超小型衛星による、宇宙空間からの太陽中性子観測分野の開拓

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03700
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 山岡 和貴 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 特任准教授 (00365016)
• 研究分担者: 宮田 喜久子 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (00733156)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 太陽フレア / 中性子 / ガンマ線 / 超小型衛星 / 粒子加速 / 半導体光センサ / 衛星バス

研究実績の概要

本研究はこれまで進展してこなかった中性子観測を手掛かりに、太陽フレアにおける粒子加速機構に迫るものであり、その鍵となるのが宇宙空間からの太陽中性子観測専用の超小型衛星による観測である。我々、中性子とガンマ線を同時に観測する独自のセンサを搭載し、3Uキューブサット(30cmx10cmx10cmの大きさの超小型衛星)をSOlar Neutron and Gamma-ray Spectroscopy (SONGS)ミッションと名付け、理工連携プロジェクトをスタートさせた。理学側は、ミッション観測装置である超小型高性能中性子・ガンマ線センサを開発する。初年度は基礎技術であるシンチレータ積層・アレイ化や超低消費電力の集積回路(ASIC)によるセンサ信号の読み出しを行うことを目標とした。センサをASICにより読み出し、性能が出せること、また要素試作モデル(BBM)となる独自設計の電子回路基板を製作し、センサ信号の読み出しに成功した。また、ASICの消費電力が我々の仕様を満たすことが分かった。一方、工学側は、ミッション機器からの要求を整理し，その要求を満たすためのバスシステムを設計した。設計したバスシステム仕様に基づき，実績品などから姿勢検出センサやバッテリ，通信機などの搭載機器を選定，それらの機能・性能・環境耐性についての評価を実施している。また，実装のための基板設計・製作・評価なども実施している。仕様を満たす候補品がない機器類である中央処理コンピュータや電源処理系，ミッションデータ処理コンピュータなどに対しては新規設計や，試作品の製作および評価も行っている。さらに，ミッション機器特有の熱的要求を満たすための熱設計も行った。その熱設計仕様を満たすための各種熱制御材料を評価し，機器制約に合わせた実装設計も検討している．その他、超小型衛星への関心を得るため、大学生・一般向けの2週間コース(基礎・上級編)を開講し、人工衛星や宇宙開発に関する裾野を広げる活動をしている。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初はキューブサットの早期打ち上げを目指すため、過去の超小型衛星などで実績ある衛星バスを採用し、それをもとに改良してすすめていく予定であった。その計画に従い、キューブサットの根幹となるオンボードコンピュータなどの装置の仕様調整を行っていた。しかし、我々の衛星とは電気的インターフェースが異なるため、その改良だけでも予算の超過が大きなものとなってしまうことが判明したことから、開発の方針を変更した。名古屋大学工学部の新たなグループと連携し、名古屋大学発のキューブサットを開発し、その2号機として我々のSONGSミッションを打ち上げるものである。その結果、ブラックボックス化しがちな衛星バスのシステムを我々自身の手で改良していくことが可能となる。これは、一見遠回りをしているように見えるが、長い目で見た場合に成功に近付くための近道であると考えている。その結果、キューブサットの打ち上げ時期を見直し、サイエンスとしても太陽活動の極大期となる2022年度としている。

今後の研究の推進方策

研究方針の変更から、当初の予定よりも遅れたため、申請時のメンバーから、工学系・理学系そして名古屋大学の誇る技術職員を新たなメンバーとして加えてきた。これにより、衛星バス、ミッション機器の設計そして衛星構造・電気系・組立てに伴う技術的な課題の解消につながると思われる。またミッション装置側には、理学の大学院生によるセンサの基礎性能評価を行ない、センサ技術・性能に熟知した人材を育て、改良していくことが可能な体制を整えてきた。これらマンパワーの増強により、衛星開発をスムーズに行う。

