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

2019 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 名城大学, 理工学部, 准教授 (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

本研究は中性子を観測手段として、これまで観測が進展してこなかった太陽フレアに伴う中性子観測を通じ、太陽フレアにおけるイオン加速メカニズムに迫るものであり、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。中性子とガンマ線を同時に観測する独自のミッションセンサを開発し、大学内で開発する超小型人工衛星に搭載して一線級の科学観測を継続的に行うことを視野に置いている。
これまでに中性子・ガンマ線センサについては集積回路を用いたセンサ信号読み出し技術・センサ組み立て技術、およびセンサ性能について陽子やガンマ線照射を行い、解析方法まで含めて検証を行ってきた。その結果、フライトモデルの設計もほぼ終了し、低消費電力・省スペース・軽量で実現できることが示されてきた。キーパーツとなるセンサの一部は、2022年度に打ち上げられるJAXA革新実証衛星3号機にも搭載される予定でである。一方、人工衛星バスについてはこれまで名古屋大学工学部で開発されたものを用い、それに新たな機能を追加する形で開発を進めており、その差分機能の要素試作モデル開発を行い、検証してきた。ミッションを実現する上で必要な要素が必要な電力で実現できることは確認済みであり、今後エンジニアリング・フライトモデル開発を進めていく。
また、オンラインを中心に学部学生・大学院生や社会人を対象に超小型衛星に関する講習会(基礎編と上級編)を定期的に開催し、超小型衛星に関する知識や試験手法について普及に努めるとともに、講習会の参加者をチームの研究協力者として取り込み、開発チームを拡大しつつある。

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

中性子・ガンマ線センサ、超小型人工衛星(3Uキューブサット)とも要素試作モデル製作・試験をほぼ終えており、現在エンジニアリングモデルとフライトモデルの設計を行っているところであり、おおむね順調であるといえる。ただし、開発体制の見直しに加えて、コロナウイルス感染の影響、さらにマイコン・FPGAなどの使用予定半導体電子部品の入手困難のため、電子回路基板開発が遅れている。

今後の研究の推進方策

今後本格的に人工衛星バスや中性子・ガンマ線センサのフライトモデルを製作・製造していく上でさらなるマンパワーの増強が不可欠である。今後も定期的に行っている超小型衛星講習会やSNS・講演による広報活動により参加を呼びかける努力を続けていく。また、人工衛星搭載に向けた打ち上げ機会を確保するため、JAXAや民間・海外を含めて様々な手段を探っていく。

