2014 Fiscal Year Annual Research Report
二酸化炭素の大気を有する惑星へ突入する探査システムに作用する非平衡輻射の解明
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26289326
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| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
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Principal Investigator |
藤田 和央 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発本部, 主幹研究員 (90281584)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高柳 大樹 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発本部, 研究員 (70513422)
鈴木 俊之 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発本部, 主任研究員 (20392839)
小澤 宇志 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発本部, 研究員 (70567544)
野村 哲史 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 航空本部, 研究員 (80709361)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 航空宇宙流体力学 / 火星探査 / 大気突入 / 輻射加熱 / 赤外線分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 極短時間遠赤外分光システムの詳細設計：本研究の主要な観測装置である極短時間遠赤外分光システムについて，遠赤外分光器，液体窒素冷却型遠赤外線ICCD，液体窒素冷却システム，遠赤外光学系，校正装置（準黒体光源；内製）より構成されるシステムの詳細設計を行い，各構成品の調達を行った．ICCD以外の構成品に関しては平成27年3月末までに調達を完了し，動作確認を行った．しかし，ICCDについては，業者製造・検証過程で不具合が生じ，平成26年度末までに調達が完了しなかった．その間，装置を設置する衝撃波管側については，作業を前倒し、機械的・電気的インタフェース条件に基づいた準備を完了した．なお，ICCDの調達の未完了によって生じる計画の変更について，他の構成品の動作確認を行うとともに、平成27年度に予定していた作業を前倒しにすることで，全体としてのスケジュールが計画通りに完了するように，調整を行った．
(2) CO2，CO分子の回転－振動遷移のモデル化：実験準備と平行して，CO2，COの回転－振動遷移に伴う遠赤外線スペクトルの放射・吸収係数のモデル化を行った．本アクティビティでは，既存の量子化学計算コード（Gaussianを想定）を用い，また最新の分光学定数を
用いて分子のintra-molecular potentialを定義し，これに基づいた回転－振動準位の定量化を高い励起準位まで行った．また遷移モーメントの実験値，文献値（ab initio解析結果など）の再調査を行い，既存の輻射解析コードのデータベースのアップデートを行った．
以上，ICCDの調達未完了を除けば，ほぼ計画通りに進めることができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
(1) 極短時間遠赤外分光システムの詳細設計については、システムを構成する構成品のうち，ICCDについては新規技術を扱うなど技術的に難しい面もあり業者製造・検証過程で不具合が生じ、平成27年度末までの調達が完了しなかった．それ以外の構成品に関しては調達を完了し，動作確認を行った．ICCDの調達の未完了による遅れは，取り付け装置である衝撃波管の改修作業を前倒しして行い，機械的・電気的インタフェース条件に基づいた準備を完了したため，全体としての遅れを回避することができると考えられる．
(2) CO2，CO分子の回転－振動遷移のモデル化については，当初計画通り，CO2，COの回転－振動遷移に伴う遠赤外線スペクトルの放射・吸収係数のモデル化を行うことができた．
以上，全体として，若干の遅れがあるものの，修正された新しい計画によって，研究期間内に当初の目標まで達成できると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)極短時間遠赤外分光システムのインテグレーション
ICCDの調達が完了し次第、極短時間遠赤外分光システムの構成部品をインテグレーションし，校正・試運転し，平成27年10月末までに運用可能な状態にする．ここでは，遠赤外光学系を含めた全系を準黒体光源（内製；黒体温度300K～800K）および既存の黒体炉（黒体温度1,200K～2,800K）によって校正し，量子効率の波長依存性の定量化，および絶対強度校正を実施する．また対物以外からの遠赤外線迷光を遮断するために，光路周りに設置する液体窒素シュラウドの製作・調整を行う．
(2)誘導加熱プラズマ源を用いた静的輻射モデルの検証
既存の誘導加熱プラズマ風洞の試験流をプラズマ源として，平成26年度に開発された回転－振動遷移に伴う遠赤外放射・吸収の輻射モデルの検証を行う．誘導加熱プラズマ風洞は宇宙航空研究開発機構・航空本部が所属する試験装置であり，平成25年度よりCO2を作動流体とする試験環境の運用が開始されている．また先行研究によると熱的化学的な局所平衡状態が保証されており，化学種の密度分布，温度分布が定量化されている．これを用いることで，化学反応や熱的緩和などの動的モデルに由来する誤差がキャンセルされ，純粋に遠赤外輻射モデルの正確度のみを検証することが可能となる．
(3)衝撃波管の改修/極短時間遠赤外分光システムの設置
実験に関わるアクティビティとして，既存の高速衝撃波管（HVST）の改修を行い，CO2を試験流体とする試験環境を実現する．ここでは，特に探査機背面（風下側）における遠赤外放射を定量的に計測するために，先行研究において平成25年度より運用が開始された「膨張波管仕様」に形態変更し，また探査機カプセル模型を試験気流へ投入できるように試験部の形態を変更して試運用を行い，問題が無いかを確認し，極短時間遠赤外分光システムを取り付ける．
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| Causes of Carryover |
極短時間遠赤外分光システムの構成品のうち，ICCDについて，業者製造・検証過程で不具合が生じ，平成26年度末までの調達が完了しなかったため，ICCDの調達費用約500万円を次年度使用とした．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
ICCDについては，すでに調達済みである分光器と組み合わせて平成27年度初頭に調達を完了し，その支払いに次年度使用額を充当する予定である．この調達の遅れによって，全体の計画での遅れは生じない．この理由は，平成27年度実施予定であった，衝撃波管の改修や，極短時間遠赤外分光システム取付インタフェースの開発などの作業を前倒しで平成26年度に実施したためである．
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