一番星へ行こう!

日本の金星探査機の挑戦 その18

～あかつきの新たな旅立ち～/山田，廣瀬71

一番星へ行こう！
日本の金星探査機の挑戦 その18
～あかつきの新たな旅立ち～
山田 学 ，廣瀬 史子
11（要旨）太陽公転軌道を航行中の「あかつき」探査機は，2011 年 11 月に姿勢制御用のエンジンを用いて軌道制御を実施し，2015 年 11 月に金星へ会合する新しい軌道に入った．

1. はじめに2010 年 12 月 7 日，金星探査機「あかつき」は金星上再会合へ向けての軌道変更について報告する．

2. 金星周回軌道再投入に向けて空数百 km を通過した．金星周回軌道に入るべく，「あかつき」は軌道制御エンジン（OME : Orbit Maneuver「あかつき」の軌道投入失敗の原因は，燃料を押しEngine）の噴射を実施したものの，途中でトラブルを出すための高圧ガスのバルブの動作不良であり，これ生じてしまい，十分なブレーキをかけられぬままエンを引き金に，十分な燃料が供給されなくなった OMEジンを停止．金星重力圏を通過してしまった．日本にが想定外の燃焼状態となり，OME に何らかの異常がとって初めての惑星周回軌道投入運用であり，周回軌発生したものと推定された [2]．

道投入の成功を最優先としたため，このとき全ての観2011 年 6 月末に出された報告 [3] には，OME にどの測機器は電源を落としていた．観測カメラの眼下に念ような異常が起きたのか推定するため実施された地

願の金星の硫酸の雲が広がっていたであろうことを想上試験の結果と推定される OME の状態，金星周回軌像する度に，無念の思いが未だこみ上げてくる．

道へ再投入するための運用方法が示された．OME の金星周回軌道投入（VOI : Venus Orbit Insertion）失状態は「スラスタノズルの破損」である可能性が高い，敗後，「あかつき」は公転周期約 203 日，近日点距離約と報告されている．OME は燃料と酸化剤を混合燃焼

9 千万 km，遠日点距離約 1 億 1 千万 km の太陽公転軌させて推力を得る二液式のエンジンであるが，混合燃道に入った [1]．改めて金星に近づくチャンスが 2016

焼を行う燃焼器と言われる部分は健在で，ここで燃焼年末にあったが，その時の探査機・金星間距離は最接し吹き出すガスの流れを整えるスカート状の「ノズル」

近時で千数百万 km 程度の予測であった．

部分が破損している可能性が高いということである．

再度金星周回軌道への投入にチャレンジするために

図 1 はこの報告書に示された金星周回軌道への再投は，なんらかの軌道制御を実施し，会合時の探査機・入に向けた運用の流れである．先ず，破損の程度を知金星距離を近くすべきことは明白であったが，VOIるために，「あかつき」の OME を実際にわずかな時間失敗の原因が推定され，OME を再度点火することが噴射するテストを実施し，どれだけ推力がでるのか確可能かどうか，調査の結果を待たねばならなかった．

認する．OME で十分な推力がでるようであれば，打本稿では，2011 年 9 月から 11 月にかけて実施した

ち上げ当初計画していた 30 時間で金星を回る軌道へ軌道制御エンジン試験，酸化剤の投棄，2015 年金星まだ投入できる可能性が残される．一方，OME が使

1. 宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所
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えない場合でも，姿勢制御用エンジン（RCS : Reaction
Control System）を使った軌道制御で金星へ到達させ

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日本惑星科学会誌 Vol. 21, No. 1, 2012

図1： 金星周回軌道再投入にむけた運用の流れ（[3] より抜粋）．

Transfer orbit of AKATSUKI (Sun center) [2011/07/28 -- 2012/02/14]
1.5

18

Y [10 km]めの検討が開始された．損傷しているであろう OME

Akatsuki
Apocenter #3:
2012/02/14

0.5にこれ以上のダメージを与えぬため，a）
噴射時，燃焼器および周辺部分を決まった温度範囲にしておくこと，

Sun0b）通常同時に供給していた酸化剤と燃料の供給タイ∆ V #3

OME TEST #1
2011/09/07
OME TEST #2
2011/09/14-0.5

ミングを 100 ミリ秒のオーダーでずらすこと，で着火

Akatsuki∆ V #2
Pericenter #2:
2011/11/07

時の衝撃を緩和できそうであるということが地上試験∆ V #1から予測された．そこでこれを実現するための運用方

DOX
2011/10/06,12,13-1法が議論された．また，OME の状態はあくまで推測

Venus orbit

であるため，再噴射時，短時間とはいえ VOI 失敗時

Earth orbit

-1.5
-1.5

-1-0.5

軌道制御エンジンテスト

早速，7 月はじめより OME のテスト噴射運用のた

Akatsuki orbit

Akatsuki
Apocenter #2:
2011/07/28

2.1

00.511.5

8

X [10 km]

