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日本惑星科学会誌 Vol.18, No.2, 2009

かぐや（SELENE）レポート ～ VRAD：月周回衛星SELENE（かぐや）のVLBI観測～劉 慶会 ，花田 英夫 ，菊池 冬彦 ，松本 晃治 ，原田 雄司 ，
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岩田 隆浩 ，Sander Goossens ，浅利 一善 ，鶴田 誠逸 ，
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石川 利昭 ，石原 吉明 ，野田 寛大 ，並木 則行 ，佐々木 晶
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（要旨） 月探査機SELENE（かぐや）は主衛星と2つの子衛星RstarとVstarによって構成される． RstarとVstarを8局の電波望遠鏡の主ビームで同時に観測することによって，世界最高レベルのピコ秒精度のVLBI相対位相遅延の推定に成功した．更にVLBIデータとドプラーデータ・レンジングデータを併用することによって，RstarとVstarの軌道決定精度は従来のレンジング方式より２桁向上して数メートルに達し，月重力場モデルの精度も向上した．本文は，SELENEのVLBI観測について報告する．

1. なぜVLBI観測を行うのか

2. SELENEのVLBI観測局

VLBI (Very Long Baseline Interferometer) とは二RstarとVstarは，SELENE主 衛 星 が 月 周 回 軌 道 につ以上のアンテナでQuasarや衛星からの電波を同時投入された後にそれぞれ2007年10月9日と11日に主衛に受信し，その電波の二つのアンテナへの到達時間の星から分離され，月周回軌道に投入された． 地上の差（遅延時間）を計測し，電波源の位置などを精密に計

VLBI観測局は水沢，入来，小笠原，石垣の国立天文測するシステムである．

台水沢VERA観測所の4局と，Hobart（オーストラリ

月探査機SELENE（かぐや）では，視線方向に感度ア），上海・ウルムチ（中国），Wettzell（ドイツ）の海外を持つ2-wayドプラー観測や2-wayレンジング以外に，4局である（図1）． VERA局，Wettzell局の電波望遠鏡

VRAD（VLBI用衛星電波源）を用いて，視線に垂直なの口径は20m，Hobart局は26m，上海・ウルムチ局は方向に感度を持つVLBI観測も行う．両者を組み合わ25mである（図2）． VERA4局は2007年11月から2009せることにより，より高精度な軌道推定と高精度な月年6月までに，１ヶ月あたり約100時間のVLBI観測を重力場モデルの構築が可能となる．SELENEのVRAD行った．更に外国局は2008年1月，5 ～ 7月等に合計ミッションでは，2つの子衛星RstarとVstarを電波望200時間，観測に参加した．なぜ外国局が必要かとい遠鏡の主ビームで同時に観測することによって，大うと，やはり基線が長くなるほど，軌道決定の精度気，電離層と観測装置による計測誤差をほぼ完全に取は良くなるからである．Wettzell-Hobartの基線長はり除き，世界最高レベルのピコ秒精度のVLBI相対位12247kmであり，ほぼ地球上で最長の基線である．

相遅延の推定に成功した．更にVLBIデータとドプラーデータ・レンジングデータを併用することによって，3. 電波望遠鏡の駆動と操作

RstarとVstarの軌道決定精度は従来のレンジング方式より2桁向上して数メートルに達し，月重力場モデルの精度も向上した．

SELENEのVRADミッションでは，衛星の予測位置情報を利用して，VLBI観測用スケジュールファイルを作成し各局に送信する．外国局の場合はその局の

1. 国立天文台RISE月探査プロジェクト
2. JAXA
3. 千葉工業大学
iuqh@miz.nao.ac.jp

研究者に頼んで現地で電波望遠鏡の駆動操作を行う．
VERA4局の場合は，図3に示すように，水沢から遠隔操作で４台の電波望遠鏡の駆動を行う．

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レポート ～ VRAD：月周回衛星SELENE（かぐや）のVLBI観測～ / 劉 他13名

99記録装置でデータをハードディスクに記録する．いず4. ÖÌÂÉ観測システム

れの場合も時間と周波数の基準は原子時計（水素メーVLBI観測システムを図４に示す．このシステムでは，ザー）である．

Rstar，Vstar，主衛星とQuasarについてS帯とX帯の電波を電波望遠鏡で受信し，低雑音増幅器（LNA）で5. ÓÒÔÐóôáôéïîの遠隔操作増幅した後，周波数変換器（down converter）によって数100 MHzのIF信号に変換する．これらのIF信号

