微小重力天体のブリルアン球内における重力場と軌道運動の解明

• 研究課題/領域番号: 20K14952
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分24010:航空宇宙工学関連
• 研究機関: 千葉工業大学 (2021-2022); 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 (2020)
• 研究代表者: 菊地 翔太 千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 特別研究員(PD) (90830068)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2022年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 小天体 / 探査機 / 重力場 / 太陽光圧 / 摂動 / 軌道運動 / 小惑星探査 / 軌道力学 / 天体内部構造 / 内部構造

研究開始時の研究の概要

小惑星や彗星などの小天体近傍では、歪な形状に起因する重力の不均一成分（高次重力）によって、物体の運動が強い外乱を受ける。特に、小天体表面近くのブリルアン球（天体の外接球）内では高次重力が発達し、物体の運動は複雑な様相を示す。本研究の目的は、小天体のブリルアン球内での重力場とその重力場に支配される探査機や浮遊ダストの運動を解明することになる。本研究では、はやぶさ２で観測された小惑星リュウグウ近傍でのフライトデータを用いて、小天体のブリルアン球内における重力場と軌道運動を実証的に解明する。

研究成果の概要

小天体表面近くのブリルアン球（外接球の一種）内では、歪な形状に起因する重力の不均一成分の影響で、物体の運動は複雑な様相を示す。本研究では、はやぶさ２で観測された小惑星リュウグウ近傍でのフライトデータを用いて、小天体のブリルアン球内における重力場と軌道運動に関する実証的な研究を行った。主な成果は以下の3点である。１）リュウグウの形状モデルや人工マーカーの軌道運動に基づくリュウグウ重力場の推定、２）画像・測距データに基づくはやぶさ２軌道の精密復元、３）重力場と太陽光圧による外乱環境下での安定周回を実現する凍結軌道の解析解の導出。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。

研究成果

• [雑誌論文] Hayabusa2 radio science investigation (2022)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Hitoshi, Takeuchi Hiroshi, Kikuchi Shota, Mimasu Yuya, Ogawa Naoko, et al.
  • 雑誌名: Hayabusa2 Asteroid Sample Return Mission: Technological Innovation and Advances 巻: 1 ページ: 387-399
  • DOI: 10.1016/b978-0-323-99731-7.00019-2
  • ISBN: 9780323997317
  • 査読あり
• [雑誌論文] Touchdown operation planning, design, and results (2022)
  • 著者名/発表者名: Terui Fuyuto, Kikuchi Shota, Takei Yuto, Mimasu Yuya, Sawada Hirotaka, Saiki Takanao, and Tsuda Yuichi
  • 雑誌名: Hayabusa2 Asteroid Sample Return Mission: Technological Innovation and Advances 巻: 1 ページ: 259-289
  • DOI: 10.1016/b978-0-323-99731-7.00014-3
  • ISBN: 9780323997317
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frozen Orbits Under Radiation Pressure and Zonal Gravity Perturbations (2021)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Shota, Oki Yusuke, and Tsuda Yuichi
  • 雑誌名: Journal of Guidance, Control, and Dynamics 巻: 44 号: 11 ページ: 1924-1946
  • DOI: 10.2514/1.g005564
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hayabusa2 pinpoint touchdown near the artificial crater on Ryugu: Trajectory design and guidance performance (2021)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Shota, Saiki Takanao, Takei Yuto, Terui Fuyuto, Ogawa Naoko, et al.
  • 雑誌名: Advances in Space Research 巻: 68 号: 8 ページ: 3093-3140
  • DOI: 10.1016/j.asr.2021.07.031
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ballistic Deployment of the Hayabusa2 Artificial Landmarks in the Microgravity Environment of Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Kikuchi, N. Ogawa, O. Mori, T. Saiki, Y. Takei, F. Terui, G. Ono, Y. Mimasu, K. Yoshikawa, S. Van Wal, H. Takeuchi, H. Ikeda, A. Fujii, Y. Takao, T. Kusumoto, N. Hirata, N. Hirata, K. Shirai, T. Kouyama, S. Kameda, M. Yamada, S. Nakazawa, M. Yoshikawa, S. Tanaka, S. Sugita, S. Watanabe, and Y. Tsuda
  • 雑誌名: Icarus 巻: 358 ページ: 114220-114220
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2020.114220
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Preliminary Mission Analysis for the Hayabusa2 Extended Mission in the Vicinity of 1998 KY26 (2022)
  • 著者名/発表者名: Shota Kikuchi, Yuya Mimasu, Takanao Saiki, Yuto Takei, Hitoshi Ikeda, Yuichi Tsuda
  • 学会等名: 33rd International Symposium on Space Technology and Science
  • 国際学会
• [学会発表] Image-based Estimation of the Attitude and Orbital Motion of Hayabusa2's Deployable Camera (DCAM3) around Ryugu (2022)
  • 著者名/発表者名: Shota Kikuchi, Kei Shirai, Ko Ishibashi, Koji Wada, Rie Honda, et al.
  • 学会等名: 33rd International Symposium on Space Technology and Science
  • 国際学会
• [学会発表] 高速自転小惑星1998 KY26の軌道変更についての実現可能性検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菊地翔太
  • 学会等名: 第31回アストロダイナミクスシンポジウム