可視赤外線観測技術WS2017

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CIB観測ロケット実験CIBER-2〜プロジェクトの現状と機械環境試験〜
児島智哉
松浦 周二, 佐野 圭, 瀧本 幸司, 太田 涼
岩崎 稔広, 壇林 健太, 山田 康博 (関西学院大)高橋 葵(総研大), 津村 耕司(東北大), 他CIBER-2チーム

Outline1. CIBER-2概要
2. 装置開発分担
3. 機械環境試験
4. まとめ1可視赤外線観測技術WS2017

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1. CIBER-2 概要 〜CIB観測結果〜
CIBER Spectral Measurement of NIREBL

13(5’-20’ scale) [nW m-2 sr-1]

100

λ-2

DIRBE (Levenson 07)
DIRBE (Sano 15)
IRTS (Matsumoto 15)
AKARI (Tsumura 13)
Pioneer10/11 (Matsuoka 11)
HST (Bernstein 07)
Dark cloud (Mattila 11)

Kelsall ZL model
Wright ZL model
Minimum EBL
IGL in 0.8-1.0 µm-1

Surface brightness λI [nW m sr ]宇宙赤外線背景放射(CIB)スペクトルと揺らぎの観測結果

超過100.4

0.60.8

1
Wavelength [µm]

超過成分

234

Matsuura et.al. 2017

CIBER

IHLモデルCIBERCIBER-2
EoRモデル[μm]

EoRモデル：再電離期 (EoR) の初代天体によるLyman-αの寄与か？

BL spectrum. Our nominal EBL result with the combined data from the two flights assumingd circles) is compared with previous results by COBE (29; 45; 46, filled & open squares), IRTS
IHLモデル：近傍銀河のハローの星の積算光(IntraHaloLight)
か？
RI (55, open triangles) in
the near-infrared, and by Pioneer10/11 (35, opendiamonds),
HST (5,可視赤外線観測技術WS2017

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1. CIBER-2 概要 〜観測装置〜
ロケット外壁、ドアからの望遠鏡への迷光を防ぐ。
Pop-up Baffle
ドアの開閉と連動。

LN2タンクを取り囲むようにGFRPプレート 12枚のプレートを設置。

観測装置への熱の流入を防ぐ。

Shutter Door
観測時に自動展開。

望遠鏡

撮像分光光学系 3つの光学系モジュールを有し、分光観測と合計6バンドでの撮像観測を同時に行う。

Star Tracker
観測時に複数の恒星の方向を測定。
ロケットの姿勢制御システムと同期し指向安定精度を上げる。

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1. CIBER-2 概要 〜観測装置〜
撮像分光装置CIBER-2望遠鏡
種類：リッチークレチアン式 F/3.21
材質：RSA6061-T6
熱歪みを避けるため全アルミ製
サイズ：主鏡285mmΦ、副鏡110Φ
構造：ベースプレートの歪みを吸収するために、フレクシャで主鏡を支持。

・3つの光学系モジュールによる合計6バンドでの撮像、分光同時観測・2.3 2.3度の広視野を確保するために非球面レンズを多数採用
   

フレクシャ
ベースプレート





HgCdTe検出器:
Hawaii-2RG (2K 2K)




 

LVF

LVF

LVF







可視赤外線観測技術WS2017

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2. 装置開発分担
日本(関西学院大学、東北大学、JAXA)・・・光学系全般の開発
アメリカ(カルテク、RIT)・・・検出器、ロケット搭載
韓国(KASI)・・・地上系
台湾(ASIAA)・・・レンズ筺筒製作、フィルター製作
光学系開発の進捗状況
設計

製作

冷却試験

振動試験

BBM望遠鏡Partially Complete

FM望遠鏡

Designed

レンズ光学系
2016年11月30日2016年12月19〜30日
2017年9月7日
2017年11月1日

Fully Complete

BBM望遠鏡振動試験̲1度目
BBM望遠鏡冷却試験
観測装置全体系(ダミーマスモデル)振動試験
BBM望遠鏡振動試験̲再チャレンジ

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P-23. 機械環境試験 〜BBM望遠鏡QT振動試験̲1回目〜