研究成果

• [国際共同研究] NASA GSFC(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASA GSFC
• [雑誌論文] Passive Temperature Stabilization System for MEMS Sensors Performance Maintenance (2020)
  • 著者名/発表者名: Kikuko MIYATA, Hosei NAGANO and Susumu HARA
  • 雑誌名: Transactions of the JSASS, Aerospace Technology Japan 巻: - ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Direct Measurement of the Cosmic-Ray Proton Spectrum from 50 GeV to 10 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2019)
  • 著者名/発表者名: Adriani O., Akaike Y., Asano K., Asaoka Y., Bagliesi M.G., Berti E., Bigongiari G., Binns W. R., Bonechi S., Bongi M., Brogi P., Bruno A., Buckley J. H., Cannady N., Castellini G., Checchia C.、Cherry M. L., Yamaoka K., CALET Collaboration
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 122 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.181102
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA Polarimetry of AT2018cow (2019)
  • 著者名/発表者名: Huang Kuiyun、Shimoda Jiro、Urata Yuji、Toma Kenji、Yamaoka Kazutaka、Asada Keiichi、Nagai Hiroshi、Takahashi Satoko、Petitpas Glen、Tashiro Makoto
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 878 ページ: L25～L25
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab23fd
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Unveiling the nature of compact object in the LMXB MAXI J1957+032 using Swift-xrt (2019)
  • 著者名/発表者名: Beri Aru、Altamirano D、Wijnands R、Degenaar N、Parikh A S、Yamaoka K
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 486 ページ: 1620～1628
  • DOI: 10.1093/mnras/stz938
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spectral properties of gamma-ray bursts observed by the Suzaku wide-band all-sky monitor (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohmori Norisuke、Yamaoka Kazutaka、Yamauchi Makoto、Urata Yuji、Ohno Masanori、Sugita Satoshi、Hurley Kevin、Tashiro Makoto S、et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 71 ページ: -
  • DOI: 10.1093/pasj/psz054
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First Detection of Radio Linear Polarization in a Gamma-Ray Burst Afterglow (2019)
  • 著者名/発表者名: Urata Yuji、Toma Kenji、Huang Kuiyun、Asada Keiichi、Nagai Hiroshi、Takahashi Satoko、Petitpas Glen、Tashiro Makoto、Yamaoka Kazutaka
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 884 ページ: L58～L58
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab48f3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hitomi (ASTRO-H) X-ray Astronomy Satellite (2018)
  • 著者名/発表者名: Tadayuki Takahashi, Motohide Kokubun, Kazuhisa Mitsuda, Richard L. Kelley, Takaya Ohashi, Felix Aharonian, Hiroki Akamatsu Hiroki, Fumie Akimoto, Kazutaka Yamaoka et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 4 ページ: 1～1
  • DOI: 10.1117/1.JATIS.4.2.021402
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In-orbit performance and calibration of the Hard X-ray Imager onboard Hitomi (ASTRO-H) (2018)
  • 著者名/発表者名: Kouichi Hagino, Kazuhiro Nakazawa, Goro Sato, Motohide Kokubun, Teruaki Enoto, Yasushi Fukazawa, Katsuhiro Hayashi, Jun Kataoka, Kazutaka Yamaoka et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 4 ページ: 1～1
  • DOI: 10.1117/1.JATIS.4.2.021409
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hard x-ray imager onboard Hitomi (ASTRO-H) (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Nakazawa, Goro Sato, Motohide Kokubun, Teruaki Enoto, Yasushi Fukazawa, Kouichi Hagino, Katsuhiro Hayashi, Jun Kataoka, Kazutaka Yamaoka et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 4 ページ: 1～1
  • DOI: 10.1117/1.JATIS.4.2.021410
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Design and performance of Soft Gamma-ray Detector onboard the Hitomi (ASTRO-H) satellite (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Tajima, Shin Watanabe, Yasushi Fukazawa, Roger Blandford, Teruaki Enoto, Andrea Goldwurm, Kouichi Hagino, Katsuhiro Hayashi, Kazutaka Yamaoka et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 4 ページ: 1～1
  • DOI: 10.1117/1.JATIS.4.2.021411
