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火の鳥「はやぶさ」未来編 その16～「はやぶさ２」ミッション前半を終えて ～吉川 真 ，はやぶさ2プロジェクトチーム
1（要旨）2018 年 11 月，「はやぶさ２」のミッションは，その前半が終了した．2018 年 6 月 27 日に目的地である小惑星リュウグウに到着し，リモートセンシングによる観測は一通り終了した．また，小型ローバ
MINERVA-II1 と小型着陸機 MASCOT をリュウグウ表面に降ろすことにも成功し，これらからのデータの取得もできた．ただし，サンプルを採取するためのタッチダウンは，2019 年に延期となった．これは，リュウグウ表面の至る所に岩塊が存在しており，安全に着陸できる十分に広い場所が見つからなかったため，探査機のより高精度なナビゲーションが必要になったためである．ここでは，「はやぶさ２」の誕生の経緯からミッション前半までをまとめてみることにする．

1. はじめにズの 16 回目となる．この機に，ここまでの「はやぶさ２」ミッションについて振り返ってみることにする．

2018 年 11 月になると，怒濤のように続いていた「はやぶさ２」の運用はその余韻は残っているものの，少2. 産みの苦しみし落ち着きが戻ってきた．あたかも非常に暑かった2018 年の夏が終わって，秋の涼しさ・静けさにほっ

そもそも「はやぶさ２」が誕生することになったのは，としたかのように．

2005 年末から 2006 年にかけて「はやぶさ」が大変なト「はやぶさ２」は，2014 年 12 月 3 日に種子島宇宙セラブルに遭遇したことによる．「はやぶさ」は 2005 年ンターから打ち上げられてから 3 年半（厳密には 130211 月 26 日に小惑星イトカワに 2 回目のタッチダウン

日 ）と い う 時 間 を 経 て，2018 年 6 月 27 日 に 小 惑 星を行ったが，離陸直後に燃料漏れが発生した．そして，（162173）Ryugu（以下ではリュウグウと表記）に到着通信も途絶えるという状況に陥ったのである．通信のした．後述するように，初めて至近距離で見たリュウ方は約 7 週間後に復活したが，その後，いろいろ調べグウは我々を驚かせる形状だった．その後，リモートてみると，2 回目のタッチダウンのときに，サンプルセンシング観測を行いつつ，合計 9 回の降下運用を行を採取するときに発射されるはずだったプロジェクタ

い，結果として MINERVA-II1 の分離，MASCOT のイルが発射されていない可能性が高いということが判

分離，そしてターゲットマーカの分離に成功した．し明した．プロジェクタイルが発射されていないとサン

かし，2018 年 10 月に予定していたタッチダウンは，プルが採れていないかもしれないし，探査機そのもの

小惑星表面にあまりにもボルダー（岩塊）が多いので，も燃料漏れを起こしており，本当に地球に帰還するこ安全を期して 2019 年に延期されることになった．とも不可能かもしれない．

本稿を書いている 2018 年 11 月の時点で，「はやぶさこのような状況のもとで，2006 年，「はやぶさ」の２」は，ミッションの前半が終了したと言ってよいで再挑戦ということで「はやぶさ２」が提案されたのであろう．本稿は，「火の鳥「はやぶさ」未来編」シリーある．藤原顕先生を中心に検討が開始されたが，その1. 宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所
yoshikawa.makoto@jaxa.jp■2018遊星人Vol27-4.indd

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後は筆者が取りまとめを行うことになった．最初に提案された「はやぶさ２」は，探査機としてもミッショ

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図1：「はやぶさ２」の初期の頃の提案．「はやぶさ２」に相当する探査機（左）が先に小惑星に到着して探査を行い，後から衝突機（右）と呼ばれる探査機が到着してそのまま小惑星に衝突するというミッションである．この衝突機が実際の「はやぶさ２」のSCIの元のアイディアである．なお，この時点での検討では，「はやぶさ２」に相当する探査機の方のハイゲインアンテナは１つのみとなっている．（イラスト：池下章裕）

