑星保護計画と実施状況 (2023)
  • Author(s): 藤田和央, 大槻真嗣, 馬場満久, 佐藤泰貴, 尾川順子, 池田人, 奥村哲平, 小澤宇志, 山中理代
  • Organizer: 第23回 宇宙科学シンポジウム
• [Presentation] 月惑星探査において離着陸に伴い生じるレゴリス飛散の総量評価と影響評価技術の開発 (2022)
  • Author(s): 藤田和央, 大槻真嗣, 馬場満久, 佐藤泰貴, 上住昂生
  • Organizer: 第66回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] 火星衛星探査計画MMXニューマティック採取機構（P-SMP）から飛散するレゴリスの挙動評価と対策検討 (2022)
  • Author(s): 馬場満久, 佐藤泰貴, 藤田和央
  • Organizer: 第66回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] Planetary Protection Implementation Plan of Martian Moons Exploration (MMX) (2022)
  • Author(s): Fujita, K., Otsuki, M., Baba, M., Satou, Y., Ogawa, N., Ikeda, H., Okumura, T., Ozawa, T., and Yamanaka, R.
  • Organizer: COSPAR 44th Scientific Assembly
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Planetary Protection Initiatives at JAXA (2022)
  • Author(s): Fujita, K.
  • Organizer: COSPAR 44th Scientific Assembly
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] JAXA’s EDL&R Mission Achievements and Future Plans (2022)
  • Author(s): Fujita, K.
  • Organizer: 2nd International Conference on Flight Vehicles, Aerothermodynamics and Reentry Missions and Engineering (FAR2022)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A research plan to revisit the sterilization efficiency of microbes during hypervelocity impacts (2022)
  • Author(s): Kurosawa, K., Kimura, S., Suzuki, S., Amikura, K., Fujita, K., Ono, H., Okamoto, T., and Matsui, T.
  • Organizer: JpGU Meeting 2022