ベピ・コロンボ

ベピ・コロンボ  は、宇宙航空研究開発機構  と欧州宇宙機関  の共同プロジェクトによる水星探査計画である。水星の自転と公転の共鳴関係を発見し、マリナー10号のミッションを成功に導いた複数回のスイングバイを計画したといった業績を残した、イタリアの数学者・天文学者のジュゼッペ・コロンボの愛称に因んで命名された。

1. 概説
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当初の計画では、アリアン5ロケットで2010年に「水星磁気圏探査機 」「水星表面探査機 」「水星着陸機 」の3機を打ち上げる予定だった。しかし、2003年に行われた計画見直しの際に、水星着陸機は中止された。

ロケットも予算の問題から、ロシアから輸入してギアナ宇宙センターから打ち上げるソユーズロケットを、科学衛星・探査機に使う方針だった。しかしその後、ベピ・コロンボは重量が予定より増加したため、再びアリアン5による打ち上げに変更された。

そして2018年10月19日に、現地時間の22時45分に南アメリカ大陸北端部のギアナ宇宙センターから打ち上げられ、地球を旅立った。今後、複数回のスイングバイを経て水星周回軌道に投入する予定である。2つの探査機は水星到達後に分離し、協力して約1年間にわたり水星を探査する計画でいる。ESAとJAXAの担当は次の通りである。

ESA MMO以外の、BepiColomboミッション全体の設計、MPO、電気推進モジュール、MMOサンシールドの設計・製作・運用、複合モジュールの組み立て・試験および打上げを担当。JAXA 水星周回軌道上での運用、MMOの開発・運用 費用は約150億円

2. 軌道について
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2.1. 惑星間航行
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水星は太陽に近い軌道を公転しているため、その公転速度は太陽系の惑星中で最速である。他にも技術的な障壁が幾つも存在する。そのため水星の周回軌道に探査機を投入する事は難しく、マリナー10号では水星をフライバイしながら探査を行っただけであった。ベピ・コロンボ探査機は、2018年10月に打ち上げられ、イオンエンジンを用いた電気推進、1回の地球スイングバイ、2回の金星スイングバイ、6回の水星スイングバイを経て、7年後の2025年末に水星に到着する予定である。到着後まずMTMを切り離し、その後、MPOの2液式の化学推進により水星周回軌道に投入する計画でいる。

2.2. 水星周回
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MMOの周回軌道でMMOを分離し、その後、MOSIFを分離したMPOは遠水点高度を下げて周回軌道に遷移させる予定である。その後、約1年間に亘って観測を行う計画でいる。

3. 探査機について
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ベピ・コロンボは複数の独立して機能する探査機であるMMOとMPOとを、連結した状態で水星へと向かった。なお、水星軌道投入までは電気推進モジュール MTM が使われる。MMH/MON3推進薬を使用する2液式の化学推進系が地球軌道からの脱出時と、月へのフライバイ時に使われた。それ以降は火工品を使って遮断され、巡航フェーズにブローダウンモードでのみ使われる。巡航フェーズではイオンエンジンを使って航行する。これにより長時間かけて、太陽に対する速度を徐々に低下させながら、水星の周回軌道に投入できるようにする。

MMOとMPOの特徴は、水星磁気圏探査衛星が、プロトン磁気探査器を搭載しており、その他電磁場探査器などによって、太陽嵐によって発生するだろうと考えられている磁気圏探査を目的にしている。この探査機器は、従来の機器よりも高感度の機器類である。

両探査機は、水星の極軌道に投入する事により、太陽からの直接的な熱流入を半分に抑え、水星近傍での約700 Kという高温の熱輻射から衛星を守る予定である。予定通りの軌道に投入できれば、高度約100 km程度の位置を約15分で周回する。このため、太陽面に近い所を周回する時には探査を行い、太陽面の反対側に回る時には地球へ観測データの送信を行う計画である。しかし、この方式では地球でデータ受信可能な時間が短いため、高バンド通信などの開発も同時に進めている。

