火の鳥「はやぶさ」
未来編 その25 〜はやぶさ２拡張ミッション〜／嶌生，はやぶさ２拡張ミッションチーム

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火の鳥
「はやぶさ」
未来編 その25〜はやぶさ２拡張ミッション〜嶌生 有理1，はやぶさ２拡張ミッションチーム
（要旨）2020年12月に小惑星リュウグウの試料を地球に届けた小惑星探査機はやぶさ２は，次なる目的地に向けて出発した．新たな目標天体は高速自転小型小惑星1998K Y26であり，2031年にランデブー予定である．巡航中は，黄道光観測や系外惑星観測，小惑星 2001C C 21のフライバイ観測，地球スイングバイ時の月・地球観測などを行い，段階的に理学成果を創出する計画となっている．本稿では，はやぶさ２拡張ミッションの概要と観測項目，期待される科学成果について紹介する．

1. はじめにクトル型などの物理情報は限定的であった (例外の候補はイトカワとリュウグウであった)．多数の小さな2020 年12月6日，小惑星探査機はやぶさ２は小惑

小惑星の中で，サンプルリターン機能を失ったはや星リュウグウの試料を封入したサンプルリターンカプぶさ２であってもリモセン観測のみで有意な科学成セル( S RC)をオーストラリアのウーメラ砂漠に帰還さ果が期待できる天体として，探査未踏天体である高せ，次なる目的地に向けて出発した．S RCの帰還運

速自転小型小惑星が注目された．工学的成立性と理用および 現地回収の様子は，現地回収部隊長の報学的価値を検討した結果，金星スイングバイを経由

告記事を参照されたい[ 1]．

して2030 年に 小 惑 星 2001AV43にランデブーする

拡張ミッションの候補天体探索は，第2回タッチダ

EV E EAシナリオ( E :地球，V: 金星，A : 小惑星)と，ウン運用を完遂した2019 年夏頃から実施され，S RC

小惑星 2001C C 21フライバイを経由して2031年に小帰 還 後のイオンエンジン運 転と惑 星スイングバイを惑星1998K Y26にランデブーするEA E EAシナリオ利用して到達可能な天体が探索された．地球軌道をが選定された．2020 年9月，探査機の熱解析を含む

通 過する小惑星と彗星18, 002天体の中から，残 燃詳細検討の結果を受けて，太陽距離の設計前提か料での増速 量1.7k m /s 以下でフライバイもしくはラらの逸脱が小さいEA E EAシナリオが選択された．

ンデブー探査が可能な天体を探索した結果，354天体が発見された．これらの候補天体について，さらに運用成立性と科学的価値の観点で絞り込みが実

2. 拡張ミッションの意義施され，理学側の候補天体調査チームによって候補

はやぶさ２拡張ミッションは，はやぶさ２ミッション

天体の直径，アルベド，自転速度，小惑星スペクトルの理学意義および工学意義のもとで太陽系マルチフ型，今後の地上観測可能性などが調査された．筆者

ライバイによる長期航行技術を確立し，高速自転小も調査チームに参加したのだが，ほとんどの候補天型小惑星へのランデブーを目指すミッションである．

体の推定直径は300m 以下であり，アルベドやスペはやぶさ２拡張ミッションの意義は，( 1)太陽系長期

1.宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所
shimaki@pla neta .sci.isas.ja xa .jp航行技術の進展，( 2)高速自転小型小惑星探査の実現，(3) Pla net a r y Defenseに資する科学と技術の170

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図1：はやぶさ２拡張ミッション概要 (画像クレジット: JA X A; 1998 K Y26画像クレジット: Auburn University, JA X A)．

獲得である(図1)．順に見ていこう．

されている[ 3]．高速自転はリュウグウのコマ型形 状

はやぶさ２の設計寿命は7年であり，これは2014の形成過程 [4, 5]とも関連しており，はやぶさ２のリュ年の打ち上げから2020 年の帰還まででほぼ 完了しウグウ探 査で提 起された高速自転と天体 構造の関ている．はやぶさ２拡張ミッションでは，設計 寿命係との比較によって，リュウグウで得られた科学的知後さらに10 年をかけて，高速自転小型小惑星にラン見をさらに深められると期待される．工学的には，小デブーする．探 査機は過 酷な宇宙環 境で経 年 劣化惑星の赤道表面では重力よりも遠心力が卓越するたしていくが，実運用において性能限界を知ることはめターゲットマーカー( TM )が設置できないなど，特工学的に重要な知見となる．また，地球帰還までの殊な力学 環 境へのアプローチから新たな小 惑 星探ミッションでの工学成果を踏まえて，より自在な，よ査技術の獲得が期待されている．

り遠方への探査を目指す上で必要となる運用技術をPla net a r y Defenseとは，小惑星や彗星の地球獲得する機会となる．これらは，低消費燃料での長衝突問題を扱う活動であり，スペースガードとも呼ば時間運用や探査機システムの超長期維持技術，イオれる．地球との最小交差距離が 0. 05au 以下で絶対ンエンジンの運用技術の実践と長期性能取得，イオ

