| 研究課題/領域番号 |
17H02970
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| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
松岡 彩子 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, 准教授 (80270437)
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| 研究分担者 |
野村 麗子 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, HQ部門 環境試験技術ユニット, 宇宙航空プロジェクト研究員 (30637690) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 宇宙科学 / 宇宙空間 / プラズマ・核融合 / 磁気圏・電離圏 / 宇宙物理 |
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| 研究実績の概要 |
太陽系内で普遍的に起きている波動粒子相互作用によるプラズマ加熱機構の解明のために、磁場擾乱の高時間分解波形を取得する磁場観測器を開発し、太陽系内を航行する宇宙機への搭載を目指している。観測器の小型・省電力化のために、フラックスゲートセンサ信号検出を行う回路部分を集積化したASIC (Application Specific Integrated Circuit、特定用途集積回路)、 アモルファスワイヤをコア材として用いた基本波型直交フラックスゲートセンサ(FM-OFG)およびそれを使用した観測器回路の開発を行っている。
アナログ回路ASICチップのパッケージングの電源周りボンディングの最適化検討およびセラミックパッケージへの変更等、より宇宙機への搭載仕様に近い設計を行った。過去に製造したパッケージング設計に更に電源周りのバイパスコンデンサを追加することにより、電源出力の急激な変動に対しても安定して動作する設計に変更した。また、チップの厚みに対応するために従来のプラスチックパッケージからセラミックパッケージに変更した。
更に、従来の二次高調波型平行フラックスゲートセンサよりも更なる小型・省電力が実現できるFM-OFGセンサの試験回路基板を業者の支援を受けて製作と評価を行った。まず初めに磁場観測器として必要なセンサドライブ回路および信号検出回路を一式製造し、動作確認、性能評価を行った。当初はドライブ信号にも検出信号にも大きなノイズが見られ、多くの問題が発生したが、原因を特定し解決した。その結果に基づき、ドライブ回路のみを設計し直し、試験回路基板の製造と更に高精度の性能評価を行った。磁場観測器のノイズやオフセット等の基本的かつ重要な特性は、ドライブ電圧波形の安定性で決定される。当初はドライブ電圧波形の安定性に問題があったが、原因を特定し最終的には良好なドライブ電圧波形が得られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
これまで製造したASICチップに対して、電源周りボンディングの最適化およびセラミックパッケージへの変更を行うことにより、アナログ回路ASICチップのパッケージングの最適化を行った。電源周りボンディングでは当初予定していたASIC専用のチップコンデンサの入手性が悪くこのままでは予定の納期に間に合わない問題が発生したが、表面実装用のチップコンデンサへ変更することにより解決することができた。
FM-OFGセンサ試験回路基板の最初の動作試験と性能評価では、0.1ヘルツから10ヘルツまでの広い周波数帯において大きなノイズが出現するなどの問題が発生した。回路を細かい部分に分けてそれぞれについて出入力特性を確認することによってノイズ源を特定し、原因を解明することによって解決することが出来た。また、再設計したドライブ回路の試験基板の動作試験では、確認作業開始当初はドライブ電圧波形が安定しないという問題があった。発振回路周りの部品のパラメータを調整することにより、安定したドライブ電圧波形を得ることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
アナログ回路ASICチップのパッケージング設計に基づき、専門の技術を有する業者の支援によりアナログ回路ASICチップのパッケージングを行う。2018年度に製造した試験基板にこのASICチップパッケージを基板実装して動作試験を行い、正常に動作することを確認し、性能評価を行う。ASICチップは取り扱いが難しく壊れやすいため、同じ2式のパッケージを製造し、仮に一つが正常に動作しない場合にはもう一つの動作を試験する。
また、FM-OFGセンサの信号検出回路の試験基板を業者の支援を受けて製作し、既に製作したドライブ回路の試験基板と組み合わせて動作を確認し、性能評価を行う。信号検出回路は、実際に宇宙機に搭載することを想定して設計、製作するため、使用する電子部品は宇宙環境に耐性があると認証されたものに限られ、要求性能を実現する上で大きな制約となることが予想される。設計、製作した回路が想定通り動作しない場合に備え、最初から複数の方式を考案、製造し、性能を比較して最も適した方式を選択する。
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