はやぶさ2

Question: はやぶさ2は小惑星を発見した？


はやぶさ2は、小惑星探査機「はやぶさ」（第20号科学衛星MUSES-C）の後継機として宇宙航空研究開発機構 (JAXA) で開発された小惑星探査機である。地球近傍小惑星 「リュウグウ」への着陸およびサンプルリターンが計画されている。「はやぶさ2」という名称は探査機を用いる小惑星探査プロジェクト名にも使われている。
2014年12月3日に種子島宇宙センター大型ロケット発射場からH-IIAロケット26号機で打ち上げられた[1]。
特徴
世界で初めて小惑星の物質を持ち帰ることに成功した探査機「はやぶさ」の後継機で、初号機が小惑星往復に初めて挑んだ「実験機」だったのに対し、有機物や水のある小惑星を探査して生命誕生の謎を解明するという科学的成果を上げるための初の「実用機」として開発された[2]。
基本設計は初代「はやぶさ」と同一だが、「はやぶさ」の運用を通じて明らかになった問題点を解決した改良機となっている。サンプル採取方式は「はやぶさ」と同じく「タッチダウン」方式であるが、事前に爆発によって衝突体を突入させて直径数メートルのクレーターを作ることによって深部の試料を採取できるようにする。採取した物質は耐熱カプセルに収納されて地球に回収される。着陸用小型ローバーの「ミネルバ2」（2-1A, 2-1B, 2-2の計3基）、およびドイツとフランスが開発した小型着陸機「マスコット」も搭載されている。
はやぶさからの変更点

先代が航行途中にトラブルに見舞われたため、安定航行を目的としてさまざまな変更がおこなわれた。「はやぶさ」のようなパラボラアンテナに代わり、「あかつき」と同様の高利得平面アンテナ(スロットアレイアンテナ)を使用し[3][4]、破損があった化学燃料スラスタ配管の再検討[5]や制御装置であるリアクションホイールの信頼性向上などの改良が行われた。イオンエンジンはμ10の推力を 8mN から 10mN へと向上させた改良型を使用する[3][5]。
また、試料を取るための方法も大幅に改良される。まず新機能として、小惑星表面だけでなく小惑星内部の砂礫の採取のための衝突装置 (SCI：Small Carry-on Impactor) を搭載する[3][6]。SCIは成形炸薬を内蔵しており、探査機本体から切り離された後本体が小惑星の陰に隠れる約40分後に起爆、重さ 2kg の純銅製衝突体を爆圧によって変形させつつ目標天体に衝突させ、クレーターを作る[6]。このクレーター内または周辺で試料を採取することにより小惑星内部の調査が可能となる[7][8]。JAXAとしてこのような構造を持つ探査機は初めて。SCI 全体の質量が 18kg、爆薬の質量は 4.7kgある。銅板の質量は 2.5kg だが、発射時に一部がちぎれて弾丸としては約2kg になる。衝突体の衝突時には本体は小惑星の裏側へ退避するため、衝突の様子を撮影するためにDCAM3と名付けた分離カメラを装備している[3]。
初代はやぶさのように試料採取用の筒（サンプラーホーン）を小惑星の表面に当て、内部でプロジェクタイルと呼ばれる弾丸を打ち出し、それを小惑星表面に当てることで舞い上がった砂礫を採取する。プロジェクタイルの形状は「はやぶさ」の弾丸型から円錐型へと変更される。頂点の角度は90度に設定されており、プロジェクタイルが3g以上の質量をもつ場合には弾丸型よりも効率的な試料採取が可能となる。もし初号機と同じように弾丸が発射されなくてもサンプルを引っ掛けて持ち上げられる仕組みも追加された他、サンプルから発生したガスも採取できるように改良されている。2014年11月には、NASAのオシリス・レックスが小惑星で採取したサンプルとはやぶさ2が採取するサンプルを相互に提供し合うことで合意した。はやぶさ2には、サンプラホーンの先端を撮るカメラCAM-Cも搭載されており、これはJAXAへの寄付金で作られた[9]。
満身創痍での運用となった初代と比べ、確実に運用する為の改良が行われた。たとえば、初代はやぶさにおいてイトカワに着地させることが出来なかった「ミネルバ」（着地探査ローバー）の搭載数は、1基から3基に増加、ドイツ航空宇宙センターとフランス国立宇宙研究センターが共同開発した着陸ローバー「マスコット」（MASCOT, M</b>obile A</b>steroid S</b>urface S<b data-parsoid='{"dsr":[5542,5550,3,3]}'>co</b>u<b data-parsoid='{"dsr":[5551,5558,3,3]}'>t）と併せて運用される。同じく初代では信頼性強化の改造が裏目となり、3基中2基が運用不能となったリアクションホイールも3基から4基へと増加され[8]、なおかつ最後の1基はなるべく着陸時までは温存するため、はやぶさ帰還時の運用経験を活かし可能な限り1基のリアクション・ホイールと太陽光圧を利用した運用を行っている[10]。また、新たにKaバンド（32GHz帯）の高速通信が可能な平面アンテナを従来のXバンド（8GHz）アンテナに追加したことで、全般的な高速通信速度が可能な中で、極限時の指令運用（完全自律判断によるタッチダウンと比べた場合指令誘導とすると極端な高速化ができる）をより速やかに図ることができるようになった（従来のパラボラアンテナを小型軽量の平面アンテナに変えて同一面に2枚のアンテナを配置できた）。さらに、目標小惑星であるリュウグウが、自転速度7時間半長径920mのほぼ球形で、何より自転軸が黄道面に対して横倒しに近く、それが垂直であったイトカワが12時間の自転毎に天体全面を観察できた事と比べて極めて効率が悪いため、イトカワでの3ヵ月に比べて6倍にあたる1年半を費やして調査することにしている。
探査計画