研究成果

• [国際共同研究] NASAゴダード宇宙飛行センター(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASAゴダード宇宙飛行センター
• [雑誌論文] Model-Based Efficient and Safe Spacecraft Operations Planner Focusing on Battery State Management (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyata Kikuko、Takaki Arata、Hara Susumu
  • 雑誌名: IEEJ Journal of Industry Applications 巻: 11 ページ: 447～457
  • DOI: 10.1541/ieejjia.21006980
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of the Iron Spectrum in Cosmic Rays from 10 GeV /n to 2.0 TeV /n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2021)
  • 著者名/発表者名: Adriani O.、Akaike Y.、Asano K.、Asaoka Y.、Berti E.、Bigongiari G.、Binns W.?R.、Bongi M.、Yamaoka K. et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 126 ページ: 241101
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.241101
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solar Neutron Spectrometer Onboard a 3U CubeSat (2021)
  • 著者名/発表者名: YAMAOKA Kazutaka、TAJIMA Hiroyasu、MIYATA Kikuko、INAMORI Takaya、SASAI Yoshinori、KAWAHARA Hiroaki、PARK Ji Hyun、NAKAZAWA Kazuhiro、MASUDA Satoshi、MATSUSHITA Koji、ITO Kazuya、NOBASHI Daiki、TAKAHASHI Hiromitsu、WATANABE Kyoko
  • 雑誌名: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 巻: 19 ページ: 354～359
  • DOI: 10.2322/tastj.19.354
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Annealing of proton radiation damages in Si-PM at room temperature (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirade, Naoyoshi ; Takahashi, Hiromitsu ; Uchida, Nagomi ; Ohno, Masanori ; Torigoe, Kento ; Fukazawa, Yasushi ; Mizuno, Tsunefumi ; Matake, Hiroto ; Hirose, Kengo ; Hisadomi, Syouhei ; Nakazawa, Kazuhiro ; Yamaoka, Kazutaka ; Werner, Norbert ; Rupa, Jakub ; Hatori, Satoshi ; Kume, Kyo ; Mizushima, Satoshi
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 986 ページ: 164673
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164673
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Performance evaluation of GAGG(Ce)/LFS scintillator ＋ MPPC array readout with ASIC (2021)
  • 著者名/発表者名: Nobashi, Daiki ; Yamaoka, Kazutaka ; Tajima, Hiroyasu ; Ito, Kazuya
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 986 ページ: 164811
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164811
  • 査読あり
• [雑誌論文] 一般大衆にむけた宇宙機熱設計実習プログラムの構築およびその実践結果の評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宮田喜久子, 冨岡孝太, 山岡和貴
  • 雑誌名: 工学教育 巻: 69 ページ: 2_75-2_80
  • DOI: 10.4307/jsee.69.2_75
  • 査読あり
• [雑誌論文] Soft x-ray imager (SXI) for Xtend onboard X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM) (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Hiroshi、Hayashida Kiyoshi、Tomida Hiroshi、Mori Koji、Noda Hirofumi、Matsumoto Hironori、Yoneyama Tomokage、Okazaki Koki、Yamaoka Kazutaka et al.
  • 雑誌名: Space Telescopes and Instrumentation 2020: Ultraviolet to Gamma Ray 巻: 11444 ページ: 1144423
  • DOI: 10.1117/12.2560348
• [雑誌論文] Status of x-ray imaging and spectroscopy mission (XRISM) (2020)
  • 著者名/発表者名: Tashiro Makoto S.、Maejima Hironori、Toda Kenichi、Kelley Richard L.、Reichenthal Lillian、Hartz Leslie、Petre Robert、Williams Brian J.、Yamaoka Kazutaka et al.
  • 雑誌名: Space Telescopes and Instrumentation 2020: Ultraviolet to Gamma Ray 巻: 11444 ページ: 1144422
  • DOI: 10.1117/12.2565812
  • 国際共著
• [雑誌論文] Direct Measurement of the Cosmic-Ray Carbon and Oxygen Spectra from 10 GeV /n to 2.2 TeV /n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2020)
  • 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.、Yamaoka, K. et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 125 ページ: 251102
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.251102
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Origin of the in-orbit instrumental background of the Hard X-ray Imager onboard Hitomi (2020)
