日本衛星ビジネス協会 施設見学会・講演会
2019/3/1

月面上、狙った場所へ～小型月着陸実証機“SLIM”プロジェクトのご紹介～

JAXA宇宙科学研究所
宇宙機応用工学研究系 准教授
SLIM プロジェクトマネージャー
坂井真一郎
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2019/3/1【これまでの⽉⾯着陸】
 アポロ計画による有⼈機の着陸、あるいはそれに先⽴つ技術実証計画であったサーベイヤー計画での複数の無⼈機の着陸など、これまで⽉⾯には多くの無⼈・有⼈機が軟着陸してきた。
 これらはいずれも、なるべく広い範囲にわたって安全そうな領域を選び（多くは”海”といわれる平地）、そのどこかに降りる、という着陸の考え⽅を採⽤していた。
 そのため、それほど⾼い着陸精度は必要とされておらず、数km〜10数km程度の着陸精度（誤差楕円）が達成できれば、⼗分であった。
 この精度の着陸であれば、基本的には、地上から探査機の軌道決定・ナビゲーションを⾏うことで、⼗分実現することが可能であった。

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2019/3/1【これまでの月面着陸】「-月世界からの報告- Moonlight」より
http://www12.plala.or.jp/m-light/images/Atlas2/D5.jpg

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2019/3/1【これまでの⽉⾯着陸精度】
 1960〜70年代の計画については、着陸精度情報が公表されているものをリストアップした 嫦娥3,4号については、論⽂によれば、“着陸精度要求6km”とされている。
計画名

実施国

サーベヤー１号〜７号

⽶国

アポロ11号

⽶国

1969

アポロ12号

⽶国

1969

ルナ9号

ソ連

1966

（”Luna-9,13はシンプルなナビゲーション 1538kg

ルナ13号

ソ連

1966

だった”。エアバッグによるランダ軟着陸） 1620kg

ルナ20号

ソ連

1972 （”Luna-18クラッシュ地点から1.8km”）

嫦娥3号（ Chang'e 3）

中国

2013

嫦娥4号（ Chang'e 4）

中国

2018

SpaceIL Lunar Lander

イスラエル
（⺠間）

打上年 ミッション概要/着陸精度

質量

1966

995〜1968

アポロ計画のプリカーサ〜1039kg

誤差楕円 20km(down range)

司令・機械船28.8t

× 5km (cross range)

着陸船 : 15.2t

誤差楕円 13km(down range)

司令・機械船28.8t

× 5km (cross range)

着陸船 : 15.2t

⾚道付近に軟着陸（2013/12/14）
着陸精度要求6km、障害物回避機能有⽉の裏側（東経177.6度、南緯45.5度）に軟着陸(2019/1/3)。3号機と同⼀設計

2019 探査機⾃⾝がホッピングにより移動

5727kg3780kg3780kg600kg
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2019/3/1【かぐや・LROの成果】
 ところが、近年、⽉⾯着陸に求められるものが⼤きく変わりつつある。
 きっかけは、JAXAが2007年に打ち上げた⽉周回衛星「かぐや」、NASAが2009年に打ち上げた⽉周回衛星「ルナ・リコネ
サンス・オービター（LRO）」により、⾼分解能の⽉⾯観測データが⼤量に得られたこと。その分解能は、例えば最⾼50cmなど。
 これにより、⽉⾯に関する詳細な地形情報が得られており、また組成についての⼿がかりも⾶躍的に増⼤している。
 そのため、それ以降の⽉科学の関⼼は、「⽉⾯上のどこか」よりもむしろ、「あのクレータの隣のあの岩⽯」にフォーカスするようになってきている。
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2019/3/1【今後の⽉探査に求められるもの】
 これらの例が⽰すとおり、今後の⽉探査の対象は、極めて狭い、特定された領域に絞られつつある。
 これらの領域は、例えば⽐較的新しいクレータの近くなどにあることも多い。この場合、付近の地形は、従来の⽉⾯着陸機が降りてきた“海”などと⽐べて複雑で、岩⽯なども多く分布することが典型的。
 従って今後、科学探査のための⽉⾯着陸においては、科学的に関⼼のある特定地点の付近にある、限られた安全領域（平坦で岩⽯分布の少ない領域）を狙って、着陸する必要がある。
 すなわち、新たに「ピンポイント着陸」の技術が必須となる。
 必要な着陸精度に明確な基準はないが、様々な地形等を俯瞰すると、およそ100m級の精度が必要と考えている。
© NASA© NASA/ LRO/ LRO