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solar neutron and gamma-ray spectrometer for a small satellite (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazutaka Yamaoka, Hiroyasu Tajima, Yoshitaka Itow, Hirosane Fujii, Yuta Nakanishi, Yuhei Kamei, Takeharu Yamakawa, Takumi Niwa, Itsuki Okui, Kikuko Miyata, Takaya Inamori
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 10762 ページ: -
  • DOI: 10.1117/12.2323451
• [学会発表] 太陽中性子・ガンマ線分光ミッション SONGS (2020)
  • 著者名/発表者名: 山岡 和貴 、田島 宏康 、宮田 喜久子 、稲守 孝哉 、野橋 大輝 、朴 志賢 、伊藤 和也 、 松下 幸司 、河原 宏晃 、中澤 知洋 、増田 智 、高橋 弘充 、渡辺 恭子
  • 学会等名: 第20回宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 超小型衛星搭載用太陽中性子・ガンマ線検出器の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 野橋大輝, 山岡和貴, 田島宏康, 宮田喜久子, 稲守孝哉, Ji Hyun Park, 中澤知洋, 増田智, 伊藤和也, 松下幸司, 高橋弘充, 渡邉恭子
  • 学会等名: 日本物理学会春季年会
• [学会発表] 太陽中性子観測を目指した3Uキューブサットの開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山岡和貴, 田島宏康, 佐々井義矩、宮田喜久子, 稲守孝哉、中澤知洋, 増田智、伊藤和也, 松下幸司, 高橋弘充、渡邉恭子
  • 学会等名: 第19回宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 超小型衛星による、宇宙空間からの太陽中性子の観測(II) (2019)
  • 著者名/発表者名: 山岡和貴, 田島宏康, 佐々井義矩、宮田喜久子, 稲守孝哉、中澤知洋, 増田智、伊藤和也, 松下幸司, 高橋弘充、渡邉恭子
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
• [学会発表] 3Uキューブサットによる太陽中性子・ガンマ線観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山岡 和貴、田島 宏康、宮田 喜久子、稲守 孝哉、佐々井 義矩、中澤 知洋、増田 智、松下 幸司、伊藤 和也、高橋 弘充、渡邉 恭子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] Solar Neutron Spectrometer Onboard a 3U CubeSat (2019)
  • 著者名/発表者名: KazutakaYamaoka , Hiroyasu Tajima, Kikuko Miyata, Takaya Inamori, Yoshinori Sasai, Kazuhiro Nakazawa, Satoshi Masuda, Koji Matsushita, Kazuya Itoh, Hiromitsu Takahashi, Kyoko Watanabe
  • 学会等名: the 32nd International Symposium on Space Technology and Science (32nd ISTS) and the 9th Nano-Satellite Symposium (9th NSAT)
  • 国際学会
• [学会発表] Solar Neutron and Gamma-ray Detector for a 3U CubeSat (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazutaka Yamaoka , Hiroyasu Tajima, Kikuko Miyata, Takaya Inamori, Yoshinori Sasai, Hiroaki Kawahara, Ji Hyun Park, Kazuhiro Nakazawa, Satoshi Masuda, Koji Matsushita, Kazuya Itoh, Daiki Nobashi, Hiromitsu Takahashi, Kyoko Watanabe
  • 学会等名: 36th International Cosmic Ray Conference -ICRC2019-
  • 国際学会
• [学会発表] 超小型衛星による、宇宙空間からの太陽中性子の観測(III) (2019)
  • 著者名/発表者名: 山岡和貴, 田島宏康, 宮田喜久子, 稲守孝哉、Ji Hyun Park, 野橋大輝, 中澤知洋, 増田智、伊藤和也, 松下幸司, 高橋弘充、渡邉恭子
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
• [学会発表] Radiation Hardness Tests of SiPMs with a Proton Beam for Future Satellite Missions (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagomi Uchida, Hiromitsu Takahashi, NNaoyoshi Hirade, Kengo Hirose, Kento Torigoe, Yasushi Fukazawa, Tsunefumi Mizuno, Masanori Ohno, Syohei Hisadomi, Kazuhiro Nakazawa, Kazutaka Yamaoka, Satoru Hatori, Kyo Kume, Satoshi Mizushima
  • 学会等名: SiPM workshop: from fundamental research to industrial applications
  • 国際学会
• [学会発表] Radiation damage of Si-PM (MPPC) and coincidence method to reduce dark counts (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Takahashi, K. Torigoe, N. Uchida, K. Hirose, N. Hirade, M. Ohno, T. Mizuno, Y. Fukazawa, S. Hisadomi, K. Yamaoka, K. Nakazawa, S. Hatori, K. Kume, S. Mizushima
  • 学会等名: 2019 IEEE Nuclear Science Symposium & Medical Imaing Conference
  • 国際学会
• [学会発表] SOlar Neutron and Gamma-ray Spectroscopy (SONGS) Mission (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazutaka Yamaoka
  • 学会等名: Yokohama GRB 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Solar Neutron and Gamma-ray Spectrrocopic Mission (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazutaka Yamaoka, Hiroyasu Tajima, Kikuko Miyata, Takaya Inamori, Yoshinori Sasai, Hiroaki Kawahara, Ji Hyun Park, Kazuhiro Nakazawa, Satoshi Masuda, Koji Matsushita, Kazuya Itoh, Daiki Nobashi, Hiromitsu Takahashi, Kyoko Watanabe
  • 学会等名: The 4th COSPAR Symposium Small satellites for sustainable Science And Development
  • 国際学会