「はやぶさ」がS型小惑星である (25143) イトカワを探査したのに続いて「はやぶさ2」ではC型小惑星であるアポロ群の  (162173) リュウグウを探査対象とする[11]。リュウグウは、現在軌道が判明している46万個の小惑星のうちスペクトル型が判明している3000個の物の中から、はやぶさクラスの推進力で探査可能でスペクトルがC型であり、タッチダウン運用が可能な自転6時間以上の対象としてほぼ唯一の候補に挙げられた。2014年は極めて望ましい打ち上げ期間（ウインドウ）であり、次回のウインドウは10年後となる。
はやぶさ2計画には新たな生命の起源についての新たな知見をもたらす可能性がある[7]。アミノ酸は探査機スターダストで以前にも彗星の尾から採取されているが、はやぶさ2が目指すリュウグウはC型小惑星と呼ばれる炭素を多く含む炭素質コンドライト隕石と似た物質で出来ていると考えられる小惑星で、一部の炭素質コンドライトと同様に有機物を含有する可能性がある[12]。地球近傍に存在する小惑星が有機物を含むことが実証されれば、これらが隕石として地球に落ち生命の起源に寄与したという仮説が成立することとなる。
打ち上げまでの経緯
計画立ち上げ
MUSES-C（初代「はやぶさ」）の打ち上げ以前から小天体探査フォーラムなどで後継ミッションについて非公式に検討が続けられており、「はやぶさ」打ち上げ翌年の2004年には小天体探査ワーキンググループが発足して、より詳細な検討が行われた。この当時は1機または2機の探査機をスペクトル既知の複数の小惑星に送り込む「マルチランデブー&サンプルリターン」や「ファミリーミッション」と呼ばれる大掛かりな案もあった[13]。そして、「はやぶさ」が地球近傍小惑星イトカワの精密な科学観測を行い目覚しい成果を上げたことを受けて、JAXA宇宙科学研究本部（ISAS：現・宇宙科学研究所）内で本格的に次期小惑星探査計画が持ち上がった。
はやぶさは当時、様々な故障を抱えていて地球へ帰還できる可能性は決して高くない状態にあり、アメリカ航空宇宙局 (NASA) が検討を開始したOSIRISミッションなど他国の追い上げも厳しい中、小惑星探査の分野での世界トップを維持できなくなるという危機感から、はやぶさ関係者からは後継機の早期の打ち上げが切望されていた[14]。
2007年に計画は月・惑星探査推進グループ (JSPEC) に引き継がれ、2010年から2012年の打ち上げを目標に検討が進められたが、JAXA全体でプロジェクトを積極的に推進するとの意思統一はなされず、計画は遅々として進まなかった。2007年度の予算折衝では、「はやぶさ2」計画側は5億円を要求し、財務省や文科省も数億円程度の予算をつけることを提案したが、JAXAはこれを退け予算は5000万円に留まった[15]。これは情報収集衛星計画やISSのきぼうの打ち上げ、運用、物資補給などの負担も従来の予算内で行っており、予算の都合から太陽系探査は後回しにされている現状を示している[15]。
研究フェーズ移行
はやぶさ2に関する開発費は国民世論の大きな盛り上がりもあり、WGを作って数年かけて提案していくという通常の手順とは異なる方法で提案をしていくこととなった。その後、宇宙開発委員会による一連の審査により「JAXAが早急に行うべきミッション」との判定を得て、2007年6月にはプリプロジェクト（「研究」フェーズ[注釈 1]となった。しかし、既存の計画の間に後から入ることとなったため予算上の制約は大きく、その後の進捗は思うようには進まなかった[19]。
予算不足による他国機関との連携の模索
JAXAは2007年10月の理事長記者会見で、予算不足のため国産ロケットでの打ち上げは断念し、探査機のみを日本で製作し、打ち上げは他国の協力を仰いで海外で行うという考えを示した。しかし、無償でロケットを提供してくれる協力相手を見つけるのは簡単なことではなく、プロジェクトの存続は困難であると見られていた。この頃から、一般のファンから関連機関に対してはやぶさ後継機の実現を希望する投書が多数寄せられるようになった。JAXAには約80通、文部科学省宇宙開発委員会には約30通のメールが届いた[20]。この数は、宇宙開発関連の投書としては異例の多さだったという。
2008年1月には、イタリア宇宙機関 (ASI) 長官からJAXA理事長宛に共同で計画を進めたいという旨の書簡が届いたことが明らかになった[21]。探査機を日本が、打ち上げ用のロケットをイタリアが提供する形での協議を考えていたという。イタリアとの共同計画では、イタリア側が開発中のヴェガロケットを無償で提供する代わりに、イタリア側の計測機器が日本の用意する探査機に搭載されることとなっていた。もともと欧州とは「はやぶさMk2」（欧州名「」）で共同探査が検討されていたことから、これと計画が統合されてはやぶさ2自体が「マルコ・ポーロ」となる可能性もあった。しかしながら、「マルコ・ポーロ」は2009年のESAの Cosmic Vision における第2次審査で採択されなかった[22]。
その後ヴェガロケットの調達が困難となり、打ち上げ時期も2014年以降にずれ込む見通しとなった。このため予算を次の5か年計画から捻出せねばならなくなり、ロケットの予算を他国に頼るという方向性も再検討されることになった[23]。ただし惑星探査の予算が圧迫されている状況に変わりはなかった。2009年7月のJAXA相模原の一般公開においては、500kgクラスのはやぶさ2に加え、300kgクラスの衝突機を同時に打ち上げる2機構成案が示された。この案ではPLANET-C (500kg) + IKAROS (300kg) と同様のH-IIAの打ち上げ能力が想定されている。2010年には衝突体を小型化した新しい計画が示された。
2010年度においては、自民党政権下の概算要求で「月面着陸・探査に向けた研究等」として15億が要求されたが[24]、民主党への政権交代後、再度概算要求の出し直しを求められ、5000万に減額されている[25]。尚、小惑星探査はJSPECに移管しているため、文部科学省の概算要求では月探査の項目に含まれる。さらに事業仕分け第1弾で衛星関連事業の1割縮減を受け、3,000万円となる等[26][27][28][29]、非常に苦しいものとなった。
はやぶさ帰還による影響

