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日本惑星科学会誌 Vol. 25, No. 2, 2016

一番星へ行こう！
日本の金星探査機の挑戦 その27
～金星の新しい姿をとらえる「あかつき」IR2，本格始動！～
佐藤 毅彦 ，中村 正人 ，上野 宗孝 ，上水 和典 ，鈴木 睦 ，
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15
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6
今村 剛 ，山崎 敦 ，山田 学 ，佐藤 隆雄 ，笠羽 康正 ，
7
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はしもと じょーじ ，木股 雅章 ，吉田 誠至
1,2

1

3

41（要旨）2015 年 12 月 7 日の金星周回軌道入り以来，IR2 カメラによる金星観測は順風満帆というわけではなかった．三ヶ月に及ぶ長い苦労の時期を乗り越えて，2016 年 3 月からはいよいよ本格的に金星撮像データを取得できるようになった．
です．金星の輝面が細くなり夜面が大きく見える位置に「 あ か つ き 」が く る と，IR2 の 波 長 1.735, 2.26, 2.32

1. はじめにμm フィルターの出番です．いわゆる金星大気の「窓」
3 月に発行の本誌（第 25 巻 第 1 号）に掲載された「そ[3] を利用し，雲層下の高温大気が発する熱放射を背の 26」[1] では，「あかつき」が金星周回軌道に入ってす景とした雲のシルエットを撮像し，中下層大気のダイ

ぐに 4 台のカメラが撮影した金星ファーストライト画

ナミクスを調べるわけです．このとき大きな障壁とな像が紹介されています．その中で，IR2 だけが他よりるのが「太陽からの熱入射」です．夜面の割合が大き

4 日遅れで金星を撮像した理由を述べました．IR2 は

いほど太陽と金星との見かけの離角は小さくなり，カ一段スターリング冷凍機（住友重機械工業製）を使ってメラ開口部のある面（探査機－ X 面）へ日光が正面近PtSi 検出素子（三菱電機製）を 70 K 以下にまで冷やす，くから当たります．こうなると IR2 への熱入力が大き「一手間かかる」赤外線カメラ [2] であるため装置の立くなって，必要な冷却が得にくくなります．IR2 のスち上げに時間を要するわけです．万事がこの調子で，ターリング冷凍機は 50 W パワーで運転したとき，温周回軌道に入ってからの熱環境下で必要な冷却を得る

度が 60 K の冷凍機先端から約 1.3 W の熱を奪うことのがまた大変でした，というのが今回のお話です．

ができます．逆にいえば，これを上回る熱の流入が検出器に対してあると，必要温度を保持できなくなって2. 昼よりも夜がコワい理由（わけ）しまうのですね．そして設計上，平衡状態において冷凍機が奪う熱の 9 割ほどがフィルターホイールを含むオバケが出るから，ではありません．熱環境のこと光学系（ニコン製）からやってくることになっています

であり，金星夜面の観測は苦労の連続だったという話[2] から，開口面側からの熱入力とそれに伴う光学系の温度上昇は大問題となるわけです．

1. 宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所
2. 総合研究大学院大学・物理科学研究科・宇宙科学専攻
3. 神戸大学・大学院理学研究科・惑星科学研究センター
4. 国立天文台チリ観測所（三鷹）5. 千葉工業大学・惑星探査研究センター
6. 東北大学・大学院理学研究科・地球物理学専攻
7. 岡山大学・大学院自然科学研究科・地球生命物質科学専攻
8. 立命館大学・理工学部・機械工学科
9. 住友重機械工業株式会社・産業機器事業部 設計部
satoh@stp.isas.jaxa.jp■2016遊星人Vol25-2_製版.indd

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2016 年 1 月 15～17 日の三日間，最初の金星夜面撮像機会が訪れました．そのときの IR2 冷凍機運転パワ
ーは 35W．地球との通信時，つまり高利得アンテナ（XHGA）のある探査機＋ Z 面が地球を向いているときの光学系温度は，約 195 K でした．これが金星観測姿勢になると，10 K 以上も上昇してしまい，それに引きずられるように検出器温度も上がってしまったので

