2013 Fiscal Year Annual Research Report
高感度X線CCDとスーパーミラーによる観測と宇宙進化の研究
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23000004
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
常深 博 大阪大学, 理学研究科, 教授 (90116062)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
國枝 秀世 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (00126856)
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| Project Period (FY) |
2011-05-31 – 2016-03-31
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| Keywords | 宇宙科学 / 宇宙物理 / X線天文学 / 人工衛星 / 宇宙線 / SDCCD / X線望遠鏡 |
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| Research Abstract |
これまでに準備したスクリーニングシステムの信号処理回路をベースにCCDを接続した試験で問題点を洗い出し、FMのデザインを確定した。X線CCDの性能として現在達成している値は読出し雑音5-7e-、エネルギー分解能150-170eV FWHM(@5.9keV)である。FFAST/HXC(検出器)を構成する各機器の諸元(包絡域・質量・消費電力・データレート)を決定し、消費電力はシステム要求のもとでHXCの温度条件を満たすことを確認した。SDCCDの放射線耐性について、シンチのない素子で粒子線照射実験を行い、従来素子と同レベルの耐性を持つことを確認した。一方、シンチレータの放射化については放射線損傷により暗電流の増加が見られたが、ある程度の温度サイクルを掛けることで性能の回復が見られた。
FFAST/HTCのオンボードデジタル処理回路(FPGAロジック)を開化した。FMロジックを搭載した試作機の機能検証試験を実施することで、不具合箇所を洗い出し、実装設計へのフィードバックをかけた。また、低地球軌道上でのバックグラウンド予測のために、モンテカルロシミュレーションによる検出器シミュレータを開発した。FFAST望遠鏡のデザインはASTRO-H搭載用のスーパーミラーのそれを踏襲するので、それに従って反射鏡フォイルの製作を進めた。
FFASTで必要アルミなフォイル総数は1278枚で、表面をPtとCの多層膜でコーティングしている。生産工程はASTRO-Hのものを利用し、全数を生産することが出来た。
小型科学衛星3号機の公募が発出されたので、JAXAの工学部門と三菱重工の協力を基に申請書を作り、応募した。そもそも二基の衛星を必要とするFFASTはどうしても総予算が多くなる。必要な観測結果を得るために、最初の半年に集中して観測するモードを作り、結果として、衛星の設計寿命を短くし、それにより総予算を抑制した。これにより、イプシロンを使った小型科学衛星に要請される総予算に適合するような設計とすることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
アナログASICを含めた検出器のための回路を含むFMカメラシステムは完成し、必要な基本性能が得られることが確認できた。FFAST検出器衛星の熱数学モデル解析を行い、HXC構成機器であるHXC-S, PE, DE, CD全てについて、高温最悪ケースでも性能維持温度を満足することを確認した。また典型的な明るさの活動銀河核を観測する場合でも、S帯アンテナのみで24時間のデータをダウンロード可能であることもわかり、バス機器の設計が進んだ。SDCCD素子の製造は今年度分を含め、衛星仕様を4個揃えることができた。性能的には大きな違いはないので、すべて衛星搭載可能である。望遠鏡に必要なフォイルの製作は一通り完了したが、質の改善の余地がある。製作したフォイルは、平行可視光を当てて反射像を調べることにより、反射面の状態をチェックしている。FFASTのフォイルは、全数揃えることを優先したため、結像性能に関する厳しい選別は行っていない。望遠鏡の性能を上げるためには、場合によっては良品に取り替える必要があり、今後も製造を続ける。
小型科学衛星3号機の公募が発出され、それに応じて適合するように設計を見直し、応募した。小型科学衛星の公募は計画見直しにより、2年ごとに公募の出される。我々は、JAXAの工学部門と三菱重工と協力して予定通りに公募に応募することができた。以上のことから、おおむね計画は達成できていると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
小型科学衛星の公募に関して、JAXA内での計画変更があり、当初想定していたものよりもだいぶん変わった。JAXAでは衛星バスとして、原則としてJAXAが開化してきた標準バスの採用を求めている。しかし、通常の科学衛星標準仕様の標準バスは深宇宙探査にも耐えうるように部品選定や試験スペックが厳しいから高コストである。一方、FFASTそのものは、低軌道地球周回衛星であるうえ、長期間の観測を狙う必要もない。したがって、FFASTの観測のための衛星バスは低コストにできる。そこで、JAXAの工学部門と三菱重工の協力のもとに、衛星バスを開発しコストを下げる方策を検討した。そのキイは半年程度の観測で当初目標を達成できるように計画を修正することであり、それに見合った低コストの衛星バスとする。FFASTの編隊飛行はポインティング観測を念頭に置き、半年以内を目途に目標達成できるようにする。
ポインティング観測のために、検出器は、想定していたSDCCD3個から4個に増やし、ASTRO-Hに搭載しているX線カメラ構造をそのまま利用する。ポインティング観測で、搭載燃料の過半を消費した後は、レコード盤軌道を利用して、燃料消費の少ない観測モードに切り替えて観測を継続する。このような変更は、ASTRO-Hの製作を進めている観点からいうと、易しい変更といえる。ただし、これまで想定していなかった観測モードに対応できるように検出器の観測モード制御のFPGAプログラムがそれに対応できるように改修する。
望遠鏡ハウジング内のフォイル位置を固定するアラインメントバーをFFASTに合わせて製作する。アラインメントバーは上段中段下段で必要だが、中段下段分の48本を完成させ、望遠鏡下段部を組み上げる。組み上げの際には、SPring-8のビームラインBL20B2で平行X線を望遠鏡に当て反射像を見ながら、アラインメントバーの位置調整を行う。またフォイルの生産も続け、必要に応じて取り替える作業も平行して進める。
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[Journal Article] Proton Radiation Damage Experiment on P-Channel CCD for an X-ray CCD camera onboard the Astro-H satellite2013
Author(s)
Koji Mori, Yusuke Nishioka, Satoshi Ohura, Yoshiaki Koura, Makoto Yamauchi, Hiroshi Nakajima, Shutaro Ueda, Hiroaki Kan, Naohisa Anabuki, Ryo Nagino, Kiyoshi Hayashida, Hiroshi Tsunemi, et al
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Journal Title
Nucl. Instrum. and Meth.
Volume: 731
Pages: 160-165
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Suzaku Observations of the Diffuse X-Ray Emission across the Fermi Bubbles' Edges2013
Author(s)
Koji Mori, Yusuke Nishioka, Satoshi Ohura, Yoshiaki Koura, Makoto Yamauchi, Hiroshi Nakajima, Shutaro Ueda, Hiroaki Kan, Naohisa Anabuki, Ryo Nagino, Kiyoshi Hayashida, Hiroshi Tsunemi, et al
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Journal Title
Astrophysical Journal
Volume: 779
Pages: 57-72
DOI
Peer Reviewed
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