しかし、2010年6月13日にはやぶさが帰還し、翌14日にはカプセル回収にも成功すると、菅内閣の閣僚からは偉業として絶賛する発言が相次ぎ、2011年度の予算では増額を検討する意向も示された[28][30][31][32]これらの発言に対し、読売新聞は「現金すぎ」と民主党政権を批判的に報じた[29]。一方、科学ジャーナリストの松浦晋也は、はやぶさ後継機に予算が付かないのは政権の問題ではなく、2007年度の予算折衝で「はやぶさ2」計画側が要求した予算をJAXAが退けた事実を踏まえ、JAXAの組織内部の問題のため開発が順調に進んでいないことが原因と思われる、と指摘している[33]。また、宇宙開発の有識者会議でも「（はやぶさの）人気で計画を決めるのはおかしい」とする指摘が出ている[34]。「はやぶさ」が地球に帰還した翌日には、オンライン署名サイト『署名.TV』にて、はやぶさ2の予算増額を求める嘆願署名が開始され、最初の1週間の時点で1万5千通を超える署名が集まった[35]。
開発研究フェーズへ移行
8月に開催された宇宙開発委員会において、「開発研究」フェーズへの移行が承認され予備設計が始まった[36]。8月26日、文部科学省は総事業費140億円のうち、2011年度の予算概算要求に30億円の開発費を盛込む意向を示した[37]。
プロジェクト化から開発フェーズへ
2011年5月、JAXAは正式に2014年の打ち上げに向けたプロジェクト化を発表した[38]。
2012年1月25日、宇宙開発委員会において「はやぶさ2」の開発段階への移行が承認され、正式に「はやぶさ2」の開発がスタートした[39]。
2012年4月からJAXAの事業への寄付金が受け付けられ、2013年2月末までに総額約3,663万円が集まり、このうち約1,922万円をはやぶさ2に使うことが決定している[40]。この寄付金により、はやぶさ2本体の底部に岩石採取確認用のカメラが1台追加装備されることになった[41]。
2014年8月31日、JAXAは相模原市で、はやぶさ2の機体を報道陣に公開した[42]。
打ち上げと、その後の経緯