  • 著者名/発表者名: Hagino Kouichi、Odaka Hirokazu、Sato Goro、Sato Tamotsu、Suzuki Hiromasa、Mizuno Tsunefumi、Kawaharada Madoka、Ohno Masanori、Yamaoka Kazutaka et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 6 ページ: 046003
  • DOI: 10.1117/1.JATIS.6.4.046003
  • 査読あり
• [雑誌論文] RGB Image Prioritization Using Convolutional Neural Network on a Microprocessor for Nanosatellites (2020)
  • 著者名/発表者名: Park, Ji Hyun ; Inamori, Takaya ; Hamaguchi, Ryuhei; Otsuki, Kensuke ; Kim, Jung Eun ; Yamaoka, Kazutaka
  • 雑誌名: Remote Sensing 巻: 12 (23) ページ: 3941
  • DOI: 10.3390/rs12233941
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-redshift gamma-ray burst for unraveling the Dark Ages Mission: HiZ-GUNDAM (2020)
  • 著者名/発表者名: Yonetoku, Daisuke ; Mihara, Tatehiro ; Doi, Akihiro ; Sakamoto, Takanori ; Tsumura, Kohji search by orcid ; Ioka, Kunihito ; Amaya, Yusuke ; Arimoto, Makoto ; Enoto, Teruaki ; Yamaoka Kazutaka et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 11444 ページ: 114442Z
  • DOI: 10.1117/12.2560603
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Study on possible proton-induced background of LaBr3(Ce) scintillator in a low-Earth orbit (2020)
  • 著者名/発表者名: Mizushima, Tsubasa ; Yoshida, Atsumasa ; Yamaoka, Kazutaka ; Hatori, Satoshi ; Kume, Kyo
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 11454 ページ: 114542S
  • DOI: 10.1117/12.2560810
• [学会発表] 太陽中性子・ガンマ線分光ミッション SONGS 現状報告 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山岡 和貴, 田島 宏康, 宮田 喜久子, 宇佐見 雅己, 渡部 豊喜, 伊藤 和也, 松下 幸司, 谷 浩一, 新井 正樹, 中澤 知洋, 増田 智, 高橋 弘充, 渡邉 恭子
  • 学会等名: 第22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観測の開拓 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山岡和貴、田島宏康、稲守孝哉、宇佐見雅己、渡部豊喜、松下幸司、伊藤和也、朴志賢、中澤知洋、増田智、 宮田喜久子、谷浩一、新井正樹、高橋弘充、渡邉恭子
  • 学会等名: 超小型衛星利用 シンポジウム 2022
• [学会発表] ISS搭載CALETによる6年間の観測の最新成果報告 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 田村忠久, 森正樹, 浅岡陽一, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太, 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見昌司, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会第77回年次大会(2022年)
• [学会発表] Proposal for Small and Light-Weight Shape Memory Alloy Positioning Actuator (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuta KAWAZOE, Kikuko MIYATA, Susumu HARA
  • 学会等名: 8th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization (SAMCON 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] 超小型衛星用高信頼性電源モジュール構築のための新規スクリーニング手法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 廣田 百花, 谷 充輝, 鶴田 佳宏, 宮田 喜久子, 山縣 雅紀
  • 学会等名: 第58回日本航空宇宙学会関西・中部支部合同秋季大会
• [学会発表] 宇宙機用低温作動電源実現のための 潜熱蓄熱材の適用可能性の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 脇田 悠利名, 鶴田 佳宏, 宮田 喜久子, 山縣 雅紀
  • 学会等名: 第58回日本航空宇宙学会関西・中部支部合同秋季大会
• [学会発表] 電流休止法による民生二次電池の内部抵抗評価とその超小型衛星用電源の軌道上特性推定への適用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 青木 達也, 宮田 喜久子, 鶴田 佳宏, 山縣 雅紀
  • 学会等名: 第58回日本航空宇宙学会関西・中部支部合同秋季大会
• [学会発表] 太陽中性子およびガンマ線観測衛星SONGSの開発状況 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宮田喜久子, 山岡和貴, 田島宏康, 松下幸司, 渡部豊喜
  • 学会等名: 第65回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] 電流休止法を用いた民生電池の内部抵抗評価および超小型衛星用電源の軌道上特性推定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 青木 達也, 松山 哲也, 宮田 喜久子, 鶴田 佳宏, 山縣 雅紀
  • 学会等名: 日本機械学会2021年度年次大会
• [学会発表] 軌道上材料曝露試験のための低温作動電源実現可能性の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 脇田 悠利名, 遠藤 大地, 鶴田 佳宏, 宮田 喜久子, 山縣 雅紀
  • 学会等名: 日本機械学会2021年度年次大会
• [学会発表] 太陽中性子・ガンマ線観測用超小型衛星NU-SONGSの開発現状と今後の展望について (2021)
  • 著者名/発表者名: 宇佐見雅己、野橋大輝、山岡和貴、田島宏康、松下幸司、伊藤和也、稲守孝哉、 Ji Hyun Park、宮田喜久子
  • 学会等名: 2020年度ISEE研究集会「太陽地球環境と宇宙線モジュレーション」
• [学会発表] CALETによる5年間の軌道上観測の成果と展望 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 浅岡陽一, 田村忠久, 森正樹, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太, 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見昌司, 寺澤敏夫, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会(2021年)
• [学会発表] 4 × 4 GAGG(Ce)シンチレータアレイを用いたガンマ線源イメージングの評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野橋大輝, 宇佐見雅己, 山岡和貴, 田島宏康, 伊藤和也
