MASCOT (ランダー)

MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout, MASCOT)は、ドイツ航空宇宙センター(DLR)が中心となり、フランス国立宇宙研究センター(CNES)、宇宙航空研究開発機構(JAXA)の協力で開発された小型ランダーである。小惑星探査機はやぶさ2に搭載されて2014年12月3日に打ち上げられ、2018年10月3日に小惑星リュウグウに着陸した。現在は電源が切れ、回収されずに小惑星リュウグウ上に残されている。
MASCOT計画のスタート.
MASCOT計画の源流は、ESAの宇宙探査の公募に日本と欧州の合同チームで応募した、小惑星探査機マルコポーロ計画の中で検討された小惑星ランダーであった。これは2014年11月に、初の彗星ランダーとしてチュリュモフ・ゲラシメンコ彗星に着陸したフィラエを小型化したランダーであった。しかしマルコポーロ計画は公募に落選し、計画が日の目を見ることはなかった。その後、小惑星探査機はやぶさ2の計画が進められる中で、マルコポーロ計画で構築された日欧協働の枠組みの中から、はやぶさ2にランダーを搭載する計画が持ち上がった。
またはやぶさ計画では、当初NASAのローバーMUSES-CNを搭載する予定であった。しかし当初予想を上回る開発費がかかることが判明して計画が中止となり、MUSES-CNを搭載するため探査機パネルに空けたすき間には断熱マットを貼り、はやぶさは打ち上げられた。はやぶさ2では初号機はやぶさの熱設計を引き継ぐことになったため、MUSES-CNの搭載予定であった探査機パネルのすき間も、はやぶさと同じく空いたままとなっていた。そこでMASCOTがはやぶさ2の進行方向左側側面の、探査機パネルのすき間に搭載されることになった。
はやぶさ2計画ではいくつかの国際協力の枠組みが形成されたが、ドイツ航空宇宙センターが中心となって開発するランダーをはやぶさ2に搭載し、一方、JAXA側は落下塔や航空機などでの微小重力実験の場の提供を受け、更にはやぶさ2の運用時のKaバンド、Xバンドでの通信について支援を受けるという国際協力の枠組みが成立した。ランダーはMASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout, MASCOT)と名づけられ、開発にはフランス国立宇宙研究センターやドイツ、フランスの宇宙研究機関、そして日本のJAXAも協力することになった。。
MASCOTのシステム.
はやぶさ2では、探査機による小惑星探査、サンプルリターンによる小惑星サンプルの分析を行う計画である。うち、探査機のリモートセンシングによる探査スケールはcmからkm単位、そして小惑星サンプル分析でのスケールはnmからmm単位となる。ランダーであるMASCOTによる探査は、探査機によるリモートセンシングとサンプルリターンによるサンプル分析のスケールギャップを埋めることが可能となり、その重要性は高い。
MASCOTシステムの総質量は分離機構を含め約11kg、うちランダー本体は約8kg、はやぶさ2側の固定・分離機構と通信アンテナが約2kgである。大きさは縦、横が約30 cm、厚さが約20 cmの直方体形である。
MASCOTはやぶさ2から切り離された後、小惑星探査期間中は、はやぶさ2下面に搭載されたアンテナOME-Aと、中継器OME-Eを通じて探査機本体との通信を確保する。OMEシステムは日本側が新規開発した小型、軽量、省電力かつ最高37Kbpsのシステムで、はやぶさ2に搭載されたローバーであるミネルバ2と共用となっている。なお、探査機下面に設置されたミネルバ2と異なり、MASCOTは探査機の進行方向左側側面に設置されているため、地球から小惑星へ向かう途中は探査機下面に設置されたOME-Aを使用するのが困難であり、惑星間航行中はMASCOT近くに設置したOME-A-MASCOTという別のアンテナを用い、中継器OME-Eを通じてMASCOTの状態チェックを行うようになっている。
はやぶさ2から小惑星上空約100メートルで相対速度秒速5cm以内というほぼ静止した状態で分離され、自由落下によって小惑星に着陸する。数回バウンドした後、小惑星上に静止すると見られるが、静止後まず直方体形であるMASCOTの各面に取り付けられた、太陽電池を利用した太陽センサーとレーザー短距離計を利用した接地センサーを用い、自己姿勢を把握する。その後、MASCOT内の錘付き回転アームを作動させることにより、探査に適した姿勢に変更する。また着陸地点での探査予定が終了した後、錘付き回転アームを作動させて最大200メートルのホップを行い、別の地点での探査を行う予定である。なおホップは1回のみ可能となっている。
電源はリチウム電池による1次電源を使用している。探査開始後の充電が不可能であるため、寿命は探査対象小惑星リュウグウでの2日分となる15時間あまりである。
MASCOT搭載の科学観測機器.
