医療・材料から宇宙探査へ： 単発微粒子低速・高速・超高速衝突機構の構築

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18KK0128
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 矢野 創 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, 助教 (00321571)
• 研究分担者: 新井 和吉 法政大学, 理工学部, 教授 (10202706) ; 平井 隆之 千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 研究員 (30737888) ; 佐藤 崇行 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 有人宇宙技術部門, 主任研究開発員 (00842296) [辞退] ; 佐野 琢己 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 有人宇宙技術部門, 主任研究開発員 (90870767)
• 研究期間 (年度): 2018-10-09 – 2024-03-31
• キーワード: 固体微粒子 / 超高速衝突 / 低速衝突 / レーザー加速 / 二段式軽ガス銃 / 自由落下塔 / 宇宙探査 / 国際宇宙ステーション

研究実績の概要

2018年度よりコロナ禍での延期期間を含めて2023年度まで実施した本研究は、近未来の深宇宙探査で求められる1~1000ミクロンオーダーの固体微粒子を1~1000m/sオーダーの速度で、真空中にて単発ずつ加速し、衝突現象をリアルタイムで観察できる実験機構群を、世界に先駆けて構築することが目的であった。そのために、低速・高速・超高速の速度領域ごとに専用の固体微粒子加速機構を、日米に現存する実験装置を改良して開発した。
最終年度は第一に、国内に0.1~1m/sオーダーで100ミクロン以上の微粒子を射出できる垂直上向きの圧縮空気銃を新規開発し、その速度制御の性能評価を実施した。第二に米国では、レーザー加速用の固体微粒子の射出ランチャー素材に市販材料を採用し、廉価かつ迅速に実験できるように改良した。
全研究期間を通じて、日米に開発・整備した衝突実験機構群で取得した地上試験データを駆使することで、（１）国際宇宙ステーション曝露・回収実験「たんぽぽ２」でのエアロゲルとカーボンナノチューブ捕集材、（２）同ステーション搭載の「Smart Skin」PVDF繊維織物センサ、（３）超小型月探査機「エクレウス」搭載のCLOTHーPVDF薄膜センサ、（４）月周回有人ステーション「ゲートウェイ」搭載予定のLVDMーPZT音響センサ、（５）長周期彗星フライバイ探査機「コメットインターセプタ」B1探査機用ダスト衝突防御バンパーといった、過去・現在・近未来の宇宙ミッションにおけるダスト計測・捕集・防御装置について、各々に適切な速度・質量範囲での校正データの取得が可能になった。
本研究の次の段階としては、これらの衝突実験機構群を、日米に欧州も加えた世界規模に拡張し、スタートアップ企業等も活用できる開かれた国際的な枠組みで活用できるように整備して、近未来の宇宙塵やスペースデブリ研究に積極的な貢献を目指す。