VLBI観測データ記録遠隔操作システムは最大8局にを更にビデオコンバータ（video converter）によって対するデータ記録の制御および監視を行うもので，国低い周波数に変換する．

立天文台水沢VERA観測所内に設置されている（図5）．

RstarとVstarの場合には数10kHzの信号に変換した

ハードウエアとしてはWindows PC4台およびディス後，ローパスフィルタ（LPF）を通し，SRTPstationとプレイ8台で構成され，8局分の制御・監視画面をそれ呼ばれる記録装置でデータをハードディスク（HDD）ぞれ独立なディスプレイに割り当てて同時に表示すに記録する．一方，主衛星とQuasarの場合には，X帯ることが出来る．データ記録，簡易的なデータのチェの信号を２MHzの信号に変換し，IP-VLBIと呼ばれるック，ビデオコンバータの制御等は全てSRTPstation

Wettzell (20m)
45o8265km1245oMizusawa（20m ）Iriki(20m)
Shanghai (25m)
Ishigaki (20m)
247km

-45o

8337kmkm

Ogasawara(20m)

7331

0o

Urumqi (25m)

Hobart (26m)

0o-45o

図1： SELENEのVRADミッションにおけるVLBI観測局

図3： VERA4局電波望遠鏡の遠隔操作室

水沢(20m)望遠鏡遠隔操作室

Hobart (26m)

上海(25m)

図2： 各VLBI観測局における電波望遠鏡

ウルムチ(25m)

Wettzell (20m)

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日本惑星科学会誌 Vol.18, No.2, 2009

video converter

Vstar

Rstar

moon
Moon

Signal from Main satellite

Main

local oscillator

Quasar

SX
LNA

LNA

downconverterdownconverter

8MHz

Signals from Rstar and Vstar

LPF
HDD

video converter

local oscillator

IP-VLBISRTP

LPF
H-Maser

IP-VLBISRTP

図4： VLBI観測システム

図5： VLBI観測データ記録遠隔操作システム．上：遠隔操作室，左下：SRTPデータ収集制御画面，右下：ビデオコンバータとローカル発振器の制御画面．

上もしくはそれにプライベートネットワークで接続さ観測局で取得されたデータを集約・解析し，軌道・重れている計算機上で行うように設計されている．オペ

力場推定に必要な相対位相遅延の時系列データを生成

レータは遠隔操作システムからVNCを用いて各局のするものである． システムの構成要素はゲートウェ

SRTPstationへログインして操作を行う．

イマシン，計算ノード，ディスクアレイ，HDD接続マシンである（図6）．

6. ÖÌÂÉデータ解析システム

2つの局で受信した電波の位相差を求めるという相関処理は基線毎に処理が独立するタイプの計算であり，各VLBI観測局で取得されたデータを記録しているクラスタを構成するそれぞれの計算ノードに独立な基ハードディスクを水沢に郵送し，水沢で観測したデー線処理を割り振り，20台のノードを同時稼動させるこタの解析を行う．VLBIデータ解析システムは各VLBIとで全体的な処理時間の短縮を図っている（図７）．た

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レポート ～ VRAD：月周回衛星SELENE（かぐや）のVLBI観測～ / 劉 他13名

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図6： VLBIデータ解析システム

図7： VLBIデータ解析GUI画面．左上：相関処理用画面，左下：相対位相遅延推定用画面，右：相関処理の際の各パラメータ設定用画面．

だし，ピコ秒精度のVLBI相対位相遅延の推定は，決VERA観測所の研究者によって行われ，VLBI観測デして簡単な操作ではなく，推定した結果の確認などにータ記録遠隔操作とデータ解析は国立天文台RISE月も時間と手間がかかる．2009年11月のデータ公開に間探査プロジェクトの研究者によって行われている．まに合うように，現在，RISE月探査プロジェクトの研た，衛星の運用は，重力場観測・電波観測の合同ミッ究者はがんばっている．

ションチーム，（RSAT/VRAD/RSミッションチーム），JAXAのSELENEプロジェクトチームによって行われ7. おわりにている．これらの運用・解析に携わっている多くの方々によってこれまで観測・運用・解析が順調に行われてVERA4局のアンテナの遠隔操作は国立天文台水沢きた．ここに，関係の方々に感謝の意を表する．