JAXA 2020年度宇宙探査オープンイノベーションフォーラム
2021年2月2日 15：35
発表時間：12分、質疑応答3分

近赤外分光による月氷資源探査佐伯和人（大阪大学）

イノベーションハブ研究概要（その1）
課題解決型：平成28年3月～平成30年3月「小型 2 次元イメージング分光器の開発による水氷センシング技術の研究」
大前宏和（株式会社センテンシア）、佐伯和人（大阪大学）、大嶽久志（JAXA)

株式会社センテンシア

人の見える波長可視光

イメージング分光器の見える波長
1.7 µmで見える世界

0.4 ～ 0.7 µm

近赤外光

0.9～ 1.7 µm

0.95µmで見える世界

血液の鉄分が0.95µm付近の光
ハンダゴテと台が熱で光って見える。 を吸収して血管が見える。

イノベーションハブ研究概要（その1）「小型 2 次元イメージング分光器の開発による水氷センシング技術の研究」
大前宏和（株式会社センテンシア）、佐伯和人（大阪大学）、大嶽久志（JAXA)

自動車搭載の小型結露識別カメラを開発

サイズ：163mm(d) x 99m(w) x 75mm(h)見える波長： 株式会社センテンシア
0.9 ～ 1.7 µmの内、好きな波長氷が、1.5 µm付近の光を吸収することを利用して、道路の結露した部分を見分けるカメラができた。

道路管理会社用機器として製品化検討中
食品の糖度を測るカメラも製品化検討中

イノベーションハブ研究概要（その2）「小型 2 次元イメージング分光器の開発による水氷センシング技術の研究」
大前宏和（株式会社センテンシア）、佐伯和人（大阪大学）、大嶽久志（JAXA)

真空対応、冷却ステージの開発

シリカガラス窓付きの蓋

乾燥N2ガス供給管

氷を溶かさないで観察するための装置
空気流入管
試料台

（熱電対・電熱線入）

液体窒素（-196℃）

冷却ステージの写真

銅ブロック

発泡スチロールトレイ

冷却ステージ断面略図

ところで、月で水１リットルを買ったらいくらでしょう！

5答え：水1リットル１億円
月にものを運ぶのに、1kg あたり 1億円かかります。
金 1 kg 約700万円
月に金があっても持って帰れない
月の砂からレンガをつくれば１kg １億円の価値！
月の石から酸素を取り出せば、１kg １億円の価値！
月の石には、鉄やアルミも数％以上含まれる！

結論：月の資源は、宇宙で使う！

6

永久影領域に氷があるかも？

・飲み水
・酸素の元
・燃料の元

-180℃以下

永久影のできる理由「月はぼくらの宇宙港」（新日本出版社）
より

永久影の一つ、南極のシャクルトンクレータ（直径21 km)

近赤外画像分光装置

Advanced Lunar Imaging Spectrometer (ALIS)
2023年以降打ち上げ予定の月極域氷探査の探査車に使われる予定
観測波長0.75 ～ 1.65 µｍ
ALIS

役割

氷を探す
鉱物の種類を見分ける

探査車の形はALISチームの想像です。

月の極域の凍土を再現する装置
着氷装置の写真2m

窒素パージ2m
送風口

液体窒素

液体窒素

O27/14着氷手順

4窒素パージ①水蒸気で飽和した
空気を送り込む②低温の試料を落下させる③落下サイクルを数回繰り返す

2m
送風
口

液体窒素

液体窒素

O27/14

着氷手順

4
窒素パージ

①水蒸気で飽和した
空気を送り込む②低温の試料を落下させる③落下サイクルを数回繰り返す

2m
送風
口

液体窒素

液体窒素

O27/14

着氷状態

11

着氷したカンラン石

O27

解凍・乾燥したカンラン石

数～数十ミクロンの氷の粒が鉱物表面に付着/14

月の凍土をつくって近赤外カメラで測定する様子が、NHKの番組で紹介されました。

凍土をつくる大学院生
イノベーションハブで作ったクーリングステージに凍土を入れて測定

NHK BS
コズミックフロント☆NEXT「ムーンラッシュ」
放送日：2020年1月16日
NHKビデオオンデマンドで現在も視聴可能

月開発による人類の宇宙進出に興味をもった方は、ぜひご一読ください。

新日本出版社2017年の青少年読書感想文
全国コンクール（中学生の部）課題図書

中公新書

14ご清聴ありがとうございました。
謝辞
本研究は、以下の助成の元に行われました。感謝いたします。
・宇宙探査イノベーションハブ課題解決型：「小型 2 次元イメージング分光器の開発による水氷センシング技術の研究」
・JAXA受託研究「月極域探査のための観測機器の検討- ハイパースペクトルカメラの概念検討 - 」
・科研費基盤研究B「月惑星探査のための岩石組織に対応した可視近赤外分光データ解析モデルの構築」

