WISHの進捗
Wide‐field Imaging Surveyor for High‐redshift
超広視野初期宇宙探査衛星計画

山田亨（東北大学）
For WISH Working GroupWISH計画・概要● 口径 1.5m の宇宙望遠鏡 (~1.4t)● 波長 1‐5μm （近赤外線、80‐100K 放射冷却）● 広視野 850 平方分角 (0.155”/pix, 128Mpix)● SE‐L2 軌道
JAXA 宇宙科学研究所
理学委員会において
WISH ワーキンググループ
2008年9月～2020年までの打上を目指す

WISH 計画の科学目的
１．宇宙最初期の銀河形成（主目的）‐ 銀河宇宙史・最後のフロンティア‐ 宇宙再電離を跨ぐ初期銀河形成‐ 高赤方偏移の高光度超新星

２．Ia型超新星による宇宙の加速膨張史‐ 高精度観測による精密宇宙論

３．次世代の近赤外線撮像サーベイ‐ 様々な分野で新たな天文学研究を開拓‐ これまでにない、深さ・広視野の観測

宇宙再電離期をまたぐ観測へ
星形成率
密度SFRdensity

電離度
Ionization
degree

電子散乱
光学深さ

星質量密度

Electronscattering
optical depth

Stellar massdensity

赤方偏移 z=0z=14

Robertson et al. 2010

現在までの研究と WISH が目指す観測

ハッブル

WISH

WISH = 広視野サーベイ専用
WISH による基本サーベイ計画（全観測時間の８割以上、計画を最適化）
Depth (5σ,Pole)(AB mag)
Ultra Deep Survey
(UDS)

Area

フィルタ中心波長1.0, 1.4,1.8, 2.3,

28

100 deg2 3.0 μm

2810 deg2

Ultra Wide Survey
(UWS)

24‐25

1000 deg2 1.4, 1.8, 2.3μm

Extreme Survey

29‐30

0.25 deg2 1.0, 1.4, 1.8μm+ Filter 5 (4.0μm)

UDS 1500days (with 50% overhead)
UWS 50‐60 days Filter5 150 days
ExS
20 days/FoV

4.0μm

Nominal Five Years

WISH UDSで期待される銀河検出数
4‐5~10galaxies at z=8‐9,3‐4~10 galaxies at z=11‐12,and~50‐100 galaxies at z=14‐17

WISH ミッション提案書・第１版 完成～５００ページ

はじめに目次第１章 ミッションの概要
第２章 WISH が目指す科学
第３章 成功基準とミッションへの要求
第４章 衛星システム概要
第５章 広視野撮像システム
第６章 望遠鏡構造システム
第７章 ミッション部温度と熱解析
第８章 ミッション運用計画
第９章 衛星サブシステムの設計・検討
第１０章 試験計画
第１１章 フェーズＡ計画
第１２章 スケジュール
第１３章 体制
第１４章 国際計画
第１５章 波及効果
第１６章 成果の普及・教育への活用
図目次
表目次

２０１２年７月１９日－２０日 WISH サイエンスワークショップ
http://www.wishmission.org/files/20120719/index.html(or google “wishmission” )WISH Auxiliary Campaign Science（限られた時間で実施）
２０１２年７月１９日－２０日「WISH サイエンスワークショップ」
http://www.wishmission.org/files/20120719/index.html

様々な可能性● 銀河面 Campaign 散開星団/変光天体● バルジ Campaign 位置天文観測
JASMINE 計画との協力● Transit 系外惑星 Campaign● 重力レンズ系外惑星 Campaign● 太陽系小天体 氷探査 Campaign

国際協力●米国 CfA/SAO (Fazio )2012 NASA SALMON2 Missions of Opportuniy 提案済み
 NASA の予算事情により SALMON2 自体が stop
焦点面検出器 を担当●

フランス LAM (Burgarella 他）
2013 CNES MoO に提案済み
直進光分光器 IFU ~2’ 視野 を担当●

カナダ （Sawicki 他）
フィルタ交換機構 を担当

WISH の開発

Size： (HII‐A) 4/4D‐LC 下段
Mass： ~ 1.4t

2012年度まで の開発検討
要素

現状課題 / 補足

光学系 基本レイアウト

・３枚非球面鏡 M1：1.5m 軽量鏡
・（静的）公差解析
・ゴースト評価/バッフル基本案
・グリズム分光系検討（オプション）

長波長グリズム
HAWAII‐4RG option?
Off‐axis option ?

望遠鏡構造・CFRP トラス構造基本案
・CFRP 構造部材・低温物性・吸湿測定
・予備的構造解析
・主要部材（鏡材、INVAR、接着剤）
低温物性
・主鏡概念設計

望遠鏡システム設計
コスト評価

主鏡保持機構・主鏡接合（パッド）部概念検討
解析（クランプ式、接着式）
・CFRP パッド接着方式の検討
強度評価／低温変形解析／試験
・望遠鏡構造機構部
概念検討（クランプ式に対応）

クランプ式：
成立のみこみ
接着式：
金属パッドは不成立

WISH Optical Layout

M1Cold Stop
Flat Mirror

M2M3

主鏡概念設計
主鏡デザイン：143kg φ1530mm● 静荷重、打上荷重、冷却荷重に対する変形量の解析（主鏡保持機構は上の案を仮定）● コーティング（＋冷却）による変形量の解析
 成立案の策定

クランプ式結合部の成立モデルの検討、主鏡概念設計
台形ラグ  円柱テノン、熱変形吸収機構 (thermal compensator)

望遠鏡接合部については今後詳細検討

Φ1.5m, <打上荷重 20G along X, Y, Z RT
冷却 80K‐ 熱変形吸収機構（鉄）‐ 最大荷重に対してテノンとの間に隙間を生じない最適なクランプ力の解析

要素

現状課題 / 補足

焦点面検出器・HAWAII‐2 (HgCdTe, Teledyne社）+SIDECAR/ASIC (JWSTなど、TRL9)

焦点面パッケージ常温部 駆動回路
HAWAII‐4RG?