時間表記は日本標準時。
2014年11月30日に打ち上げ予定が設定されたが[43]、天候不良によって12月1日に延期され、ついで12月3日に再延期された[44]。
2014年12月3日13時22分、H-IIAロケット26号機により打ち上げ[45]。その後、イオンエンジンやKaバンド通信系などの初期のチェックアウトを順調に終了[46]。
2014年12月5日、本体および地上系一連の健全性を確立するクリティカル運用終了。
2015年3月3日、巡航フェーズへ移行[47]。
2015年12月3日、地球スイングバイを実施[48]。
2018年2月26日、小惑星リュウグウの点像を撮影（距離約130万km）[49]。
2018年6月3日、往路のイオンエンジン運転を終了。[50]
2018年6月27日、小惑星リュウグウの上空20kmの位置に到着[51]。
2018年9月21日、探査ローバーのミネルバ-II1を地表に向けて投下[52][53]。投下されたローバーは2台で、いずれも着地に成功するとともに、少なくとも1台がりゅうぐう地表をジャンプして移動したことも確認された[52][53][54]。着地後、ローバーは投下直後のはやぶさ2や、ジャンプ中に撮影したリュウグウ地表の写真を上空20キロのはやぶさ2に送信した[52][53][54]。小惑星上で探査機が着陸・移動・写真撮影に成功したのはいずれも世界初となる[52][53][54]。
2018年10月3日、10時57分(JST)にMASCOT投下[55]。約6分後にリュウグウに接触、バウンドを経てさらに約11分後に着地成功[56]。ジャンプによる場所移動を含む17時間を超える観測活動を行い、MASCOTの運用を終了。
2018年11月5日11時37分(JST)、ターゲットマーカーが切り離され、着陸候補地L08-Bの中心から15.4m離れたところに着地[57]。
2018年11月23日、太陽との合により通信が困難となる期間にビーコン運用を行う「合運用」を開始し、リュウグウから最大100 km離れる軌道にゆっくり離れはじめた。[58]
2018年12月13日、JAXAは会見でミネルバ2-1のステレオ画像を含む新たな画像を公開。また正式名称について1Aが「イブー (HIBOU)」、1Bが「アウル (OWL)」と発表した。いずれも神話でミネルバと関わりのあるフクロウに因む。それぞれ113日と10日の活動が確認されており、その後は日陰に入って休止中と推定された。またその間カメラの画像に全く汚れが確認できなかったことから、リュウグウ表面に砂は無いと結論付けられた。[59]
2018年12月29日、合運用を終了して通常の運用を再開。なお正月3が日は運用を休止している。[60]
今後の予定
1年半にわたって滞在し、地表への着陸や、生命の元となる有機物が含まれていると見られる小惑星内部の砂の採取に挑む。[51]。
2019年2月18日の週（または3月4日の週）ごろ、最初の着陸予定[60]
2019年時期未定、人工クレーターを作ったうえでのサンプル採取予定。
2019年11-12月、復路航行開始予定[61]。
2020年末、地球に帰還する予定[51][61]。
Kaバンド通信の問題
はやぶさ2には新たにKaバンドアンテナが追加され、高速のデータ通信が出来るようになったが、臼田宇宙空間観測所の64m地上局はKaバンドのような高い周波数に対応できず、使用できない。このため、NASAのディープスペースネットワークやESAの地上局の支援を受けなければならない。
臼田64m局の後継は、Kaバンド対応の局になるといわれているが、KaバンドはXバンドに比べて取り扱いが難しく、さまざまな条件を克服しなくてはならない。その1つにKaバンドの信号を弱らせる日本の湿潤な気候がある。国内で環境が良い場所を選んでも、年間を通じて見ると、海外機関の地上局の立地に比べるとあまり優れていない[62]。