3.1. MMO
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水星磁気圏探査衛星は、255 kgのスピン安定姿勢制御方式の衛星である。水星軌道投入後は、高度400×11824 kmの楕円周回軌道から観測を行う。水星の固有磁場・磁気圏、大気などの観測を目的とする。PLANET計画で培った惑星間磁気圏探査機器類を基礎として、高温に耐えられる設計を目指して開発を行った。MMOの冷却は衛星がスピン安定姿勢制御により回転していることを前提に設計されている。しかし惑星間航行中はMPOが姿勢制御するため回転せず、回転を利用した冷却ができない。このままでは太陽接近時の高温に耐えられないので、MMOは水星到着までの間、MMOサンシールドによって太陽光から防護される。

3.1.1. 搭載観測機器
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Magnetic Field Investigation - 磁力計。
Mercury Dust Monitor - 水星の塵の計測器。
Mercury Plasma Particle Experiment - プラズマ粒子観測装置。
Mercury Sodium Atmosphere Spectral Imager - 水星のナトリウムの分布を見るためのカメラ。

3.2. MPO
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水星表面探査衛星は、1230 kgの3軸安定姿勢制御方式の衛星である。水星軌道投入後は、高度400×1500 kmの楕円周回軌道から観測を行う。水星の表面地形、水星の表面の鉱物と化学組成、重力場の精密計測を目的とする。ジオットなどで培った撮像を目的にした探査機器類を基礎として、高温に耐えられる設計を目指して開発を行った。

なお、MPOは水星の地形を観測する目的も有し、2011年に水星の周回軌道に入ったメッセンジャーに不測の事態が発生した場合の保険としての意味も有った。水星の自転周期は、公転周期の3分の2であり、水星表面全体を撮影するためには、水星の太陽日、すなわち公転周期の2倍の時間を要するからである。

3.2.1. 搭載観測機器
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Italian Spring Accelerometer - 加速度計。
Magnetic Field Investigation - 磁力計。
Mercury Orbiter Radio Science Experiment - 水星に電波を照射する機器。
Mercury Radiometer and Thermal Imaging Spectrometer - 電波・赤外線分光器。水星の黒体放射の状態や、電波を観測する。
BepiColombo LASER Altimeter - レーザー高度計。水星周回軌道上から、水星の表面の標高を計測する。
Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory - 複数の分光器とカメラを組み合わせた観測器。
Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectrometer - 水星高層大気観測用の紫外線分光器。
Mercury Imaging X-ray Spectrometer - 太陽の影響で、水星表面の原子から出るX線を観測するためのX線分光器。水星表面の元素の組成を見る。
Mercury γ-ray and Neutron Spectrometer - γ線・中性子線検出器。やはり水星表面の元素の組成を見る。
Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundances - 水星高層大気分析器。帯電していない微粒子も分析する。
Solar Intensity X-ray and Particle Spectrometer - 太陽風、および、太陽用X線分光器。水星付近に届く太陽からの粒子やX線などの威力を見る。

4. 経過
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2000年10月 - 欧州宇宙機関の5番目の大型計画として正式に認可。
2003年11月 - ESA科学計画委員会で宇宙科学計画の見直しが行われ、水星着陸機は中止された。
2008年2月12日 - 文部科学省の宇宙開発委員会で、2013年の打ち上げを承認。
ESAと宇宙航空研究開発機構では、今後計画終了まで約175億円をかけて衛星開発・ロケット調達・運用準備を開始。
その後ESA側のイオンエンジン開発が難航し、探査機の重量が大幅に増加。打ち上げも2014年以降に延期された。
2012年2月28日 - ESAが開発の遅れのため、打上げを2015年8月以降にすると公表。
その後、さらに2016年7月以降へ延期された。
2015年3月15日 - MMOのモジュールが宇宙航空開発機構にて公開。
2017年7月6日 - MMOの開発状況と今後の予定について説明会が開催され、打ち上げは2018年10月、水星到着は2025年12月の予定だと発表された。
2018年
6月8日 - MMOの愛称を「MIO」と発表。
10月19日 - フランス領ギアナのギアナ宇宙センターから打ち上げられた。
2020年
4月10日4時25分頃  - 地球スイングバイ実施
4月21日 - JAXAが成功確認を発表）