フィルタ交換機構

・フリップ式機構策定（焦点面４分割、３段式）
・１ユニット試作 振動試験（OK）・冷却耐久試験（１０万回駆動）・ゴースト解析・宇宙用真空極低温駆動モータ評価

低温モータ耐久試験

赤外フィルタ・試作・試験（冷却、放射線）国内A社
コンタミによる吸収

熱解析・設計・基本構造案に基づく予備的熱解析
望遠鏡構造部（目標90‐100K)
検出器ラジエータ部（目標40K）

サンシールド (SPICA)
検出器ラジエータ

データ生成量・通信量

・基本的運用プランに基づくデータ生成量評価
・データ伝送に必要な通信回線の検討

Ka バンドFocal Plane

R=0.2, 0.325, 0.4 deg @ 1.25um

R(out)=0.45deg

R(in)=0.2deg@ 2.2um

4 x 2kx2k FPA

WISH Flip‐type Wide‐field Filter Exchange Systemフリップ式フィルタ交換機構 試作・試験
真空低温下での耐久試験
2010年12月～2011年１月
於：国立天文台
先端技術センタ 大クリーンルーム

真空チャンバ内にシュラウドをおき、液体窒素循環により 100‐120K に冷却
供試体の温度も 120‐150K

１０万回の往復動作を達成。
駆動シャフトのトルクに異常なし。
注：今回は交換機構のメカ部の耐久性を検証することを目的としており、駆動に使用したモータは‐60℃程度までの冷却に対応した製品を用いて、チャンバー内のシュラウドから出した状態で試験。

フリップ式フィルタ交換機構 試作・試験
振動試験
２０１０年１１月１６－１９日
JAXA/ISAS 振動制御室
ダミーフィルタ
石英白板ガラスシリコン
ECSS‐E‐10‐03A“Testting” ガイドラインによるGeneric 加振レベル

結果
破損無し
応答関数に変化無し

要素

現状

衛星システムシステム設計・成熟した技術を用いた成立性が高い
衛星システムの検討

課題 / 補足

衛星システム・技術成熟度の高い電源系サブシステ
電源系サブシステム
ムの検討(TRL8‐9)
衛星システム
信号処理系

・技術成熟度の高い基本信号処理系サ ASTRO‐H 等で開発中
ブシステムの検討
圧縮を行う場合には、(TRL3 TRL7@phaseA)
FPGA の導入が不可欠
・データ圧縮／圧縮を行う場合に必要な信号処理能力の検討

衛星システム・技術成熟度の高い基本通信系サブシ
通信系サブシステム
ステムの検討 S/X バンド (TRL8‐9)
・Ka バンドによる通信系の検討

Kaバンド地上局の検討

ASTRO‐H 恒星センサ
衛星システム・技術成熟度の高い姿勢系サブシステ
姿勢制御系サブシステム
ムの検討(TRL9、恒星センサTRL6)
・焦点面ガイド
ガイド制御系検討
サイエンス検出器部分読出によるガイド

衛星システム・技術成熟度の高い推進系サブシステ
二次推進系サブシステム
ムの検討(TRL9)

要素

現状

課題 / 補足

衛星システム・簡易構造解析を実施
構造系サブシステム
衛星システム
熱制御系サブシステム

・技術成熟度の高い熱制御系サブシス
テムの検討(TRL9)

ミッション部含む熱解析との整合性

現在進行中● 成立性の高い主鏡保持機構の検討これまでの検討で成立の可能性が高いクランプ式接合部のより精度の高い解析● 宇宙用低温モータ試験

日本の天文学大型計画におけるWISH の位置づけ

TMT

すばる
近赤外広視野深撮像（高赤方偏移へ）

強い親和性
相補性

あかり

大口径
高解像度
高感度

WISH

Feasibility Matching（例） z=11‐12 の銀河を WISH で見つけて TMT で分光する。
WISH 撮像 Ultra Deep Survey(100deg2, 28AB, 1‐4um 各バンド 10‐20時間積分)
近赤外多色測光により、z~11‐12 銀河を同定● z=11‐12 銀河に期待される光度 ~26.5AB等級 ~27AB等級期待される検出個数~5個/平方度 ~20個/平方度（z=6‐8 の光度進化を外挿）
TMT IRIS 分光感度0.1” aperture AO 観測
連続光 H‐band 5時間積分 S/N= 2‐326‐27 AB （R~4000 波長単位）
Wright et l. 20100.1” aperture / point source0.05”/pix （最も粗い）
夜光平均背景光WISH 計画・まとめ● 口径 1.5mの光学望遠鏡 100Kに冷却● ~ 850 平方分角の広視野カメラ
近赤外線（波長1‐5μm）の「宇宙のすばる Suprime Cam」
● 広視野サーベイに特化した運用● 十分なサンプリング(0.155”/18μm pix  1.5μm 回折限界に最適化）● 望遠鏡 ~ 80‐100K, 検出器 ~40‐50K の低温
機械式冷凍機を使わず冷却 SE‐L2軌道 HIIA
● シンプルな構造、現在利用可能な技術