図2：「あかつき」二回目遠日点通過（2011年7月28日）から三回目遠日点通過（2012年2月14日）までの軌道図．近日点付近での軌道制御により，遠日点が金星軌道とおおよそ接するような軌道となった．に生じたのと同程度，あるいは，それ以上の姿勢外乱が生じる可能性も否定できなかった．こういったケースにおいても自律制御により「あかつき」の姿勢を保てるように，制御ロジックが調整された．
燃焼器を着火時の衝撃を緩和できる温度にするには，取り付けられているヒーターだけでは足りないた

ることは可能だが，当初計画の金星周回軌道への投入め，燃焼器が取り付けられた面を太陽に向けた状態では不可能となる．

しばらく姿勢を維持し，温度が上がったところで噴射■2012遊星人Vol21-1.indd

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73のための姿勢に変更するという方法を取ることにな

かつき」は進行方向とは逆向きに RCS を約 10 分間連続った．8 月 15 日と 9 月 2 日にこの姿勢変更のみを実施．

噴射．地上で準リアルタイムに測定していた視線方向

OME の所定の箇所が想定通りの温度になるのかを検速度は，ほぼ一定勾配をもって変化した．計画通りの証し，姿勢変更のタイミング等の調整を行った．

安定した加速が得られた．この後，11 月 10 日と 21 日

これら約 2 ヶ月あまりの準備を経て 9 月 7 日に OMEにも計画通りの軌道制御を実施し，合計で約 240 m/sのテスト噴射を実施した．「あかつき」で OME 噴射がの速度変化量となった．
「あかつき」の軌道は遠日点2 秒間行われ，「あかつき」からの電波が地球に到達し距離は約 1 億 700 万 km と小さくなり（図 2），公転周期たはずの 801 秒後，それまでと同様に「あかつき」からは約 199 日となった．の電波を臼田 64 m アンテナが捕捉し続けていた．つまり「あかつき」は姿勢を大きく乱すようなことはな

3. 新たな旅路かったようだった．しかし電波の周波数変化から推定される「あかつき」の地球から見た視線方向の速度変VOI 失敗後，「あかつき」が今後どうなるのか，確化は期待に反しほとんどなかった．搭載されている加証を持って言えることは少なかった．今回の OME テ

速度計の記録も同様に，OME の推力の小ささを示すスト噴射，RCS を使った軌道制御を無事終え，どのものであった．

ような形であれ，「2015 年 11 月末に金星に再度接近す

9 月 14 日に 5 秒の噴射を実施したが，結果は変わらる」ことは物理法則が変わらない限り確かなことになず．OME による軌道制御は断念し，図 1「案 2」の運った．
「あかつき」は，今後 7 回の近日点通過にともな用を行うことになった．

う想定外の高温環境を経験しなくてはならない．設計

2.2

酸化剤排出

二液式エンジンの OME に対し，RCS は触媒反応を寿命を越えた金星までの道のりが険しいものであることは否定できない．楽観視はできないが，やっと金星での観測を考えられるスタートラインに立ったのだ．

用いて燃料を分解させて推力を得る一液式エンジンで，2015 年にどの様な金星周回軌道に投入することが酸化剤を必要としない．今後，金星周回軌道投入も含可能なのか，いままさに検討がなされている段階であめ RCS にて制御を行う以上，残念ながら酸化剤は重る．金星再会合時の機体や観測機器の状態を踏まえたりにしかならない．この酸化剤を排出し，「あかつき」

上で，可能な軌道の中から，科学的成果と安全性を天自身の質量を減らした方が今後の軌道制御において貴秤にかけて選択することになるだろう．

重な燃料を効率的に使うことができる．そこで 10 月
前半に酸化剤を排出し，約 65 kg の軽量化を行った．

2.3

近日点軌道制御

参考文献[1] 中村正人，2011，遊・星・人

20，68．

VOI 失敗の原因となった燃料を押し出すための高[2] 宇宙航空研究開発機構プレスリリース，2010年12圧ガスのバルブは完全に閉じた状態ではなく，ゆっく

月27日，http://www.jaxa.jp/press/2010/12/20101227_

りとしたガス供給がある．実際 VOI 失敗後も RCS を短時間噴いて姿勢制御を行うことに支障はなかった．

sac_akatsuki_2.pdf[3] 宇宙航空研究開発機構プレスリリース，2011年6しかし，軌道制御に用いるとなると，RCS で長時間

月30日，http://www.jaxa.jp/press/2011/06/20110630_

連続噴射をすることで推力を得る必要があり，これは

sac_akatsuki.pdf

想定外の運用方法であった．このため軌道変更は近日点付近で三回に分けておこない，各噴射が終わる毎に上流の高圧ガスバルブを開け，燃料を押し出す圧力を回復させるという運用を行うことになった．
VOI 後二回目の近日点通過を 11 月 7 日に控えた 11
月 1 日，RCS による一回目の軌道制御を実施した．
「あ■2012遊星人Vol21-1.indd73

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