以下、予備スライド

イノベーションハブ研究概要
課題解決型：平成28年3月～平成30年3月「小型 2 次元イメージング分光器の開発による水氷センシング技術の研究」
大前宏和（株式会社センテンシア）、佐伯和人（大阪大学）、大嶽久志（JAXA)
自動車搭載の小型結露識別カメラを開発
表1 試作機仕様

原理試作機

カメラ部分離型 カメラ部一体型（試作初号機）項目

仕様値

焦点距離25mm

分光器F値

F2.5

光学系F値

F62.5

観測波長範囲900nm~1700nm

波長分解能
波長精度約25nm
株式会社センテンシア±5nm

作動距離1ｍ

観測範囲

200mm×200mm

サイズ

163mm(d)×99mm(w)×75mm(h)重量1.5㎏

駆動電力

10W

駆動ソフト

PCよるUSB接続にて駆動

使用環境
その他

温度：-20℃~40℃、湿度：20%～80％（結露無き事）
防水機能はあるが、水没は不可

18

JAXA国際宇宙探査センター

月極域探査ミッション（LUPEX)
月極域における水の存在量や資源としての利用可能性を確認するインド宇宙研究機関（ISRO）とJAXAの国際協働ミッション（2023年度以降打ち上げ）。
イノベーションハブ研究をベースに提案した近赤外画像分光装置が、2020年4月24日に他の2機器と共にLUPEXローバ搭載機器として採択される。

JAXA提示の機器提案の目安は、0.5wt％の氷を検出すること
5 wt% (10 vol%)の H2Oが月高地のレゴリスブレ角礫岩に存在するイメージ
Fagan and Kring (2013)に加筆

永久影クレーターシャクルトン（直径21ｋｍ）のうち、直径15ｋｍ、深さ1ｍ分の円筒の体積が氷を含む層だと考えると、0.5ｗｔ％の水含有量でも180万トンの水があることになる。
シャックルトン
永久影領域(JAXA/KAGUYA)
北極周辺と南極周辺（緯度85度以上）の日照率マップ
。黒い部分が永久影領域。
提供 / 野田寛大(国立天文台)/JAXA

irrelevant

レゴリス粒子の間に存在する場合

大雑把な氷の観測イメージ

ALIS測線 (2m)嫦娥4号の画像に加筆

一度に連続スペクトルが観測できるので、永久影で光源を短時間点灯させて弱い吸収帯を探すという運用が可能

着氷実験・観測装置

O27/14

試料 かんらん石(San Carlos産, Fo90)

斜長石(Casas Grandes産, Ab30An70～Ab10An90)

分光機器

波長範囲：950-1600nm
入射角/観測角：30°/0°

125 ～ 250 um

スリットつき鏡（大部分は反射しモニターへスリットを抜けた光は直進）

結像光学系

コリメータ＋グリズム鏡

近赤外カメラモニター
光源
３０°

試料ステージ着氷スペクトル
着氷スペクトルの特徴

7

かんらん石斜長石1.86 wt%

1.99 wt%

1500nmでの吸収

1500nmでの吸収明化

明化

全体的な明化・ O-H伸縮振動による吸収(1500nm)が見られた

O27/14

氷の量と吸収深さ

10斜長石
吸収深さ
= 0.080 × 氷の量[wt%]
0.5 wt%の氷ならSNR > 250

かんらん石
吸収深さ
= 0.037 × 氷の量[wt%]
0.5 wt%の氷ならSNR ＞120

同程度の氷の量なら、かんらん石より斜長石(月の高地をつくる鉱物）に付着しているほうが検出しやすい (Ogishima & Saiki (2021))

O27/14