重力波対応Ｘ線突発天体探査超小型衛星計画
Kanazawa-SAT3の現状と超小型衛星飛翔機会状況について

澤野達哉（金沢大学）
米徳大輔（金沢大学），三原建弘（RIKEN），有元誠，佐野圭，加川保昭，宮尾耕河，渡辺彰汰，キムソンヨン，荻野直樹，佐藤大地，橘建志（金沢大学）
2020/3/3

高宇連博士論文発表会・研究会20201

超小型衛星計画Kanazawa-SAT3連星中性子星合体の重力波と同期した短時間ガンマ線バーストの観測で• 相対論的ジェットの駆動機構や構造の観測的制限• 可視・赤外線での早期追観測実現によるキロノバ現象の多様性理解といった重力波天文学の重要課題の解明に貢献する
この実現のために広視野でＸ線突発天体を撮像して発生時刻と方向を速報する
タイムリーな観測を目指し2022年頃の打ち上げを目指す（後述）
LVC 2017
Ioka&Nakamura 20192020/3/3

高宇連博士論文発表会・研究会20202

広視野Ｘ線撮像検出器T-LEX
目標設計・性能 ⇒ X線帯域でSwift/BATと同等感度

1次元符号化マスク

視野 (full coded)> 1 sr

位置決定精度~ 15 arcmin

エネルギーレンジ2 - 20 keV

検出器面積

100 cm2 フライトモデルでの測定

符号化マスク開口率

0.2

時間分解能

< 10 ms

符号化マスクとシリコン検出器のフライトモデル（FM）

シリコンストリップ検出器（SSD）
300 μm ピッチ, 1基板あたり256チャネル
X/Yトータルで1024チャネル
2020/3/3

150 mm

高宇連博士論文発表会・研究会20203

FM評価①：高エネルギー側の検出効率
シリコンウエハ厚の設計値 500 μmを検証するため密封線源で検出効率を測定

恒温槽
-10℃
57Co, 109Cd(arb. unit)

SSD
逆電圧200 V

T-LEX

Preliminary

109Cd のスペクトルの例

22.1 keV

25.0 keV

実験で求めたシリコン厚 (503 ± 9) μm
設計値と誤差の範囲で一致
シリコンセンサーは完全空乏している
2020/3/3(arb. unit)
高宇連博士論文発表会・研究会20204FM評価②：トリガー回路エネルギー較正
LDの定義：ELD (keV)のX線信号のトリガー効率が50%となる
トリガー閾値電圧を設定したときLDがELD keVとする
1024チャネルのSSDのベースライン電圧を読み出しASIC内部のDACで調整

トリガー閾値電圧（可変）ベースライン電圧（可変）ベースライン電圧とトリガー効率の例

Ｘ線計数の一様性確認の例

入力：3.4 keV相当のテスト電荷

入力：Ca Kα 3.7 keVのＸ線を全面照射

トリガー効率LD = 3.4 keV

2020/3/3

トリガー効率50%
RMS ～ 4% for 1 ASIC
LD = 3.4 keVの最適設定電圧

hot channels

ベースライン電圧 [mV]
高宇連博士論文発表会・研究会2020

5FM評価③：LDの決定と検出効率
回路ノイズをトリガーしないようにLDは充分高く設定する必要がある

Preliminary

good channel を以下のように定義：
回路ノイズのトリガーレートが< 0.1 Hz/ch
宇宙背景Ｘ線放射の検出Ｘ線数の0.3倍以下
256 chあたり5%以下のロスをLDに要求
トリガー閾値に対するgoodチャネル数
ガンマ線バースト検出感度への影響
Epeak < 10 keVのGRBでph/cm2/sでfactor 2程度# of good channels

100% good< 5% loss

LD = 4 keVPreliminary
2020/3/3

高宇連博士論文発表会・研究会2020

6

衛星バス系の開発進捗
2019年3,7月 FM構体パネル製造
2019年10月 パネル&機器の組立て試験
2020年1月 FMハーネス製造
2020年2月 ハーネス&パネル&機器の組立て試験