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図１

2016年1月17日、金星観測姿勢中のIR2各部温度履歴

コンプレッサ温度 (286.7 → 300.9 K)

左縦軸
参照

右縦軸参照

検出器温度 (72.6 → 77.8 K)

光学系温度(195.1 → 207.9 K)

金星観測姿勢へのマヌーバ（10:00）
最初の観測プログラム実行（10:30=時間原点）

最初の観測プログラム実行からの経過時間 [h]図1： 2016年1月17日のIR2各部温度履歴をプロットしたもので，時間（横軸）原点は金星観測姿勢へマヌーバ
して最初の観測プログラム実行時刻を原点としている．上から3本はフード，コンプレッサ，コールドヘッド温度で，太陽光入射により2時間で最高温度に達している．いちばん下の光学系はそれに引きずられて上昇を続け，真ん中の検出器温度も同様の傾向を見せている．

す（図 1）．ほぼすべての画像が熱電子でサチってしまウム）封入から 6 年以上が経過しています．金属表面

い，唯一 17 日の最初の一枚（検出器温度 72.6 K）におからわずかずつ水分が作動ガス中に放出され，このよいて，金星昼面から遠い方の夜側リムがかすかに視認うな状態になる（ある程度不可避な現象）
わけで，これできるという，だいぶ落胆させられる結果でした．
「こと仲良く共存してゆく道を探らねばなりません．

れは，もう少し運転パワーを上げなければ」と思っていた矢先，次の試練が訪れたのです．

まずは凍りつきの解消です．2 月・3 月は金星夜面の観測機会が多くありましたから，このときカメラへの熱入力が自然と増えます．それによる自然の温度上

3. コンタミとの闘い

昇に加えて，コンプレッサおよびコールドヘッドの保温用ヒータ設定を 20℃として全体を温めたのです．3

次の試練，それは 1 月 20 日の日陰が明けようとして月 10 日，その効果を確かめるときがきました．

いたときのこと．冷凍機運転が突然停止してしまったのです．正確にいえば，駆動エレキ電源は ON なので

4. そしてひと山を越してすがそれがハングしたような状態となり，消費電力は正常値よりずっと低く，運転電圧・電流・電力もゼロ

3 月 10 日の運用は、吉田（IR2 のメーカーである住となってしまう状態に陥ったのです．そのメカニズム友重機械工業の技術者）立会いのもと，冷凍機運転開についてまだ完全な理解には至っていないものの，ど始のコマンドを送信しました．すると冷凍機は，なにうも冷凍機本体の中に「水分」のコンタミのあることごともなかったかのように，起動したのです！起動のが一因となっているらしいことが分かりました．復旧

2.5 時間後には最小の実用的運転パワーである 30W へを試みた 2 月の試験で今度は，駆動エレキはコンプレ到達させました（周回入り後のファーストライト画像

ッサを動かす正弦波電流を流しているはずなのに冷却も 30W 運転での取得）．この時期は「夜面の季節からが効かない，つまり冷凍機内部で「動くべきものが動昼面の季節への移り変わり」に当たっていて，－ X 面いていない」状態が発生したのです．どうやら，原因への太陽光入射が，1 月中旬に比べれば緩和される方究明の間しばらく運転せずにおいたため，水分が凍り向です．そのため，うまくすれば 30W でも夜面の画ついてコールドヘッド内のディスプレーサをロックし像を取得できるのではないかとにらんだのです．そしてしまったらしいのです．組み立て・作動ガス（ヘリて 2016 年 3 月 13 日，最初のまともな金星夜面画像が■2016遊星人Vol25-2_製版.indd

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図２ 日本惑星科学会誌 Vol. 25, No. 2, 2016

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図３

図2： 2016年3月13日に撮影した金星夜面画像（波長2.26 μm）．
冷凍機運転の問題を解決しながら得た，夜面の実質ファーストライト画像である（運転パワー 30W）．ハイパス・フィルター処理により，模様のコントラストを強調している．

図3： 2016年3月25日に撮影した金星夜面画像（波長2.26 μm）．
赤道面近くから全球の雲の複雑な様相をとらえた画像として，これまでで最も詳細なもの（冷凍機運転パワー 40W）．
ハイパス・フィルター処理により，模様のコントラストを強調している．