図2： マルコポーロミッションの想像図．大型の探査機で長い足の先にサンプルを撮る装置が付いている．表面には，着陸機（右）と小型ローバ（左）がある．この着陸機の議論が「はやぶさ２」のMASCOT に繋がった．なお，右下の白い物
体はターゲットマーカである．（イラスト：池下章裕）

ンとしてもほとんど「はやぶさ」と同じものになってには無かったミッションを行うことができる．それでい た． た だ し， 探 査 対 象 天 体 と し て は す で に 1999

も，やはりコストを削減しなければダメだというので，JU3 が選ばれていた．今ではリュウグウと呼ばれるこ

今度は，ヨーロッパやアメリカに協力を依頼しようととになった C 型の微小な地球接近天体（NEO：Nearいうことになり，「はやぶさ」のプロジェクトマネー

Earth Object）である．つまり，探査対象天体としては， ジャの川口淳一郎先生と一緒にヨーロッパで交渉した「はやぶさ２」の最初の提案からリュウグウが選ばれりアメリカで交渉したりした．しかし，協力を取り付ていたわけである．

けることはできなかった．

しかし，「はやぶさ２」の提案はなかなか了承され「はやぶさ２」の検討と平行して，ヨーロッパの研なかった．もともと「はやぶさ」の再挑戦という位置

究者とは，当初「はやぶさ Mk2」（はやぶさマーク・づけだったので，「はやぶさ」で明らかになった問題ツー）として，そして途中からは MarcoPolo（マルコポ

点を改良した探査機での再挑戦ということだったのだーロ）と改名して（図 2），日欧共同で小惑星サンプルが，これでは新規性がない，という批判があった．そリターンミッションを行うことを議論していた．こちれならば，ということで，小惑星への衝突実験も行おらは，「はやぶさ２」の次により進んだ小惑星サンプうということになり，2 機の探査機を相乗りで同時にルリターンを行うというものであったが，残念ながら打ち上げることを提案した（図 1）．片方の探査機（「はヨ ー ロ ッ パ の ミ ッ シ ョ ン と し て 選 ば れ な か っ た．

やぶさ２」に相当）が先に小惑星に到着して探査をしMarcoPolo が選ばれなかったこともあるので，ヨーロておいて，後からもう 1 機がその小惑星に衝突するとッパにはさらに「はやぶさ２」への協力を打診したが，いうミッションである．このミッションを提案すると，それも了解されることはなかった．

今度は，コストが高すぎると言われた．ロケットは共このように，「はやぶさ２」のミッション提案はま有としても，探査機が 2 機になるので確かにコストはさに八方ふさがりの状況のまま，2010 年 6 月の「はや高くなる．

ぶさ」の地球帰還を迎えることになったのである．そそれで 2 機の探査機を使うことは諦めて，１つの探の「はやぶさ」の地球帰還は，国内そして国外で大き査機でも衝突実験ができるように工夫をしたわけであな注目を集めることになり，そのために「はやぶさ２」る．これが「はやぶさ２」搭載の衝突装置である．衝の予算が認められることになった．2011 年に「はやぶ突実験の規模は小さくなってしまったが，「はやぶさ」さ２」はようやくプロジェクトとなってスタートする■2018遊星人Vol27-4.indd

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ことになった．
このように約 5 年間に渡って紆余曲折が続いたわけであるが，結果的に「はやぶさ２」にとってメリットになったこともある．それは，認められるまでに時間がかかったことにより，最初の提案にいろいろと新規なものを加えることができたことである．その１つが・太陽光圧を積極的に利用した姿勢制御（ソーラーセイルモード）
・地上局が変わっても途絶えない通信手法（アップリンクトランスファー）・DDOR に よ る 高 精 度 軌 道 決 定（DDOR=DeltaDifferential One-way Range）