等 級 が 22 等以下( 直径 約100m 以 上 ) の天体は， 地ンエンジンと組み合わせた太 陽系マルチフライバイ球への衝突によって大きな被害を及ぼす可能性のあ航行技術などである．一方，理学としては，長期間巡る天体として潜在 的に危 険な小 惑 星 ( Potent ia l ly

航中の黄道光や系外惑星の観測，小惑星フライバイ

H a za rdous Asteroid : PH A) と 呼 ば れ る．近 年観測，地球スイングバイ時の月・地球観測を行うこと

では1908 年 のツングースカ大 爆 発 ( 直 径 60 -100m)

で，目標天体へのランデブーに至るまでの期間も科や2013 年 の チェリャビンスク隕 石 ( 直 径 約20m) の学成果を積み上げていく．

衝 撃波による人 的 被 害が 報 告されている．天体 の直径100m 未満の高速自転小型小惑星は，これま

地 球 衝 突 問 題 に つ い て， 国 連 に I nter n at ion a l

でに探 査されたことがない前人未到の天体である．

Asteroid Wa r n i ng Net work ( I AW N )とSpace

自転周期が約2. 3 時間以下である小惑星の大半は直M is sion Pla n n i ng Adv isor y Group ( S M PAG)

径100m以下であることが知られている[2]．これは，が，NA S AにPla net a r y Defense C o ord i n at ion

高速自転小型小惑星の赤道 域では重力よりも遠心O f f ice ( PD C O) が，E S Aに Nea r- Ea r t h Object

力が卓越するため，重力で束縛されたラブルパイル

C o ord i nat ion C ent re ( N E O C C) が 設 置 さ れ，天体ではなく，一枚岩天体であるためと考えられて

本 問 題 を 多 角 的 な方 面 か ら 議 論 する 国 際 会 議いる．一方，適度な内部固着力があれば，高速自転Pla net a r y Defense C on ferenceが 2 年毎に開催小型小惑星がラブルパイル天体である可能性も指摘されるなど，理工学を超えた分野での関心が高まっ火の鳥「はやぶさ」
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171ている．はやぶさ２拡張ミッションでは，地球への衝分解できない小惑星の表面地形を知ることができる

突で地域的な被害を引き起こしうる直径数 10mの小点にある．小惑星から比較的遠距離 (>3, 000k m)で惑星の素性を解明すると同時に，こうした小天体近は，点光源としての小惑星をONC -Tの7バンド観測傍での探査技術を磨くことで，Pla net a r y Defenseと近赤外分光計N I R S 3による分光観測を行い，絶に資する技術と知見を得ることを目指している．

対反 射 率を決 定 する．N I R S 3では，2001C C 21のはやぶさ２拡張ミッションの期間は探査機の設計

地 上 観 測で 示 唆されている2. 0µ mの 吸収 (CA Iに寿命を超えていることから，ミッション途中で運用

関 連 するFeを 含 むスピネル [ 7] ) および 2.7µ mの 水継続不能となることも考えられる．そこで，上記の理和化合物の存在を検出することが期待される．最接工学意義を段階的に達成するため，ミッションの各近時は，探査機の姿勢制御による小惑星追尾は最段階で様々な観測が計画されている．

小限として，最 接近 距 離を約100k m (ONC -T で約3. 長期間巡航(2021-2026年)

70pi xel，熱赤外カメラT I Rで約10pi xel)とする観測が検討されている．探査機は小惑星に対して反太陽側を通過して低位相角での地形観測を行い，全球EA E EAシナリオでは，探 査機は2020 年の地球形状観測や岩塊・クレーター分布観測から，表面年帰還後，2027年の地球スイングバイまで金星軌道と代の推定などが期待される．T I Rは，ONC -T では地球軌道の間を6周半巡航する．この期間は，イオン撮像できない小惑星の夜面を撮像するとともに，空エンジン運転による軌道制御などの他に，理学観測間分 解された熱画像から熱物性分布や自転方向推として観測機 器 校 正データの取得と光 学航法望遠定が期待される．レーザー高度計L I DA Rは，有効カメラONC -Tによる黄道光および系外 惑星の観測

動 作距 離が 約30k m 以下であり観測周波数も最 大を実施する．黄道光とは，惑星間空間に漂う0.1-1001H zであるため，小惑星フライバイでの観測は実施しμmのダスト( 惑星間塵 )による太陽光の散乱光であない．

り，太陽からの距離に応じた惑星間塵の密度分布を反映する．探 査機は2031年までに約 0.7–1. 5auまでの太陽距離を巡航する予定であるため，地球から離れた複数地点で黄道光観測を行い，地球近傍の惑

5. 地球スイングバイ(2027年，2028年)

星間塵の密度や構造を明らかにすることで，惑星間地球スイングバイでは，巡航時には取得できない空間における物質の生成および輸送メカニズムに制観測機器の校 正データの取得および 科学観測が実約を与えることを目指している．系外惑星観測では，

