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宇宙資源の探査・開発・利用を目指した原理実証実験

研究課題

研究課題/領域番号 23H00279
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分31:原子力工学、地球資源工学、エネルギー学およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

宮本 英昭  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00312992)

研究分担者 鹿山 雅裕  東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (30634068)
姫野 武洋  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (60376506)
羽柴 公博  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (60456142)
逸見 良道  国立研究開発法人情報通信研究機構, テラヘルツ研究センター, 研究員 (60767680)
研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
38,610千円 (直接経費: 29,700千円、間接経費: 8,910千円)
2025年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
2024年度: 16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)
2023年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
キーワード宇宙資源 / 小惑星 / 月 / レゴリス / 模擬土壌 / 探査計画
研究開始時の研究の概要

太陽系探査は近年急速に進んでおり、人類は既に100個近くの天体の探査に成功している。今後は段階的に宇宙資源の「その場」利用が実現するだろう。我が国は小惑星サンプルリターン探査の先駆者であり、民間会社が多角的に参画した月着陸探査が進められるなど、宇宙資源開発に有利である。本研究は近未来に地球外で資源となりうる物質の具体名とその分布・利用法を明らかにし、地球外資源利用の先駆けとなるモデル構築を狙う。

研究実績の概要

資源研究のフィールドは、地球外に広がっている。近年急速に進む地球近傍天体の科学探査は天体表面の状況把握に成功しているため、今後は段階的に宇宙資源の「その場」利用が実現すると考えられる。我が国は小惑星サンプルリターン探査の先駆者であり、宇宙機関のみならず大学や民間会社が多角的に参画しつつ月着陸探査を進めており、宇宙資源開発における強固な国際的優位性を確保しうる。
そこで本研究は①月・小惑星の科学探査の成果に基づき、大規模に利用可能な精密な天体表層模擬土壌を作成し、②これを用いて有用物を効率的に発見・採取・選鉱・精錬するための手法を検討し、③その原理実証装置(BBM)を開発することを目的として、その上で将来の探査計画に資源探査の側面で参画することを最終的なゴールとして研究を進めている。

今年度は、月と小惑星の双方において揮発性成分や金属という意味で資源探査を実施するために、リモートで広域の探査が可能な電磁波を用いた探査方法が有効と考え、周回機および着陸機での探査方法の検討を進めた。特に誘電率の値が水氷や金属の存在の有無で変化すること、その値が過去の月の電磁波探査の結果や小惑星の地上からのレーダー観測を解釈する上で重要である一方で、月および小惑星の表面において誘電率を直接計測した例が無いことに着目し、誘電率の直接計測手法について検討を進めた。

その結果、マイクロストリップラインを用いた共振器を、土砂と直性接触させることで正確に誘電率が測定できることを利用し、着陸探査において効果的に誘電率を計測できる小型かつ軽量な機器のBBMの開発に成功した。この考え方に基づき、NASAが進めている有人月探査計画(アルテミス計画)の着陸機に機器を提案し採択された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究計画では、3年間の研究を実施した後で資源探査に向けた探査装置のプロトタイプを作製し、そこから実際のミッションへの搭載を目指すことを予定していた。しかし月面の資源探査用としての誘電率測定装置の理論的検討が進み、ここから宇宙資源(特に揮発性成分と金属)に関連した科学的意義を深めることができたため、その内容をまとめて、NASAのアルテミス計画における宇宙飛行士が展開する科学機器の公募へ応募することができた。その結果、60以上の提案の中から選ばれた3件に入ることができ、実際のフライトに向けて詳細検討を行うこととなった。

今後の研究の推進方策

昨年度開発した模擬土壌も用いて、やはり昨年度に作製した実証試験器のBBMを用いて、この機器の検証を進める。特に極低温も含めた幅広い温度条件や真空下での検証を進める。アルテミス計画だけでなく、将来の小惑星探査計画も視野に入れつつ、加熱抽出の機構も検討する。

報告書

(2件)
  • 2023 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 2件)

  • [国際共同研究] University of Arizona(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Adelade(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Modeling 4.3 billion years of water history on Phobos2024

    • 著者名/発表者名
      Kamada A.、Kuroda T.、Terada N.、Kobayashi M.、Nakagawa H.、Miyamoto H.
    • 雑誌名

      Icarus

      巻: 410 ページ: 115916-115916

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2023.115916

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optimizing Image Compression Ratio for Generating Highly Accurate Local Digital Terrain Models: Experimental Study for Martian Moons eXploration Mission2024

    • 著者名/発表者名
      Yuta Shimizu, Hideaki Miyamoto, Shingo Kameda
    • 雑誌名

      Remote Sensing

      巻: 15 号: 23 ページ: 5500-5500

    • DOI

      10.3390/rs15235500

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Granular flow experiment using artificial gravity generator at International Space Station2023