すでに述べた衝突装置であり，もう１つがドイツ・フ・Ka 帯による深宇宙通信

ランスの製作による MASCOT と呼ばれる小型着陸機・光学電波複合航法による探査機・小惑星同時軌道である．これは，MarcoPolo のミッションでヨーロッ推定パ側が着陸機を検討していたことから「はやぶさ２」以上の技術は，「はやぶさ２」のための技術というもに小型着陸機を載せることになっていったのである．のではなく，今後の太陽系天体探査ミッションに役立紆余曲折も無駄ではなかった．

つものである．

3. リュウグウ到着まで

4. やはり想定外2011 年にプロジェクト化した後，急ピッチで探査2018 年 6 月半ば，だんだんとリュウグウが大きく見機の製作が行われ，2014 年 12 月 3 日の打ち上げに至えるようになり，その形があかたも“そろばんの珠”のった．ここでは探査機の製作過程については省略するような形状であることが分かってきた（図 3）．これは，が，プロジェクト化からわずか 3 年ちょっとで打ち上最初の驚きであった．まさに誰も想定していなかったげに至ったことは，この規模の探査機としては異例に形状である．このような形を英語でコマ（独楽）型（top短いということのみ述べておく．（ミッション初期のshape）と呼ぶが，このような形の小惑星があること

文献：[1-3]；「はやぶさ２」の機器についての文献：[4]）打ち上げ後，最初の 3 日間ほどでクリティカルな運用は終了し，その後，初期機能確認のための運用がなされ，2015 年 3 月からは通常の惑星間クルージング運用が始まった．そして，打ち上げからちょうど 1 年後の 2015 年 12 月 3 日に地球に接近し，スイングバイによる軌道制御を行った．その後は，探査機は太陽を 2周回ほどすることになるがその間 3 回の長期イオンエンジン運転を行った．2018 年 6 月初めにはリュウグウまで 3000 km ほどのところまで接近し，そこからは光学電波複合航法によってリュウグウへの最終接近をした．そして，6 月 27 日がリュウグウ到着ということになったのである．
約 3 年半にわたるクルージングについてもここでは詳細は省略するが，このクルージングの期間においていろいろな技術的実証を行った．項目のみ挙げると次のようになる．
・イオンエンジンによる長期間の軌道制御（のべ 1万 8 千時間余りの運転）
・地球スイングバイによる正確な軌道変更■2018遊星人Vol27-4.indd322

図3： 330〜240 kmの距離から撮影されたリュウグウ．望遠の光学航法カメラ（ONC-T）によって撮影された．画像は，拡大補間と明暗強調（明るさを2乗）を行ってある．2018年6月17日の15時（日本時間）頃と，6月18日の6時頃（日本時間）の撮影．自転の順番にa, b, c, dとなるように並べてある．
（画像クレジット：JAXA, 東京大, 高知大, 立教大, 名古屋大, 千葉工大, 明治大, 会津大, 産総研）

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自体はすでに知られていた．米国の OSIRIS-REx ミッ323

い広い領域が全く見つからないのである．

ションの探査天体である小惑星 Bennu もレーダーに

さらにリュウグウには大きさが 150 ｍもあるボルダよる観測でコマ型の形状であることが分かっていたーがある．また，直径が 300 m ほどのクレーターもあ（2018 年 11 月の時点で，Bennu の撮影がなされており，る．これらの特徴は，形がコマ型であることも合わせ確かにコマ型であることが確認された）．Bennu 以外て，リュウグウの形成過程やその後の進化を説明するにも，レーダーによる観測でいくつかの小惑星につい手がかりになるであろう．また，ここでは詳しくは述てはコマ型をしていることがわかっていた．ただし，べないが，リュウグウ表面については，到着後に「はこれらコマ型の小惑星はいずれも自転周期が短くて，やぶさ２」に搭載されているレーザ高度計（LIDAR）で2 時間から 3 時間，周期の長い Bennu でも 4 時間程度