• [学会発表] SOlar Neutron and Gamma-ray Spectroscopy (SONGS) Mission (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazutaka Yamaoka, Hiroyasu Tajima, Kikuko Miyata, Takaya Inamori, Hiroaki Kawahara, Ji Hyun Park, Daiki Nobashi, Kazuhiro Nakazawa, Kazuya Itoh, Koji Matsushita, Satoshi Masuda, Hiromitsu Takahashi, Kyoko Watanabe
  • 学会等名: 12th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD12)
  • 国際学会
• [学会発表] Performance evaluation of GAGG/LFS scintillator+MPPC array readout with ASIC (2019)
  • 著者名/発表者名: Daiki Nobashi, Kazutaka Yamaoka, Hiroyasu Tajima, Kazuya Ito
  • 学会等名: 12th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD12)
  • 国際学会
• [学会発表] Annealing of proton radiation damages in Si-PM at room temperature (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoyoshi Hirade, Hiromitsu Takahashi, Nagomi Uchida, Kengo Hirose, Kento Torigoe, Yasushi Fukazawa, Tsunefumi Mizuno, Masanori Ohno, Syohei Hisadomi, Kazuhiro Nakazawa, Kazutaka Yamaoka, Satoru Hatori, Kyo Kume, Satoshi Mizushima
  • 学会等名: 12th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD12)
  • 国際学会
• [学会発表] Passive Temperature Stabilization System for MEMS Sensors Performance Maintenance (2019)
  • 著者名/発表者名: Kikuko MIYATA, Hosei NAGANO and Susumu HARA
  • 学会等名: the 32nd International Symposium on Space Technology and Science (32nd ISTS) and the 9th Nano-Satellite Symposium (9th NSAT)
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal Design and On-Orbit Data Evaluation of the 3U-class CubeSat TRICOM-1R, Correlation Analysis between the Attitude and Thermal Measurement (2019)
  • 著者名/発表者名: Kikuko Miyata, Jihoon Kim, Hosei Nagano, Yoshihide Aoyanagi, Takeshi Matsumoto and Shinichi Nakasuka
  • 学会等名: 49th International Conference on Environmental Systems
  • 国際学会
• [学会発表] 太陽中性子およびガンマ線観測衛星SONGSー概要および開発の現状ー (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮田喜久子，山岡和貴，稲守孝哉，田島宏康
  • 学会等名: 第63回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] 太陽中性子およびガンマ線観測衛星SONGSにおける熱設計 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮田喜久子，山岡和貴，稲守孝哉，田島宏康
  • 学会等名: 第56回 日本航空宇宙学会 関西・中部支部合同秋期大会
• [学会発表] Solar Neutron Detector for a Microsatellite (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazutaka Yamaoka
  • 学会等名: The Planetary CubeSats Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Solar neutron and gamma-ray spectrometer for a small satellite (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaoka Kazutaka、Tajima Hiroyasu、Itow Yoshitaka、Fujii Hirosane、Nakanishi Yuta、Kamei Yuhei、Yamakawa Takeharu、Niwa Takumi、Okui Itsuki、Miyata Kikuko、Inamori Takaya
  • 学会等名: SPIE OPTICAL ENGINEERING + APPLICATIONS
  • 国際学会
• [学会発表] 超小型衛星による、宇宙空間からの太陽中性子の観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山岡 和貴
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
• [学会発表] Solar Neutrons (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazutaka Yamaoka
  • 学会等名: Towards a Network of GRB Detecting Nano satellites
  • 国際学会
• [学会発表] Suzaku HXD-WAM calibration & performance monitor (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazutaka Yamaoka
  • 学会等名: New eyes on X-ray astrophysical objects with Japanese and Chinese observatories
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 3U級CubeSat TRICOM-1Rの熱設計および軌道上データ評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮田喜久子,金志勲,長野方星,青柳賢英,松本健,中須賀真一
  • 学会等名: 第62回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] Space-based Solar Neutron Observations for Cubesat Project (2018)
  • 著者名/発表者名: Kikuko Miyata, Kazutaka Yamaoka, Hiroyasu Tajima
  • 学会等名: 69th International Astronautical Congress
  • 国際学会
• [学会発表] 太陽中性子観測衛星の提案 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮田喜久子・山岡和貴・田島宏康
  • 学会等名: 第55回日本航空宇宙学会中部・関西支部合同秋期大会
• [備考] 名城大学理工学部宮田研究室
  • URL: http://www1.meijo-u.ac.jp/~kmiyata/cms_new/
• [備考] 本科研費ホームページ
  • URL: http://www.isee.nagoya-u.ac.jp/~yamaoka/research/solarneutron/kibanA/
• [備考] リーディング大学院フロンティア宇宙開拓リーダー養成プログラム
  • URL: https://www.frontier.phys.nagoya-u.ac.jp/index.html
• [備考] 名古屋大学工学研究科稲守研究室
  • URL: http://nanosat.nuae.nagoya-u.ac.jp/
• [備考] 名古屋大学宇宙地球環境研究所飛翔体観測推進センター
  • URL: http://coso.isee.nagoya-u.ac.jp/