今後の課題• バス系ソフトウェア開発• 電源系・通信系コンポーネント試験• FMコンポーネント同士のかみ合わせ
ガンマ線検出器KGD

Ｘ線撮像検出器T-LEX
2020/3/3

高宇連博士論文発表会・研究会20207国内での超小型衛星の飛翔機会①
1. H-IIAロケット相乗り（H3ロケットも同じ）• JAXAによる打上げ機会提供の公募制度（2006年度～2017年）
2018年10月打ち上げのGOSAT-2（いぶき2号）が最後（2017年1月27日公募〆切）• 2019年12月に民間企業（Space BD社）に業務移管
無償打ち上げ機会はなくなった☞宇宙研の小規模計画の公募対象が拡張し対象のひとつに（国際協同研究縛りの緩和）
小規模計画の公募要件（要約）
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2020/02/04小規模計画説明会資料 改変

2億円以下
検討・設計・開発はコンパラな外部資金等を獲得して実施すること
1～５年の実施期間（運用・観測含めて）
親プロジェクトがある場合の実現性⇒超小型衛星は関係薄い
提案母体が理学委員会等のメンバーを代表とするグループ
当然ながら科学目的・目標の妥当性などの観点で審査される

2020/3/3

高宇連博士論文発表会・研究会20208国内での超小型衛星の飛翔機会②
2. イプシロンロケット相乗り• 「革新的衛星技術実証プログラム」の公募（無償）
革新的衛星技術実証衛星○○号機（JAXA）に相乗り
2年毎の公募（4号機まで）

http://www.kenkai.jaxa.jp/research/innovative/innovative.html
2020/3/3

高宇連博士論文発表会・研究会20209革新的衛星技術実証プログラムの目的
http://www.kenkai.jaxa.jp/kakushin/news/data/kakushin3_guide.pdf『革新的衛星技術実証プログラムに係る実証テーマの募集案内（革新的衛星技術実証 3 号機）』

[A] 衛星のキー技術の宇宙実証により、宇宙分野を支える技術基盤・産業基盤の持続的な維持・発展、衛星産業の国際競争力の獲得・強化に繋げる。
[B] 新規の民間企業等参入のため、定期的な相乗り打ち上げ機会の確保によってハードルを下げることで、宇宙利用拡大を促進する。これにより新規参入する民間企業等との相互利用・連携が進み、新たなイノベーション創出にも繋がる。
[C] チャレンジングかつハイリスクな衛星技術／ミッションの開発・実証できる機会を確保することで、宇宙産業のベンチャービジネス促進や宇宙分野における、より優秀な人材の育成を図る。
[D] 官民で活用可能な、フレキシブルな衛星開発手法、革新的なミッション技術を早いサイクルで宇宙実証し、挑戦的ミッション／システムの搭載を通じて 政府衛星・政府関連衛星の短期開発・低コスト化と高度化、産業界の競争力強化に繋げる。
上記のいずれかに当てはまる必要がある
国内の宇宙産業発展に資する計画を重視しているように思われる
大学衛星でも[C]の人材育成を主題に応募は可能らしい
2020/3/3

高宇連博士論文発表会・研究会202010公募関連スケジュール
H-IIA相乗りルート 次の小規模計画に応募
応募〆切：2020年3月31日
第1段階選定：2020年7月中旬
主衛星のスケジュールは未公表（XRISMと相乗り？）
イプシロン相乗りルート 革新的衛星技術実証３号機の相乗りに応募
応募〆切：2020年3月16日
選定テーマ発表： 2020年5月29日
衛星受け渡し2022年5月中旬

両方応募する場合の技術的インパクト• イプシロンの方が振動条件が厳しい（らしい）• 衛星分離の機械的I/Fが異なるので衛星構体パネルの一部改修が必要
2020/3/3

高宇連博士論文発表会・研究会202011まとめと今後
Kanazawa-SAT3• FM Ｘ線撮像検出器T-LEXの検出効率(on-axis)を評価した
最終的なエネルギーレンジは 4 – 20 keV程度• 衛星バス系はFMパネル・ハーネスを製造・組み立て試験実施• 約1年後の総合試験開始、2年半後頃の打ち上げを目指す
超小型衛星（50-kg class）打ち上げ飛翔機会• H-IIA相乗りは有償化につき小規模計画への応募が事実上必須• イプシロン相乗りも宇宙産業への貢献をテーマに応募は可能

2020/3/3

高宇連博士論文発表会・研究会202012