詳細な地形を調べたり，近赤外分光計（NIRS3）で近赤である．リュウグウの自転周期は 7.6 時間であるから，外線におけるスペクトルを調べたり，中間赤外カメラ発見されているコマ型小惑星の自転周期より 2 倍から（TIR）で温度変化を調べたりしている．光学航法カメ4 倍近く長い．したがって，リュウグウについては，ラでも単に表面の写真を撮るだけでなく，フィルタを誰もコマ型を想定していなかったのである．

用いて波長帯ごとの観測も行っている．これらのデーリュウグウ表面がより詳しく見えてくると，2 つ目の想定外に直面した．それは，リュウグウの全面がボルダー（岩塊）で覆われていたということである（図 4a,b）．ボルダーで覆われているだろうということは想タを総合することで，リュウグウの素性が明らかにされるはずである．
それしても，ボルダーで覆われているということで，タッチダウンは困難であることがはっきりした．

定していたが，どこかにボルダーがない領域もあるだ
ろうというのが事前の想定だった．例えば，「はやぶさ」

5. 小惑星近傍ミッションの進捗が訪れたイトカワもボルダーで覆われていて当時は全く想定外の状況に驚いたわけだが，MUSES-C Regio2018 年 6 月 27 日にリュウグウに到着してからしば（通称「ミューゼスの海」）という幅 50 m 程度の平らならくの間は，探査機はホームポジションと呼ばれる地領域があった．しかし，リュウグウにはボルダーがな点に滞在していた．ホームポジションはリュウグウと（a）（b）

図4：（a）ホームポジション（高度20 km）からONC-Tによって撮影されたリュウグウ．2018年6月30日23 :13（日本時間）頃の撮影．中央付近に直径が300 mほどのクレーターが見られる．
（画像クレジット：JAXA, 東京大, 高知大, 立教大,名古屋大, 千葉工大, 明治大, 会津大, 産総研）

図4：（b）ホームポジション（高度20 km）からONC-Tによって撮影されたリュウグウ．2018年6月30日19 : 21（日本時間）頃の撮影．上側の極（リュウグウの南極）付近に150 mほどのボルダーが見られる．画像クレジット：JAXA, 東京大, 高知大, 立教大, 名古屋大, 千葉工大, 明治大, 会津大, 産総研）

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た．図 5 に示してある BOX-A，BOX-B，BOX-C である．
BOX-A 運用がホームポジションでの運用に対応する．
BOX-B 運用は，リュウグウからの距離は約 20km のままであるが，ホームポジションから東西南北方向に移動する運用である．そして，BOX-C 運用がホームポジションから高度を下げる運用になる．
近傍での主要な運用をまとめたものが表１である．
2018 年 11 月初めまでに，合計 9 回の降下運用と 1 回のBOX-B 運用を行った．それぞれの運用を説明すると長くなってしまうので概略のみ説明する．
1 回目の BOX-C 運用（7 月 17 〜 25 日）や中高度運用（7 月 31 日〜 8 月 2 日）では，まずは高度を 6 km ないし5 km まで下げてみる運用を行った．この 2 つの運用は，ナビゲーションの手法が異なり，BOX-C 運用はホバリング方式であるが，中高度運用の方はタッチダウン
図5： 運用におけるBOXの定義．（画像クレジット：JAXA）のときと同じ手法を用いている．
つぎに，重力計測運用（8 月 5 〜 10 日）であるが，リ地球を結ぶ線上でリュウグウから約 20 km のところ

ュウグウの重力を計測するために降下の途中から自由である．ここに“ホバリング”していたわけである．探落下状態（上昇の時は自由上昇の状態）とし，探査機の査機はリュウグウを周回はしない．これは，「はやぶさ」動きからリュウグウの重力を推定した．続く BOX-Bのときと同様である．小惑星の引力が小さいので，周運用（8 月 18 日〜 9 月 7 日）では，探査機をリュウグウ回させるよりはホバリングをする方が運用においてはの南極方向および西側の方向（夕方の方向）に移動させ適している．リュウグウの方が自転してくれるので，て，ホームポジションからとは異なる角度での観測をホバリングしていてもリュウグウ全体を観測できる．

