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

2021 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 / 粒子加速 / 高速中性子 / ガンマ線 / 超小型衛星 / 検出器開発 / シリコン半導体光センサ / シンチレータ

研究実績の概要

本研究は未開拓の太陽中性子観測を超小型衛星および革新的中性子・ガンマ線センサにより推進し、太陽フレアにおけるイオン加速機構の解明を目指すものである。我々が開発している超小型衛星搭載用ミッションセンサは多数のシンチレータとシリコン半導体光センサで構成され、宇宙線の反応の飛跡を3次元的に追うことが可能な構造となっている。その結果超小型衛星搭載用としてはセンサ数や信号処理数が700を超え、多くなっており、限られたスペースの中で高密に配置されている。したがって、信号処理基板を製作する前に重量や構造を模擬した構造モデル(STM)を作成し、実際に組み立て可能であるかどうかを確認した。構造確認に引き続いてフライトモデルと同等の形態をもつエンジニアリングモデル用のセンサ組み立て(棒状のプラスチックシンチレータ16本を8層に積層したものとGAGG12x12アレイセンサ)、各種電子回路基板(光センサ搭載基板、集積回路(ASIC)搭載フロントエンド回路基板、FPGAを用いたデータ処理基板、電源基板)設計および製作を終了した。現在、個々の電子回路基板の試験およびデバッグを慎重に進めている。ミッションセンサの後段に接続される衛星バス用のオンボードコンピュータについても製作を終えて、デバッグ試験を行っており、今後ミッションセンサや通信機、GPS他の周辺機器と接続したEnd-to-end試験を行う予定である。さらに昨年度に引き続いて超小型衛星を活用する人材を育成するため、民間における宇宙利用と題して大学生以上向けの2週間講習会を実施し、また一般向け講演会で本研究内容を紹介するなど普及活動に努めている。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

昨今の電子部品やその関連部材の入手困難により、設計の見直しや方針変更を迫られたことによる。また、打ち上げ機会を確保できていない状況から、衛星まで含めて全てを自前で開発するのではなく、中性子・ガンマ線ミッションセンサだけをコンポーネント開発して他の衛星に相乗り搭載する可能性も模索していることにもよる。

今後の研究の推進方策

今後はエンジニアリングモデル(EM)の性能評価を行い、EMをフライトモデル(FM)へとブラッシュアップしていく。遅れた状況を取り戻すため、電子部品その他必要部材については可能な限り確保するとともに、マンパワーのさらなる増強に努める。打ち上げ機会の確保についてはJAXAの革新儀重津実証衛星プログラムやその他国際宇宙ステーション(ISS)上実験への搭載など引き続き模索する。