1010

調和振動(鉛直方向のみ)

110.1
0.1
1010100100
振動数[Hz]
周波数[Hz]

加振方向
加振方向

1000
10002/Hz]
パワースペクトル密度[G
パワースペクトル密度[G2/Hz]

ロケット搭載要求レベル

加速度[G]
加速度[G]

目的：望遠鏡にロケット搭載要求レベルの振動(右図)を加え、以下の2項目を確認する。
①機械的変形が生じないこと。
②振動前後の光学測定で結像性能の劣化が起こらないこと。

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ランダム振動(鉛直、水平方向それぞれについて)

0.1
0.1

0.01
0.01
1010

100100振動数[Hz]
周波数[Hz]

10001000可視赤外線観測技術WS2017

P-23. 機械環境試験 〜BBM望遠鏡QT振動試験̲1回目〜

結果：275Hz付近の主鏡の共振によって主鏡とベースプレート間のフレクシャに永久ひずみが生じ、結像性能が劣化。再試験が必要。
鉛直方向への調和振動結果

275Hz̲共振モード
1000

制御センサー_Z加速度測定値
ロケット搭載要求レベル
主鏡センサー_Z加速度測定値

加速度[G]

100

1010.110100

周波数[Hz]1000

可視赤外線観測技術WS2017

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3. 機械環境試験 〜BBM望遠鏡QT試験̲2回目〜
1回目の振動試験との変更点：
調和振動試験は実施せず、ランダム加振のみ試験を実施。
鉛直方向へのランダム振動結果
1000

1回目_主鏡センサー_Z方向
2回目_主鏡センサー_Z方向

100

加速度応答倍率[G/G]

552 @ 273 Hz
116 @ 274 Hz
1回目の振動試験と比較して、主鏡の加速度の応答倍率が約5倍に増加。

1010.10.0110100

周波数[Hz]1000

QTレベルでの加振は断念。
再試験が必要。

可視赤外線観測技術WS2017

3. 機械環境試験 〜BBM望遠鏡QT試験̲2回目〜

原因：望遠鏡組み立て時のボルトの締め付け方で応答倍率は大幅に変わりうる。

主鏡の共振を抑えるための対策を検討
・変位の大きな面に振動吸収シートを取り付ける？
-歪みのエネルギーを熱に変えて逃す。
・櫛状の金属板を噛み合わせた状態で取り付ける？
-こすれる際の摩擦でエネルギーを逃す。
フレクシャの剛性を高めることも検討
・フレクシャのくびれ部分を太らせるorフレクシャの代わりにアルミブロックを採用？
-アルミブロックを試作して望遠鏡に組み込み、結像性能への影響を実測する必要あり。

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4. 機械環境試験 〜観測装置全体系〜
目的：各光学系モジュールや望遠鏡部分への加速度の応答倍率を調べる。
鉛直方向ランダム加振結果
100

加速度応答倍率[G/G]
振動伝達率 [G/G]Z方向測定値ー ベースプレート̲測定値
ー シミュレーション値
Z方向シミュレーション値

BBM望遠鏡101

レンズ光学系
ダミーマスモデル

0.1

0.01
110

周波数 [Hz]

100

1000

GFRPプレート・振動によりG10プレートやレンズ光学系のボルトが緩んだ
FMにはネジロックが必要

加振面
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4. まとめBBM望遠鏡と観測装置全体系の振動試験を行った。
全体系の試験結果は概ねシミュレーション通りとなった。
BBM望遠鏡では主鏡の共振によってフレクシャの降伏や滑りが生じ、設計の変更が必要となった。
今後の予定
2017年内・BBM望遠鏡の設計を変更し、振動試験を実施。(於 日本)
・FM望遠鏡製作&性能評価試験の実施。(於 日本)
2018年以降
・FM望遠鏡とレンズ光学系を組み合わせた全体系での光学試験の実施。(於 カルテク)
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ご静聴ありがとうございました

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