研究成果

• [国際共同研究] マサチューセッツ工科大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: マサチューセッツ工科大学
• [雑誌論文] The Comet Interceptor Mission (2024)
  • 著者名/発表者名: Jones, G.H., Snodgrass, C., Tubiana, C., Kuppers, M., Yano, H., et al.
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 220 ページ: -
  • DOI: 10.1007/s11214-023-01035-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Heliocentric distance dependence of zodiacal light observed by Hayabusa2# (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsumura, K., Matsuura, S., Sano, K., Iwata, T., Yano, H., Kitazato, K., Takimoto, K., et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 75 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-023-01856-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 月軌道周回プラットフォーム・ゲートウェイ搭載アストロバイオロジー実験の実現に向けた準備 (2024)
  • 著者名/発表者名: 横堀伸一 , 三田肇 , 癸生川陽子 , 藤田知道 , 横谷香織 , 矢野創 , 別所義隆 , 加藤浩
  • 学会等名: 第12回宇宙における生命ワークショップ（令和5年度 ABC 公募研究成果発表会)
• [学会発表] ISS 等での宇宙塵捕集有機物解析に向けたエアロゲルへの高速衝突実験 (2024)
  • 著者名/発表者名: 三田肇 , 矢野創 , Percot Aline , MAUREL Marie-Christine , 小栁陸希 , 番園佳樹
  • 学会等名: 令和5年度宇宙科学に関する室内実験シンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] 超高速衝突実験を用いた地球―月圏ダスト検出センサ CLOTH の検出下限検討 (2024)
  • 著者名/発表者名: 岩田 翔也 , 平井 隆之 , 中澤 淳一郎 , 長谷川 直 , 新井 和吉 , 矢野 創
  • 学会等名: 令和5年度宇宙科学に関する室内実験シンポジウム
• [学会発表] Comet Interceptor 探査機搭載バンパの設計検証実験 (2024)
  • 著者名/発表者名: 石橋 之宏 , 矢野 創 , 佐野 椋耶 , 伊藤 海音 , 岩田 翔也 , 松本 悠暉 , 両角 聖来 , 長谷川 直 , 宮崎 康行 , 新井 和吉
  • 学会等名: 令和5年度宇宙科学に関する室内実験シンポジウム
• [学会発表] Verification of Smart MLI Dust Sensors for Small Satellites: Effects of Detecting Hypervelocity Microparticle Impact Signals with the PVDF Film inside a Multi-Layer Insulation (2023)
  • 著者名/発表者名: Shoya Iwata , Takayuki Hirai , Junichiro Nakazawa , Sunao Hasegawa , Kazuyoshi Arai , Hajime Yano
  • 学会等名: The 5th COSPAR Symposium on Space Science with Small Satellites
  • 国際学会
• [学会発表] Several Experimental methods and Hydrocode Simulations for Demonstrating Hypervelocity Microparticle Impacts on Active Target Sensor Simulating Smart MLI (2023)
  • 著者名/発表者名: Shoya Iwata , Takayuki Hirai , Junichiro Nakazawa , Sunao Hasegawa , Steven E Kooi , Keith A Nelson , Kazuyoshi Arai , Hajime Yano
  • 学会等名: The 34th International Symposium of Space Technology and Science (ISTS)
  • 国際学会
• [学会発表] 極超高速衝突シミュレーション実験による 固体微粒子捕集機構の基礎開発(3) (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢野創 , 長友英夫 , 弘中陽一郎 , 佐野孝好 , 田端誠 , 平井隆之 , 中澤淳一郎
  • 学会等名: 光・量子ビーム科学合同シンポジウム (OPTO2023)
• [学会発表] Current status of post-Tanpopo space exposure experiments (2023)
  • 著者名/発表者名: Mita H , Yokobori S , Fujita T , Tomita-Yokotani K , Sugimoto M , Bessho Y , Nakagawa K , Kobayashi K , Kebukawa Y , Shibata H , Kimura S , Kume A , Hiwatari Y , Milosevic T , Ong M , Maeng CH , Kato H , Abe T , Okudaira k , Yano H , Yamagishi A
  • 学会等名: European Astrobiology Network Association (EANA) Conference 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 太陽系天体プリューム探査の理工学的課題 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢野創
  • 学会等名: 日本温泉科学会第76回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 深宇宙探査技術実証機DESTINY+搭載ダストアナライザの開発と地上校正2023 (2023)
  • 著者名/発表者名: 平井 隆之 , 小林 正規 , 荒井 朋子 , 木村 宏 , 佐々木晶 , 薮田 ひかる , 伊藤 元雄 , 山口 亮 , 矢野 創 , Trieloff Mario , Ludwig Thomas , Schwarz Winfried , Hopp Jens , Hillier Jon , Khawaja Nozair , Postberg Frank , Eckart Lisa , Krueger Harald , Srama Ralf , Simolka Jonas , Henselowsky Carsten
  • 学会等名: 第67回宇宙科学技術連合講演会
  • 国際学会
• [学会発表] エクレウス搭載MLI 内蔵型月近傍微粒子検出器(CLOTH)の軌道上運用成果 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢野創 , 平井隆之 , 岩田翔也 , 中澤淳一郎 , 増地大陸 , 新井和吉 , NELSON Keith , KOOI Steven , 布施綾太 , 五十里哲 , 石川晃寛 , 川端洋輔 , 近藤宙貴 , 中島晋太郎 , 三好航太 , 筒井真輝 , 船瀬龍
  • 学会等名: 第67回宇宙科学技術連合講演会
  • 国際学会
• [学会発表] OPENS: 超小型探査機による外惑星領域探査プログラム構想 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢野創、船瀬龍、尾崎直哉、中島 晋太郎、兵頭龍樹、OPENS ワーキンググループ
  • 学会等名: 第67回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] 原子状酸素の影響下における垂直配向 カーボンナノチューブの構造変化と微粒子捕集性能の調査 (2023)
  • 著者名/発表者名: 両角聖来 , 新井和吉 , 平原佳織 , 矢野創
  • 学会等名: 第67回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] 超高速衝突実験によるダスト検出器CLOTH の校正パラメータ取得 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩田翔也, 平井隆之, 中澤淳一郎, 増地大陸, 長谷川直, 新井和吉, 矢野創
  • 学会等名: 第67回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] SLS相乗り超小型探査機EQUULEUSの軌道上成果と将来展望 (2023)
  • 著者名/発表者名: 船瀬 龍 , 中島 晋太郎 , 川端洋輔 , 布施 綾太 , 三好 航太 , 秋山 茉莉子 , 松下将典 , 石川 晃寛 , 五十里 哲 , 野村 俊一郎 , 柿原 浩太 , 矢野創、平井隆之、ほか
  • 学会等名: 第67回宇宙科学技術連合講演会
  • 国際学会