研究成果

• [国際共同研究] NASAゴダード飛行センター(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASAゴダード飛行センター
• [雑誌論文] Proposal for Shape Memory Alloy Positioning Actuator using Electric Parameter Based Controller (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyata Kikuko、Kawazoe Yuta、Hara Susumu
  • 雑誌名: IEEJ Journal of Industry Applications 巻: 12 ページ: 153～154
  • DOI: 10.1541/ieejjia.L22000583
  • 査読あり
• [雑誌論文] Feasibility study of low-temperature operable electric power supply for CubeSats using passive thermal control with VO2-based solid-solid phase change material (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamagata Masaki R.、Wakita Yurina、Tsuruda Yoshihiro、Miyata Kikuko
  • 雑誌名: Thermal Science and Engineering Progress 巻: 37 ページ: 101601～101601
  • DOI: 10.1016/j.tsep.2022.101601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous radio and optical polarimetry of GRB 191221B afterglow (2022)
  • 著者名/発表者名: Urata Yuji、Toma Kenji、Covino Stefano、Wiersema Klaas、Huang Kuiyun、Shimoda Jiro、Kuwata Asuka、Nagao Sota、Asada Keiichi、Nagai Hiroshi、Takahashi Satoko、Chung Chao-En、Petitpas Glen、Yamaoka Kazutaka、Izzo Luca、Fynbo Johan、de Ugarte Postigo Antonio、Arabsalmani Maryam、Tashiro Makoto
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 7 ページ: 80～87
  • DOI: 10.1038/s41550-022-01832-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cosmic-Ray Boron Flux Measured from 8.4 GeV/n to 3.8 TeV/n with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2022)
  • 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: 129 ページ: 251103
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.251103
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of Spectral Structures in the Flux of Cosmic-Ray Protons from 50 GeV to 60 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station (2022)
  • 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: 129 ページ: 101102
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.101102
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SOlar Neutron and Gamma-ray Spectroscopy mission (SONGS) (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamaoka, K.、Tajima, H.、Miyata, K., Usami M., Watabe T., Matsushita, K., Ito, K., Nakazawa K., Masuda, S., Tani, K., Arai, M., Hatori, S., Kume, K., Mizushima, S., Takahashi, H., Watanabe, K.
  • 雑誌名: Space Telescopes and Instrumentation 2022: Ultraviolet to Gamma Ray 巻: 12181 ページ: 1218125
  • DOI: 10.1117/12.2629131
• [雑誌論文] Xtend, the soft x-ray imaging telescope for the x-ray imaging and spectroscopy mission (XRISM) (2022)
  • 著者名/発表者名: Mori Koji、Tomida Hiroshi、Nakajima Hiroshi、Okajima Takashi、Noda Hirofumi、Tanaka Takaaki、Uchida Hiroyuki、Hagino Kouichi、 Yamaoka Kazutaka et al.
  • 雑誌名: Space Telescopes and Instrumentation 2022: Ultraviolet to Gamma Ray 巻: 12181 ページ: 121811T
  • DOI: 10.1117/12.2626894
• [雑誌論文] CALET Search for Electromagnetic Counterparts of Gravitational Waves during the LIGO/Virgo O3 Run (2022)
  • 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: The Astrophysical Journal 巻: 933 ページ: 85～85
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac6f53
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Direct Measurement of the Nickel Spectrum in Cosmic Rays in the Energy Range from 8.8 GeV /n to 240 GeV /n with CALET on the International Space Station (2022)
  • 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: 128 ページ: 131103
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.131103
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Second Catalog of Interplanetary Network Localizations of Konus Short-duration Gamma-Ray Bursts (2022)
  • 著者名/発表者名: Svinkin D. S.、Hurley K.、Ridnaia A. V.、Lysenko A. L.、Frederiks D. D.、Golenetskii S. V.、Tsvetkova A. E.、Ulanov M. V.、Yamaoka K. et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 259 ページ: 34～34
  • DOI: 10.3847/1538-4365/ac4607
  • 査読あり / 国際共著
• [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] SOlar Neutron and Gamma-ray Spectroscopy Mission: SONGS (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamaoka, K., Tajima, H., Nobashi, D., Usami, M., Miyata, K., Inamori, T., Park, J.-H., Ito, K., Matsushita, K., Watabe, T., Nakazawa, K., Masuda, S., Takahashi, H., Watanabe, K.
  • 雑誌名: 37th International Cosmic Ray Conference 巻: - ページ: 1316
  • DOI: 10.22323/1.395.01316
• [雑誌論文] Investigating the Vela SNR's Emission of Electron Cosmic Rays with CALET at the International Space Station (2021)