MASCOT搭載の科学観測機器は、小惑星表面の精度の高い科学探査、はやぶさ2着陸候補地点の表層についての事前調査、サンプル採取予定地点の鉱物の産状を把握するという3大探査目標と、MASCOTの大きさ、そして2014年打ち上げ予定のはやぶさ2搭載に間に合わせるために短期間での開発が要求された結果、赤外分光顕微鏡（MicrOmega）、広角カメラ（CAM）、熱放射計（MARA）、磁力計（MAG）の4機器が搭載されることになった。科学観測機器は軽量で強度がある炭素繊維強化プラスチックで作られたMASCOTの構造体にくくりつけられた形となっており、ランダー全重量の約3割が科学観測機器で占める高搭載率となっている。
なお、赤外分光顕微鏡（MicrOmega）、広角カメラ（CAM）、熱放射計（MARA）は、それぞれはやぶさ2本体の科学観測機器である近赤外分光計（NIRS3）、光学航法カメラ（ONC）、中間赤外カメラ（TIR）と対応しており、小惑星表面の観測結果を相互解析できるようになっている。
赤外分光顕微鏡.
赤外分光顕微鏡（MicrOmega）は、MASCOT搭載の科学観測機器の中で主力機器に位置づけられている。スターリング冷凍機を用いて冷却した、水銀、カドミウム、テルルによる2次元受光素子を用い、約5mm角の領域を解像度20 μmで撮像する。撮像可能な赤外線の波長は0.9 - 3.5 μmであり、鉱物組成、含水鉱物の変成状態、有機物について分析を行う、。
広角カメラ.
広角カメラ（CAM）は54×54度という広角の視野を持つ、1000画素のCMOSイメージセンサカメラである。MASCOTの直下から小惑星の地平線までを撮影し、ランダー周辺の地形や地質構造を観測する。夜間は青、緑、赤、赤外線の4色の発光ダイオードを照射しながら撮影することで、カラー撮像も行う。
熱放射計.
熱放射計（MARA）は、異なる波長フィルターが取り付けられた6台のサーモパイル式熱放射計で構成されている。6台のうち2台は温度計測を目的とし、広い波長帯をカバーしている。3台は小惑星表面の鉱物情報を得る目的の、2 μm近辺の狭い帯域、そして残りの一台ははやぶさ2本体に搭載されている中間赤外カメラTIRと同じ8 - 12 μmをカバーしており、お互いの観測データの相互解析が可能となっている。また熱放射計の視野は広角カメラの視野に含まれており、双方の観測結果を総合的に判断することによって、小惑星表層の状態をより的確に把握することができる。
磁力計.
磁力計（MAG）は、小型かつ軽量の3成分フラックスゲート磁力計であり、MASCOTの小惑星降下中、そしてホップしている間に小惑星の磁化についての特徴を観測する。
MASCOTの工学的チャレンジ.
科学観測とともに、MASCOTの工学的チャレンジも注目される。先述の軽量、高強度の炭素繊維強化プラスチックで作られたランダー構造体による、30パーセントという高い科学観測機器搭載率の実現。小惑星という微小重力下で、錘付き回転アームを作動させることによるランダーの姿勢変更、ホップによる移動に加えて、小惑星表面の熱環境で科学探査を実行するための熱設計、そして自律制御運用などが挙げられる。
ミッションの進捗.
上記の通り、母船から切り離されてから電池の切れるまでの十数時間のミッションである。