行った．

その後，このホームポジションから離れる運用を何

そして，タッチダウンに向けてより接近する運用が度も行うことになる．分かりやすいように，探査機が始まる．タッチダウン１リハーサル１（TD1-R1，9 月

どの領域を移動するかによって名称を付けることにし10 〜 12 日）
では，40 m 以下まで降下する予定だったが，表1：「はやぶさ２」の2018年の主要な運用．

月日
1月10日
6月3日
6月3日
6月27日
7月17日～ 25日
7月31日～ 8月2日
8月5日～ 10日
8月18日～ 9月7日
9月10日～ 12日
9月19日～ 21日
9月30日～ 10月4日
10月14日～ 16日
10月23日～ 25日
10月27日〜11月5日
11月下旬〜12月下旬■2018遊星人Vol27-4.indd324

運用
第3期イオンエンジン運転開始
イオンエンジン運転終了
小惑星接近誘導開始（距離3100 km）
小惑星到着（高度20 km）
BOX-C運用（7月20日，最低高度約6 km）
中高度降下運用（8月1日，最低高度約5 km）
重力計測運用（8月7日，最低高度851 m）
BOX-B運用（高度約20 kmでのツアー観測）
タッチダウン１リハーサル１（TD1-R1）（9月12日，最低高度約600 m）
MINERVA-Ⅱ1分離運用（9月21日，最低高度約55 m）
MASCOT分離運用（10月3日，最低高度約51 m）
タッチダウン1リハーサル1A（TD1-R1-A）（10月15日，最低高度22.3 m）
タッチダウン1リハーサル3（TD1-R3）（10月25日，最低高度12 m）
BOX-C運用（11月1日，最低高度2.2 km）
合運用

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ることができ，リュウグウ表面でデータを取得することができた（図 6）．なお，これらの運用で，探査機は
高度 50 m くらいまで降下した．
ここまでの運用の結果に基づいて，タッチダウン運用について検討を行ったが，予定していた 2018 年 10月末のタッチダウンは延期することになった．これは，リュウグウがボルダーで覆われていて広い平らな場所がなく，着陸のためにはより精度を上げた探査機の航法誘導制御が必要になったからである．着陸候補地点として最もボルダーの少なそうな領域を探したところ，直径が 20 m くらいの場所は存在することは分かった
図6： MINRTVA-II1のRover-1B によって撮影されたリュウグウの表面．2018年9月23日10 : 10（日本時間）頃に再着地頃したときの画像．（画像クレジット：JAXA）（図 7）．この領域にタッチダウンするためには，着地点付近の地形をより詳細に調べるだけでなく，探査機の運用方法についても検討が必要になる．タッチダウ
ンを延期して，この検討に時間をかけることにしたのレーザ高度計の計測値に問題が生じ約 600 m まで降下である．

したところで上昇に転じた．このレーザ高度計の問題

タッチダウンは延期としたがリハーサルは継続し，についてはすぐに解決策が分かったので，MINERVA-2 回目のタッチダウンリハーサルとなるタッチダウン

II1 分離運用（9 月 19 〜 21 日）および MASCOT 分離運

１リハーサル１A（TD1-R1-A，10 月 14 〜 16 日）と 3 回用（9 月 30 日〜 10 月 4 日）を実行した．JAXA で開発し目となるタッチダウン１リハーサル 3（TD1-R3，10 月

た質量約 1 kg の 2 機の小型ローバである MINERVA-23 〜 25 日）を行った．これらのリハーサルでは，近距II1 とドイツ・フランスが開発した質量約 10 kg の着離 で 高 度 を 計 測 す る レ ー ザ・ レ ン ジ・ フ ァ イ ン ダ