得られました（図 2）．金星周回が始まってすでに 3ヶわれわれ機器チームが見られるようになります．3 月

月以上も経ちましたが，3 月 31 日に開催された「金星25 日に比較的金星近くから撮った夜面の画像，これ探査機『あかつき』試験観測中間報告に関する説明会」

は冷凍機 40W 運転を開始して最初の近傍撮像であっ[4] にはかろうじて間に合ったのでした．

たため大いに期待したところです．できれば 31 日のさて，冷凍機再始動の第一段階はこうしてうまくゆ記者説明会に滑り込みでと思っていたのですが，残念き，次にはますますの安定運用と高い冷却性能を獲得ながらそれには間に合いませんでした．3 月 25 日取得しなければなりません．そこで 3 月 15 日には再び冷凍画像がサーバ上でアクセス可能になったのは 4 月 1 日

機を OFF とし，今度は「もう少し長い時間昇温を与えの夜，それは英国オックスフォードで開催される国際る」第二段階を開始したのです．これによって水分の金星科学会議 [5] へと出発する前々日のことであり，コンタミが冷凍機内の一部に凝集するのではなく，作急遽プレゼンの中にそれを仕込んでロンドンへと旅立

動ガス全体に拡散することでトラブルを発生させにくったのです．

くなる（あるいは，性能低下までの時間を長くとれる）

4 月 4 日に始まった会議の 3 日目には「あかつき」セことを期待したわけです．ちょうど臼田局のメインテッションが設けられ，私は IR2 の報告で上に述べたよ

ナンスによる運用休みがあったためその期間も利用し，うな苦労を語ってゆきます．そして 15 分講演のいよ一週間近い保温状態としたのでした．3 月 22 日の運用いよ最後，「3 月 25 日の 1 枚（波長 2.26 μm，金星から開始前に，事前に仕込んだタイムライン・コマンドでの距離約 10 万 km）」をドーンと出したところ，まだ講

冷 凍 機 運 転 を 開 始 し， そ の 日 の う ち に 30W を 経 て演終了前でしたが満場の拍手となったのです（取材に40W 運転へと到達させることができました．これが来ていた Nature のニュース記者も，会場のこの反応また「新しい世界」を開いてくれたのです．に驚きを隠しませんでした [6]）．「あかつき」到着前にミッションを終了した欧州 Venus Express は極軌道

5. 驚くべき金星夜面の姿の上，搭載機器 VIRTIS-M[7] から得られるこの波長の観測画像は 256 × 256 画素でしたから，赤道付近から「あかつき」から地上へダウンリンクされた画像はの全球画像（直径約 500 画素）でこれほど鮮明に，複雑データ蓄積に入り，いくつかのプロセスを経たのち，な雲の様相をとらえたのは，まさに史上初なのです．

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15 年以上の苦労が報われた瞬間ですね．

6. エピローグ
いえいえ，まだまだ序の口です．冷凍機を手なずける腕は上がり，本稿執筆時には 46W で運転中です．
つまり，「あかつき」IR2 はこれからますます鮮明に金星の新しい姿をとらえ，何年もの間，世界を驚かしてゆくのです！

謝 辞
文中に述べたメーカーの他，高性能遮光フードは馬越，フィルターはフジトク（製造は Barr Associates）のお世話になりました．冷凍機のトラブルシューティ
ングは，中川貴雄（JAXA 宇宙科学研究所），佐藤洋一（JAXA 研究開発部門）の両氏に貴重なご助言を頂きました．また日々の衛星運用支援の方々には厚くお礼申し上げます．

参考文献[1] 中村正人ほか, 2016, 遊星人 25, 4.
[2] Satoh, T. et al., 2016, Earth, Planets, Space 68, 1.
[3] Allen, D. and Crawford, J., 1984, Nature 307, 222.
[4] http://www.isas.jaxa.jp/j/topics/topics/2016/0401.shtml[5] https://venus2016.uk/[6] News report by Elizabeth Gibney, 2016, Nature 532,157.
[7] Piccioni, G. et al., 2007, Nature 450, 637.

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