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会(2021年)
• [学会発表] 超小型衛星NU-SONGS搭載予定の太陽中性子・ガンマ線観測器のプラスチックシンチレータ部の性能評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宇佐見雅己, 野橋大輝, 山岡和貴, 田島宏康, 松下幸司
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会(2021年)
• [学会発表] 宇宙利用に向けた光検出器MPPCの陽子放射線耐性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今澤遼, 眞武寛人, 内田悠介, 高橋弘充, 内田和海, 水野恒史, 深澤泰司, 大野雅功, 田島宏康, 山岡和貴, 羽鳥聡, 久米恭, 水嶋慧
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会(2021年)
• [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) (2021)
  • 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、宇佐見雅己、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2021年春季年会
• [学会発表] SOlar Neutron and Gamma-ray Spectroscopy Misson SONGS (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazutaka Yamaoka, Hiroyasu Tajima, Kikuko Miyata, Takaya Inamori, Ji Hyun Park, Daiki Nobashi, Masaki Usami, Kazuhiro Nakazawa, Satoshi Masuda, Kazuya Ito, Koji Matsushita, Hiromitsu Takahashi,Kyoko Watanabe
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
  • 国際学会
• [学会発表] SOlar Neutron and Gamma-ray Spectroscopy Misson SONGS (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazutaka Yamaoka, Hiroyasu Tajima, Daiki Nobashi, Masaki Usami, Kikuko Miyata, Takaya Inamori, Ji Hyun Park, Kazuya Ito, Koji Matsushita, Kazuhiro Nakazawa, Satoshi Masuda, Hiromitsu Takahashi, Kyoko Watanabe
  • 学会等名: 37th International Cosmic-Ray Conference
  • 国際学会
• [学会発表] ISS搭載CALETによる5年間の観測の最新成果報告 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 田村忠久, 森正樹, 浅岡陽一, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太, 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見昌司, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季年会
• [学会発表] 太陽中性子・ガンマ線分光ミッション(SONGS) (2021)
  • 著者名/発表者名: 山岡和貴
  • 学会等名: KEK Platform A (Photosensor and Scintillator) Workshop
• [学会発表] Proposal and evaluation for passive temperature stabilization system for battery performance management (2021)
  • 著者名/発表者名: Kikuko Miyata, Yusuke Ogawa, Masaki Yamagata
  • 学会等名: 72nd International Astronautical Congress
  • 国際学会
• [学会発表] キューブサット用電源の軌道上特性分析に用いる民生用リチウムイオン電池の内部抵抗評価法の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松山 哲也, 中村 和弘, 鶴田 佳宏, 宮田 喜久子, 山縣 雅紀
  • 学会等名: 日本機械学会2020年度年次大会
• [学会発表] Lecture Series for Encouraging Commercial Space Utilization for the General Public (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Miyata, K. Tomioka, K. Yamaoka, H. Tanaka, H. Tajima
  • 学会等名: 71st International Astronautical Congress
  • 国際学会
• [学会発表] CALETによる5年間の軌道上観測の最新成果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鳥居祥二, 赤池陽水, 小林兼好, 浅岡陽一, 田村忠久, 森正樹, 浅野勝晃, 福家英之, 日比野欣也, 市村雅一, 笠原克昌, 片岡龍峰, 片寄祐作, 加藤千尋, 川久保雄太, 三宅晶子, MOTZ Holger, 宗像一起, 中平聡志, 奥野祥二, 小沢俊介, 坂本貴紀, 清水雄輝, 塩見晶司, 寺澤敏夫, 常定芳基, 山岡和貴, 柳田昭平, 吉田篤正, 吉田健二, 他CALETチーム
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季年会
• [学会発表] シンチレータによる低エネルギーガンマ線検出に向けたMPPCの性能比較 (2020)
  • 著者名/発表者名: 高橋弘充, 平出尚義, 内田和海, 廣瀬憲吾, 水野恒史, 深沢泰司, 山岡和貴, 田島宏康, 大野雅功
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季年会
• [学会発表] 超小型衛星 SONGS 搭載太陽中性子・ガンマ線検出器の積層プラスチックシ ンチレータ部の性能評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宇佐見雅己、野橋大輝、山岡和貴、田島宏康
  • 学会等名: 日本天文学会2020年秋季年会
• [学会発表] キューブサットに利用する民生用電池の特異的な低温挙動と種々の内部抵抗診断法による検証 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松山哲也, 谷充輝, 中村和弘, 鶴田佳宏, 宮田喜久子, 山縣雅紀
  • 学会等名: 宇宙科学技術連合講演会
• [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宇宙開発利用推進室
  • URL: https://coso.isee.nagoya-u.ac.jp/sero.html
• [備考] 本科学研究費ホームページ
  • URL: http://www.isee.nagoya-u.ac.jp/~yamaoka/research/solarneutron/kibanA
• [備考] 名古屋大学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] 名城大学理工学部宮田研究室
  • URL: http://www1.meijo-u.ac.jp/~kmiyata/cms_new/
• [備考] 超小型衛星利用シンポジウム2022
  • URL: https://aerospacebiz.jaxa.jp/cubesatlv2022/4-2_detail_mission.html