陸機である MASCOT は，すべてリュウグウに着地す（LRF）の機能を確認し，さらに TD1-R3 では，ターゲ

図7： タッチダウン候補地点L08，L07，M04（左）とL08-Bと名付けられたボルダーの少ない領域（丸で示す）．赤い丸の直径は，約20 mである．写真は，タッチダウン1リハーサル1（TD1-R1）において2018年9月12日に約3 kmの高度からONC-T（望遠の光学航法カメラ）によって撮影されたものである．（画像クレジット：JAXA, 東京大, 高知大, 立教大, 名古屋大, 千葉工大,明治大, 会津大, 産総研）

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図8： ターゲットマーカが静止した位置．矢印の先の白い点がターゲットマーカ．広角の光学航法カメラ（ONC-W1）によって，2018年10月25日，11 : 47（日本時間）に撮影．このときのリュウグウ表面からの探査機の高度は約20 mである．丸で囲んだ領域は，図7で示されたL08-Bの領域である．
（画像クレジット：JAXA）

図9： 望遠の光学航法カメラ（ONC-T）によって高度約42 mからの撮影されたリュウグウ表面のようす．TD1-R1-Aの運用を行っていた2018年10月15日，22 : 40（日本時間）に撮影された．（画像クレジット：JAXA, 東京大, 高知大, 立教大,名古屋大, 千葉工大, 明治大, 会津大, 産総研）

ットマーカをタッチダウン候補地点の近くに投下することにも成功した（図 8）．これらのリハーサルでは，探査機は高度 22 m および 12 m まで降下した．最低高度付近では，ONC-T による撮影も行い，リュウグウ表面の高解像度の写真を探査機からも撮影した（図 9）．
リュウグウは，遠くから見ても近くから見ても岩塊で覆われた天体であることがわかる．
さらに，投下したターゲットマーカをきちんとカメラで捉えることができるかどうかを確認するために，2 回目となる BOX-C 運用（10 月 27 日〜 11 月 5 日）を行
い，高度約 2 km からターゲットマーカをはっきりと撮影することができた．
以上で，2018 年内に行う降下運用は終了である．

図10：リュウグウ表面にタッチダウンする「はやぶさ２」の想像
図．実際のリュウグウはこの想像図は全く異なっており，表面は大小多数の岩塊で覆われている．
（イラスト：池下章裕）

2018 年 11 月下旬から 12 月末までは，合（conjunction）の期間となり，地球から見ると探査機が太陽に重なる方向に位置することになる．この期間は安定した通信

けた準備はかなりできてきたと言える．ただし，図７が行えなくなる可能性があるので，クリティカルな運で示したように，タッチダウンの候補地点は直径が用は行わず探査機は安全な軌道に入れておく．

20 m くらいしかない．ここに正確に着陸するための運用方向を合の期間を使って検討する．実際のタッチ

6. 今後の展開ダウンを行うのは，2019 年に入ってからとなる．
まずは 1 回目のタッチダウンを成功させないといけ2018 年 11 月初めまでの運用で，タッチダウンに向■2018遊星人Vol27-4.indd326

ないわけだが（図 10），その後には，衝突装置を使っ2018/12/07

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たさらにリスクの高い実験が待っている．また，3 機
目の MINERVA-II2 の運用もある．そして，2019 年終
わりにはリュウグウから出発し，2020 年末にカプセルを地球に戻すという大仕事が待っている．地球にカプセルが戻ってくれば，いよいよ物質分析となる．まだまだ先が長いミッションであるが，現時点で，とりあえずその中間地点まではたどり着いた．
残りの半分もきちんとミッションを進めて行くとともに，これまでに得られたサイエンスおよび工学の結果を，是非，新たな研究や探査に展開していくことが重要である．

参考文献[1] 吉川真, 2012, 日本航空宇宙学会誌 60, 455.
[2] Tsuda, Y. et al., 2013, Acta Astroautica 91, 356.
[3] Yoshikawa, M. et al., 2014, Trans. JSASS Aerospace
Tech. Japan 12, ists29, Tk_29.
[4] Matsuoka, A. and Russell, C. T. (Eds.), 2018,
Hayabusa2 Revealing the Evolution of C-Type
Asteroid Ryugu, Springer.

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