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2019/3/1【SLIMプロジェクトの成り⽴ち】 宇宙研におけるプロジェクトの⼤部分は、「公募」により研究コミュニティからの提案を募り、国内の⼤学や研究機関に所属する研究者からなる委員会による競争的な選定プロセス、JAXAによる審査等を経て、発⾜してきている。
 SLIMの源流は、「かぐや」（SELENE）の後継プロジェクトとして検討・提案された、SELENE-B計画に遡ることができる（2005年頃）。
 その後、SELENE-B提案を“スリム化”し、⼩型探査機による技術実証ミッションとしての「SLIM」検討が開始されている。
 2012年2⽉、JAXA宇宙科学研究所が公募した「イプシロン搭載⼩型計画」に対し、「⼩型⽉着陸実証機（SLIM）計画」を提案した。
 2016年4⽉、JAXAプロジェクトとして活動を開始した。

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2019/3/1【SLIMプロジェクトの計画概要】
 以下の２つを⼤きな⽬的としたプロジェクト
1. ⼩型の探査機にて、⽉への⾼精度着陸技術の実証を⽬指す
⽬標着陸精度は100mオーダー
2. 従来と⽐較して、⼤幅に軽量な⽉惑星探査機システムを実現し、着陸後の⽉⾯活動の実証実験を含めて実施することで、⽉惑星探査の⾼頻度化に貢献する
 2021年度打上を予定。打上⼿段はH-IIAロケット、別の宇宙研プロジェクト（X線分光撮像衛星XRISM）との相乗り打上。
 XRISM分離後、⻑楕円軌道に投⼊された後、⾃⾝の推進系により⽉遷移軌道、⽉周回軌道へと遷移して、着陸降下を⾏う。
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2019/3/1【SLIM探査機の概要】
 推薬を除いたドライ質量は約200kgであり、従来の⽉着陸機と⽐べて⼩型・軽量。
 推薬を含む打上時質量は約700kg。打上質量の約3/4が推薬であり、これを反映した構造となっている（ロケットに近い）
燃料・酸化剤⼀体型タンク

着陸レーダアンテナ
着陸脚+衝撃吸収材

メインスラスタ (2本)

補助スラスタ (12本)9日本衛星ビジネス協会 施設見学会・講演会
2019/3/1【 “ピンポイント着陸”へ向けて 1／4 】
 「100m級ピンポイント着陸」を実現は、なぜ難しいのか︖
1. 軌道決定・予測精度の限界
 地上から電波により着陸機の軌道を決定する⽅法では、特に瞬時の位置決定やその先の予測が難しく、数100m程度の誤差が⽣じてしまう。
 ⽉⾯画像と⽉緯度・経度情報の間にも不整合がある
2. “⼤きな”⽉重⼒による、スピーディーな着陸降下の必要性
 ⽉の重⼒は地球の1/6だが、例えば「リュウグウ」のような⼩惑星等と⽐べれば圧倒的に⼤きく、降下を開始
したら“⼀気に” 着陸する必要がある（例えば20分） 。
 「ピンポイント着陸」のための補正を、全て地上から⾏うことは難しい（間に合わない）。
10日本衛星ビジネス協会 施設見学会・講演会
2019/3/1【 “ピンポイント着陸”へ向けて 2／4 】
必要なものは、「月面画像に基づく航法」と、「探査機自身による自律的な誘導制御」
要所で⽉⾯を撮像、その画像から計算機が瞬時に、探査機の正確な位置を検知する（画像照合航法）

画像照合航法の結果に基づき、時々刻々、軌道を修正しながら⽬標地点に迫っていく（⾃律的な誘導制御）

11日本衛星ビジネス協会 施設見学会・講演会
2019/3/1【 “ピンポイント着陸”へ向けて 3／4 】
画像照合航法の概要
1. 撮影した画像を処理し、「どこがクレータか」を抽出する（クレータ抽出）

2. ありえる探査機位置を包含する広い領域の地図から、抽出されたクレータパターンと一致する場所を特定する（クレータマッチング）
12日本衛星ビジネス協会 施設見学会・講演会
2019/3/1【 “ピンポイント着陸”へ向けて 4／4 】
 「画像照合航法」実現にあたっては、処理時間が重要な観点
 現状の宇宙⽤CPUは、地上⽤と⽐べておよそ1/100程度の能⼒
 宇宙⽤FPGA上でも数秒の処理時間で済む画像処理アルゴリズムを⻑年開発しており、実現の⽬処が得られている。
人が持っているカメラがとらえた画像「画像照合」により特定された、カメラ撮像位置

2018年 JAXA宇宙科学研究所
特別公開におけるデモンストレーション

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2019/3/1【⼩型・軽量化のために】
電源系：軽量な「SUSラミネートバッテリ」と「薄膜太陽電池セル」を採用