  • 著者名/発表者名: Motz Holger、Adriani O.、Akaike Y.、Asano K.、Asaoka Y.、Berti E.、Bigongiari G.、Binns W.R.、Yamaoka K. et al.
  • 雑誌名: 37th International Cosmic Ray Conference 巻: - ページ: 100
  • DOI: 10.22323/1.395.0100
  • 国際共著
• [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
• [学会発表] MoMoTarO計画 － 月面の水資源探査と基礎科学への活用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚, 辻直希, 長岡央, 加藤陽, 谷口絢太郎, 大竹淑恵, 若林泰生, 高梨宇宙, 岩本ちひろ, 玉川徹, 晴山慎, 小林泰三, 池永太一, 中野雄貴, 塚本雄士, 草野広樹, 星野健, 唐牛譲, 上野宗孝, 森本健志, 吉浦伸太郎, 本間希樹, 高橋弘充I 木坂将大, 中澤知洋, 山岡和 貴, 仏坂健太
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
• [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 (VI) (2023)
  • 著者名/発表者名: 山岡和貴, 田島宏康, 宮田喜久子, 中澤知洋, 渡部豊喜, 伊藤和也, 増田智, 木内隆太, 谷浩一, 新井正樹, 宮澤拓也, 島元弘樹, 杉浦弘 則, 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] 月の水資源探査と基礎科学への応用を目指す MoMoTarO計画 (2023)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚, 辻直希, 長岡央, 加藤陽, 谷口絢太郎, 大竹淑恵, 若林泰生, 高梨宇宙, 岩本ちひろ, 玉川徹, 晴山慎, 小林泰三, 池永太一, 中野雄貴, 塚本雄士, 草野広樹, 星野健, 唐牛譲, 上野宗孝, 森本健志, 吉浦伸太郎, 本間希樹, 高橋弘充I 木坂将大, 中澤知洋, 山岡和 貴, 仏坂健太
  • 学会等名: 第23回JAXA宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 小型衛星搭載太陽中性子・ガンマ線分光装置SONGS 現状報告 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山岡和貴, 田島宏康, 宮田喜久子, 渡部豊喜, 伊藤和也, 工藤哲也, 木内隆太, 宮澤拓也, 中澤知洋, 増田智, 高橋弘充, 渡邉恭子,谷 浩一, 新井正樹, 島元弘樹, 杉浦博則
  • 学会等名: 第23回JAXA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 (V) (2022)
  • 著者名/発表者名: 山岡和貴, 田島宏康, 宮田喜久子, 中澤知洋, 渡部豊喜, 伊藤和也, 増田智, 木内隆太, 谷浩一, 新井正樹, 宮澤拓也, 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] SOlar Neutron and Gamma-ray Spectroscopy Mission (SONGS) (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamaoka, Kazutaka ; Tajima, Hiroyasu ; Miyata, Kikuko ; Usami, Masaki ; Watabe, Toyoki ; Matsushita, Koji ; Ito, Kazuya ; Nakazawa, Kazuhiro ; Masuda, Satoshi ; Tani, Koichi ; Arai, Masaki ; Hatori, Satoshi ; Kume, Kyo ; Mizushima, Satoshi ; Takahashi, Hiromitsu ; Watanabe, Kyoko
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes+Instrumentation（国際学会）
  • 国際学会
• [学会発表] 超小型衛星で切り拓く宇宙観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山岡和貴
  • 学会等名: 第30回 天文学の最前線 公開セミナー「最新のテクノロジーと宇宙」
  • 招待講演
• [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] 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
  • 学会等名: 第22回JAXA宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 潜熱蓄熱材を活用した超小型衛星用電源の受動的熱制御の提案とその材料検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 脇田悠利名, 宮田喜久子, 鶴田佳宏, 山縣雅紀
  • 学会等名: 第31回スペース・エンジニアリング・コンファレンス(SEC'22)
• [学会発表] 固-固相転移材料を用いた宇宙機用蓄熱ブロックの最適化とその保温特性評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 脇田悠利名, 宮田喜久子, 鶴田佳宏, 山縣雅紀
  • 学会等名: 第59回日本航空宇宙学会中部・関西支部合同秋期大会
• [学会発表] 超小型衛星用電源の熱制御に適した潜熱蓄熱材およびその実装方法の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 脇田悠利名, 宮田喜久子, 鶴田佳宏, 山縣雅紀
  • 学会等名: 第43回日本熱物性シンポジウム
• [学会発表] Low-temperature operatable electric power supply for CubeSats using VO2-based phase change material (2022)
  • 著者名/発表者名: Yurina Wakita, Kikuko Miyata, Yoshihiro Tsuruda, Masaki R. Yamagata
  • 学会等名: 13th Asian Thermophysical Properties Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 民生二次電池の内部抵抗に基づく超小型衛星搭載バッテリーの状態推定の最適化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山本 悠史, 青木 竜也, 宮田 喜久子, 鶴田 佳宏, 山縣 雅
  • 学会等名: 日本機械学会 2022年度年次大会
• [学会発表] 固-固相転移材料を活用した高信頼性宇宙機用電源の検討とその低温特性評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 脇田悠利名, 宮田喜久子, 鶴田佳宏, 山縣雅紀
  • 学会等名: 日本機械学会 2022年度年次大会
• [学会発表] Design of Low Power Wide Area-network via Small Flying Objects Constellation (2022)
  • 著者名/発表者名: Kikuko Miyata, Takeshi Matsumoto, Shinichi Nakasuka
  • 学会等名: 33rd International Symposium on Space Technology and Science, 10th Nano-Satellite Symposium & 14th IAA Low-Cost Planetary Missions Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Proposal for Small and Light-Weight Shape Memory Alloy Positioning Actuator (2022)
  • 著者名/発表者名: Kikuko Miyata, Takeshi Matsumoto, Shinichi Nakasuka
  • 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] 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: The International Astronautical Congress 2021
  • 国際学会
• [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
• [備考] 本科学研究費研究内容・成果ホームページ
  • URL: https://www.isee.nagoya-u.ac.jp/~yamaoka/research/solarneutron/kibanA
• [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] 名城大学理工学部宮田研究室
  • URL: https://www1.meijo-u.ac.jp/~kmiyata/asel/index.html