施 可 能 である．地 球 スイングバイは2027年と2028

明るい星の観測に適した小口径のONC -Tを用いた

年の2回実 施 するが，探 査機の指向方向制約のたトランジット法 ( 惑 星が主 星の前を通 過する際の減め，2028 年のみ地 球・月観測の実 施を予定してい光から惑星の大きさと距離を求める手法)によって，る．2020 年の地球スイングバイ時と同様に，ONC，日本の宇宙機による系外惑星の初検出を試みる．

N I R S 3，および T I Rによるスイングバイ後の1日毎

4.小惑星2001CC21フライバイ(2026年)
小惑星 2001C C 21はライトカーブ観測から細長い形 状が示唆されている直径約 700m，自転周期約5の地球・月観測と，L I DA Rによる探査機 -地球間の光リンク試験が検討されている．

6. 小惑星1998K Y26ランデブー(2031年)

時間の地球近傍小惑星であり，探査機が訪れたこと

小 惑 星1998K Y26は EA E EAシナリオの目標 天のないL 型小惑星の可能性がある[6]．はやぶさ２は体で，自転周期が 10.7分，有効直径が 20 - 40mの比相対速度約5k m /sで小惑星2001C C 21をフライバイ

較 的球形 状をした高速自転 小 型小 惑 星である．小する．フライバイ観測の利点は，地上観測では空間

惑星1998K Y26はリュウグウと比較して自転周期が172

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約1/43，直径が約1/ 30であり，はやぶさ２の太陽電池パドル展開幅 6mと比較するとその小ささがよくわかる(図2)．地上望遠鏡による光学およびレーダー観測から，小惑星1998K Y26の表面は暗く，小惑星スペクトル型では( B , C , F, G , D, P ) 型の可能性があり，表面バルク密度は2, 800kg /m 3 ，表面粗さは1-10cmと推定されている[8]．天体形状と自転周期から，天体中心の最小固着力は約20Paであると推定されている[ 3]．小惑星1998K Y26 へのランデブー後は，リュウグウ近傍観測と同様に，高度 1k m程度のホームポジションからの全球観測を基本として，降下運用などの特殊運用も検討されている．理学観測としては，ONC -Tによる地形観測のほか，ONC -Tの7バ

図2：は や ぶ さ２と1998 K Y26 ( 画 像 クレジ ッ ト : Auburn
University, JA X A)．

ンド観測および N I R S 3による分 光観測，T I Rによなタッチダウンの様子を撮像したCA M - Hが使用不る熱物性および表面構造 (ラフネス) 観測，L I DA R

能となり，寂しい限りである．目標天体到達まで，探による重力計測とダスト検出，天体軌道および熱物査機が健全であることを祈念したい．

性 観 測によるYa rkovsk y 効 果 および YOR P 効 果

はやぶさ２拡張ミッションと並行として，はやぶさの検出等が検討されている．探 査機には1発のサン２ヘリテージを活かした2030 年代の次世代 小天体プラー弾丸と1個のTMが残されている．サンプラー

サンプルリターン探 査も検 討されている．はやぶさ

弾丸 (タンタル製 5g 弾丸，約300m /s)が赤道表面の初号機の基本設計を受け継いだはやぶさ２とは異な岩塊に衝突すれば，放出されたイジェクタは再堆積り，新たに設計する親機・子機構成の探査機システすることなく遠心力によって飛散し，直径数cm〜数ムのよる始原的天体探査を目指している．こちらは目10cm程度の強度支配クレータの観察から岩塊の強標天体到達見込みが2030 年代後半のため，興味が度情 報を得ることが 期 待される．表面付近で化 学ある若手の方は，ぜひ積極的にご参加いただきたい．

推進系スラスタRC Sによる急上昇を行えば，リュウグウでのタッチダウン後の上昇時のように粒子が舞い上がり，小惑星の質量損失を観察できるかもしれ参考文献

ない．詳細な近傍運用観測は，今後はやぶさ２拡張[1] 中澤暁ほか, 2021, 遊星人 30, 18.

ミッションチームによって議論される予定である．

[2] Hergenrother, C. W. and Whiteley, R. J., 2011,

7. おわりにIcarus 214, 194.
[3] Hirabayashi, M. et al., 2021, Advances in Space
Research 68, 1533.

2021年10月現在，はやぶさ２は次の目標天体へと[4] Watanabe, S. et al., 2019, Science 364, 268.

向けてイオンエンジンを運転しながら航行中であり，[5] Sugiura, K. et al., 2021, Icarus 365, 114505.

その累積増速量は400m /sを超えた[ 9]．一方，徐々[6] Binzel, R. P. et al., 2004, Meteor. Planet. Sci. 39,にではあるが，探 査機の性能 低下も確認されてき351.

た．2021年 4月，分離カメラD CA M 3やモニタカメラ[7] Sunshine, J. M. et al., 2008, Science 320, 514.

CA M - Hを司る分離カメラ制御部 CA M - Cの永久故[8] Ostro, S. J. et al., 1999, Science 285, 557.

障が確認された．また，化学推進系スラスタ噴射部[9] https://www.hayabusa2.jaxa.jp/

を保温するヒータでも一部故障が発生している(バックアップ手段により回復済み)．幸いにも目標天体とのランデブーは達成可能の見込みであるが，躍動的