着陸脚: 関節方式ではなく、「ポーラス金属」が潰れることで、着地時のエネルギーを吸収する方式

メインエンジン：高効率で推力可変な「セラミックスラスタ」を採用

なお、酸化剤・燃料一体型タンクを主構造とする構造様式も、軽量化に大きく貢献している

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2019/3/1【⽉⾯着陸後の科学観測と着陸⽬標地点】

 着陸成功後は、「分光カメラ」により、⽉マントル由来と考えられる物質の成分分析を⾏う予定（⽉起源解明が狙い）
 そのためには、特定クレータ近傍への着陸が必要 ＝ピンポイント着陸により初めて可能となる観測 この観測に適し、かつ着陸技術実証に適した地点（“神酒の海”近傍）を着陸⽬標地点として選定した

13.3, 25.2

SLIM着陸地点
上: 月全体における位置
下：拡大図13.3, 25.2

出典:NASA/LRO
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2019/3/1【傾斜地への着陸のために】
 この地点は、⽉内部のマントル由来の物質が露出している可能性があることから選定されており、すなわち、クレータの近くに位置している。
 そのため、付近⼀帯は斜度15[deg]程度の傾斜地となっている。
 従って、⼩型軽量な機体で、このような傾斜地に安全に着陸することがが、重要となる。
 科学・探査⽬的の⾼度化に伴い、今後はこのような地形への着陸が⼀般に求められるようになると考えている。

出典:JAXA/かぐや日本衛星ビジネス協会 施設見学会・講演会
2019/3/1【２段階着陸⽅式】
 着陸シミュレーション等による検討を重ねた結果、SLIM規模の機体の場合、「２段階着陸⽅式」が耐転倒性に優れることが明らかになりつつある。
(1)ホバリング(2) 姿勢前傾

出典:JAXA/かぐや(3) 主脚接地(4) 前補助脚接地(5) 姿勢静定

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2019/3/1【まとめ 〜SLIMが拓く世界】
 現在、国際協⼒による宇宙探査のシナリオが検討されており、国際ミッションである⽉近傍有⼈拠点（Gateway）計画への参加、⽉極域での⽔資源探査、⽉離着陸実証機（HERACLES）などが検討されている。これらの活動は、昨年末に改訂された宇宙基本計画⼯程表にも取り込まれている。
 例えば、⽉極域での⽔資源探査のためには、永久⽇照地域への着陸が必要となるが、このようなエリアは⾼々100m程度の広さしかなく、ピンポイント着陸技術が必須となる。
 従って、SLIMはこれらミッションに対する重要なプリカーサと位置づけられている。

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2019/3/1【まとめ 〜SLIMが拓く世界】
 実際、今後の⽉着陸機計画の中には、ピンポント着陸に⾔及するものが現れ始めている。
 すなわち、SLIMが実証する技術は、実際に将来に繋がるもの
計画名実施国打上年 ミッション概要/着陸精度

嫦娥3号（ Chang'e 3）

中国

2013

嫦娥4号（ Chang'e 4）

中国

2018

SpaceIL Lunar Lander

イスラエル（⺠間）⾚道付近に軟着陸（2013/12/14）
着陸精度要求6km、障害物回避機能有⽉の裏側（東経177.6度、南緯45.5度）に軟着陸(2019/1/3)。3号機と同⼀設計

質量3780kg3780kg2019 探査機⾃⾝がホッピングにより移動600kg

嫦娥5号（ Chang'e 5）

中国

2019 サンプルリターン

8200kgChandrayaan-2

インド

2019 着陸精度 : 30km x 15km （誤差楕円）3290kgAstrobotic Peregrine Lander
ルナ25号（Luna Grob Lander）
iSpace Lunar Lander M2ルナ27号（Luna Resurs Lander）
Astrobotic Griffin Lander

⽶国
（⺠間）
ロシア
⽇本
（⺠間）
ロシア
⽶国（⺠間）

2020

着陸精度：24km x 6km (誤差楕円), M1
着陸精度：100m（2号機以降？）

2021 南極近傍のBoguslavskyクレータに着陸
2021

1283kg
1750kg

⽉⾯への輸送システムデモ、輸送したローバによる⽉⾯⾛⾏。

2023 極域着陸?

(Peregrine Landerの⼤型版）

19日本衛星ビジネス協会 施設見学会・講演会
2019/3/1【まとめ 〜SLIMが拓く世界】
 SLIMは多くの新規技術開発の上になりたっており、若⼿技術者達が研鑽する場にもなっている。
 ミッション提案段階から、⼤学との共同研究によって進められており、現在でも協⼒を頂いて開発を進めている。
 「研究開発要素の多いプロジェクトをどう確実に進めるか」という１つの実例としても、重要と考えている。

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日本衛星ビジネス協会 施設見学会・講演会「降りやすいところに降りる」から
2019/3/1「降りたいところに降りる」時代へ応援をお願いします21