    • 著者名/発表者名
      Ozaki S.、Ishigami G.、Otsuki M.、Miyamoto H.、Wada K.、Watanabe Y.、Nishino T.、Kojima H.、Soda K.、Nakao Y.、Sutoh M.、Maeda T.、Kobayashi T.
    • 雑誌名

      npj Microgravity

      巻: 9 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41526-023-00308-w

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Review of theoretical, experimental, and numerical studies on rotary percussive rock drilling2023

    • 著者名/発表者名
      Hashiba K.、Fukui K.
    • 雑誌名

      International Journal of Mining, Reclamation and Environment

      巻: 38 号: 2 ページ: 167-191

    • DOI

      10.1080/17480930.2023.2276572

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] IDEFIX, the MMX Rover: In-Situ Science on Phobos2024

    • 著者名/発表者名
      Ulamec, S. Michel, P. Grott, M. Schreder, S. Hbers, H. W. Cho, Y. Prieto-Ballesteros, O. Murdoch, N. Vernazza, P. Biele, J. Tardivel, S. Miyamoto, H.
    • 学会等名
      55th Lunar and Planetary Science Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Microcracks on the Thermophysical Properties of Ryugu2024

    • 著者名/発表者名
      Agrawal, B. ; Grott, M. ; Kollenberg, J. ; Gundlach, B. ; Blum, J. ; Greshake, A. ; Miyamoto, H. ; Neumann, W.
    • 学会等名
      55th Lunar and Planetary Science Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Edge chipping test with rock using a single button bit2024

    • 著者名/発表者名
      Jiacheng Song, Kimihiro Hashiba, Katsunori Fukui
    • 学会等名
      資源・素材学会2024年春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Temperature dependence of permittivity can help determine the amount of water ice in lunar and Martian regolith2023

    • 著者名/発表者名
      Makito Kobayashi, Hideaki Miyamoto, Tomohiro Takemura, Bernadett Pal
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Milimeter- to kilometer-scale topographic roughness of airless bodies: implications for the small-scale topographic irregularities of Phobos2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Takemura, Hideaki Miyamoto
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] TSUKIMIで目指す月科学・月資源工学2023

    • 著者名/発表者名
      宮本 英昭, 笠井 康子, 小林 真輝人, 吉岡航輝, 竹村 知洋, 逸見 良道, 大野 辰遼,鹿山 雅裕, 清水 雄太, 孫 辰浩, 高橋 幸弘, 西堀 俊幸, 本多 哲也, 前澤 裕之,山田 崇貴, 王 蘇芸
    • 学会等名
      第67回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 月シミュラントの誘電率に基づくTSUKIMIでの観測要求の検討2023

    • 著者名/発表者名
      小林 真輝人, 宮本 英昭
    • 学会等名
      第67回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 月表層の起伏モデルから制約するTSUKIMIの最適観測角2023

    • 著者名/発表者名
      竹村 知洋, 宮本 英昭, 小林 真輝人, 清水 雄太, 吉岡 航輝
    • 学会等名
      第67回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 月表層浅部の水資源分布マップ生成シナリオ2023

    • 著者名/発表者名
      宮本英昭、鈴木直志、鹿山雅裕、橋爪光、堀田任晃、白津英仁、
    • 学会等名
      第67回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 月資源探査としての電磁波地下探査2023

    • 著者名/発表者名
      宮本英昭、熊本篤志、小林真輝人、笠井康子、竹倉駿也、吉岡航輝、孫辰浩
    • 学会等名
      第67回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 火星衛星探査計画MMXのROWTによるローバ運用検討状況2023

    • 著者名/発表者名
      吉川 健人, 長 勇一郎, 田畑 陽久, 逸見 良道, Baroukh Julien, Delmas Cedric, Krause Christian, 宮本 英昭, 大嶽 久志
    • 学会等名
      第67回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ボタンチップの岩石への貫入挙動の数値シミュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      徐暁晟,羽柴公博,福井勝則
    • 学会等名
      資源・素材2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Data-driven estimation of rock mass condition ahead of tunnel face in rock excavation with tunnel boring machines2023

    • 著者名/発表者名
      Zeyu Huang, Kimihiro Hashiba, Katsunori Fukui
    • 学会等名
      資源・素材2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 月における水の科学検討と 資源活用2023

    • 著者名/発表者名
      鹿山雅裕、橋爪光、宮本英昭、 戒能 碩人、鈴木直志
    • 学会等名
      第67回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 月面水の濃集機構2023

    • 著者名/発表者名
      橋爪光、鹿山雅裕、宮本英昭、鈴木直志
    • 学会等名
      第67回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 月表面のカンラン石と斜長石に富む岩石の共存サイトに対する将来のサンプルリターンミッションの候補地としての可能性の検討2023

    • 著者名/発表者名
      山本聡、唐牛譲、長岡央、石原吉明、大竹真紀子、鹿山雅裕
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2023年大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2025-04-17  

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