応援プロジェクト
はやぶさ2プロジェクトでは、2013年4月10日から8月9日まで「星の王子さまに会いに行きませんかミリオンキャンペーン2」と題した応援キャンペーンを実施した。これは、はやぶさプロジェクトでも実施された同名キャンペーンと同様、ターゲットマーカーおよび帰還カプセルに寄せられたメッセージを搭載し、同プロジェクトをより身近に、一体感を持って参加してもらおうとの趣旨でおこなわれた[63]。
2014年10月22日に『映画 妖怪ウォッチ 誕生の秘密だニャン!』がはやぶさ2のオフィシャルサポーターに決定した[64]。
相乗り
JAXAでは打ち上げに相乗りする小型副ペイロードを公募し、審査の結果下記の3機が選定された[65]。
PROCYON（東京大学・JAXA）
高さ63cm、幅55cm、奥行き55cm、重さ約65kgの超小型探査機[66]。複雑な宇宙探査を小型機でどれだけ可能かを検証する[66]。超小型のイオンエンジン「I-COUPS」を使って小惑星探査を行い、小惑星から数十kmという接近距離から高速でフライバイしながら撮影を行う計画[67]であったが、イオン・スラスターに生じた問題が解決できず、目標としていた小惑星2000 DP107の接近観測（フライバイ）を断念したことが報道された[68]。
ARTSAT2-DESPATCH（多摩美術大学）
各寸法約50cm、重さ約30kg。東京大学との共同開発。太陽電池は搭載せず一次電池のみで電力供給。3Dプリンタを使い出力された、宇宙機そのものが「深宇宙芸術作品」となっており、地球脱出軌道に投入することで「深宇宙彫刻」となる。また搭載センサーから、独自開発されたアルゴリズムを用いて宇宙空間から詩を生成し、CWビーコンとして地球に送信する。そして世界のアマチュア無線家に協力を仰ぎ、送信された微弱電波を世界中でキャッチしSNSなどで共有するテレメトリ共同受信（協調ダイバシティ通信実験）を行う[69]。2014年12月14日、海外のアマチュア無線家が地球からの距離470万kmでビーコンの受信に成功した。2015年1月3日に運用を終了した[70]。
しんえん2（九州工業大学）
直径約50cmの14面体の形状をした重さ約17kgの超小型宇宙機[71]。太陽を楕円形に周回して約38万kmの距離でデータ通信の実験を行う[71]。2014年12月9日に、地球からの距離230万kmで電波の受信に成功したとの報告がオランダからあった。
脚注

注釈

出典

外部リンク


 - はやぶさ2実現支援サイト
 - JAXA 月・惑星探査プログラムグループ (JSPEC/JAXA)　2015年3月31日にJSPECは解消された。
 - JAXA 月・惑星探査プログラムグループ (JSPEC/JAXA)
 - JAXA 始源天体探査シリーズ (JSPEC/JAXA)
 -
 DLR：ドイツ航空宇宙センター
 CNES：フランス国立宇宙研究センター
 2012年5月14日 @IT MONOist
 2012年7月20日 @IT MONOist
 2012年8月24日 @IT MONOist
 2012年10月5日 @IT MONOist
 2012年11月26日 @IT MONOist
 2013年2月15日 @IT MONOist
 2013年4月12日 @IT MONOist
 2014年5月22日 @IT MONOist
 2014年5月27日 @IT MONOist
 2014年5月23日 日経テクノロジーオンライン 松浦晋也
 2014年12月10日 JAXA　はやぶさ2の往路の軌道の解説
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 on YouTube（朝日新聞社提供、2014年12月3日公開）