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 ベピコロンボ計画のアーティストによる描写。水星惑星探査機（左）と水星磁気圏探査機（右）が描かれている。 | |
| ミッションタイプ | 惑星科学 |
|---|---|
| オペレーター | |
| コスパーID | 2018-080A |
| SATCAT番号 | 43653 |
| ミッション期間 | 航海期間: 7年 (計画) 8年 (実際) 科学フェーズ: 1年 (計画) 6年1ヶ月14日(進行中) |
| 宇宙船の特性 | |
| メーカー | |
| 打ち上げ質量 | 4,100 kg (9,000 ポンド) [1] |
| BOL質量 | MPO: 1,230 kg (2,710 lb) ミオ: 255 kg (562 lb) [1] |
| 乾燥質量 | 2,700 kg (6,000 ポンド) [1] |
| 寸法 | MPO: 2.4 m × 2.2 m × 1.7 m (7 フィート 10 インチ × 7 フィート 3 インチ × 5 フィート 7 インチ) Mio : 1.8 m × 1.1 m (5 フィート 11 インチ × 3 フィート 7 インチ) [1] |
| 力 | MPO: 150ワット Mio : 90ワット |
| ミッション開始 | |
| 発売日 | 2018年10月20日 01:45 UTC |
| ロケット | アリアン5 ECA （VA245）[2] |
| 発射場 | センター空間ガイアナ、ELA-3 [3] |
| 請負業者 | アリアンスペース |
| 地球 のフライバイ（重力アシスト） | |
| 最接近 | 2020年4月10日 04:25 UTC |
| 距離 | 12,677 km (7,877 マイル) |
| 金星 のフライバイ（重力アシスト） | |
| 最接近 | 2020年10月15日 03:58 UTC |
| 距離 | 10,720 km (6,660 マイル) |
| 金星 のフライバイ（重力アシスト） | |
| 最接近 | 2021年8月10日 13:51 UTC |
| 距離 | 552 km (343 マイル) |
| 水星 のフライバイ（重力アシスト） | |
| 最接近 | 2021年10月1日 23:34:41 UTC |
| 距離 | 199 km (124 マイル) |
| 水星 のフライバイ（重力アシスト） | |
| 最接近 | 2022年6月23日 09:44 UTC |
| 距離 | 200 km (124.3 マイル) |
| 水星 のフライバイ（重力アシスト） | |
| 最接近 | 2023年6月19日 19:34 UTC |
| 距離 | 236 km (147 マイル) |
| 水星探査機 | |
| 宇宙船のコンポーネント | 水星惑星探査機 (MPO) |
| 軌道投入 | 2026年11月（予定） |
| 軌道パラメータ | |
| 近点高度 | 480 km (300 マイル) |
| アポヘルミオン高度 | 1,500 km (930 マイル) |
| 傾斜 | 90,0° |
| 水星探査機 | |
| 宇宙船のコンポーネント | 水星磁気圏探査機 （MMO） |
| 軌道投入 | 2026年11月（予定） |
| 軌道パラメータ | |
| 近点高度 | 590 km (370 マイル) |
| アポヘルミオン高度 | 11,640 km (7,230 マイル) |
| 傾斜 | 90.0° |
 ベピコロンボの記章 | |
ベピコロンボは、欧州宇宙機関（ESA）と宇宙航空研究開発機構（JAXA）による水星への共同ミッションである。[4]このミッションは、同時に打ち上げられた2つの衛星、水星惑星探査機（MPO）と水星磁気圏探査機（MMO）みおで構成される。[5]このミッションでは、水星の磁場、磁気圏、内部と表面の構造の特性評価など、水星の包括的な研究が行われる。 2018年10月20日午前1時45分（UTC）にアリアネ5 [2]ロケットで打ち上げられ、地球のフライバイ、金星のフライバイ2回、水星のフライバイ6回を経て、2026年11月に水星に到着する予定である。[1] [6]このミッションは、欧州宇宙機関のホライズン2000+プログラムの一環として、何年もの提案と計画を経て2009年11月に承認されました。 [7]このミッションは、同プログラムで打ち上げられる最後のミッションです。[8]
2024年5月15日、ESAは、4月26日の予定されていた操作中に「不具合」により宇宙船のスラスタがフルパワーで作動しなかったと報告した。[9] 9月2日、ESAは、減少した推力を補うために、巡航期間を11か月延長し、到着予定日を2025年12月5日から2026年11月に延期する軌道修正が行われたと報告した。[10]
名前
ベピコロンボは、イタリアのパドヴァ大学の科学者、数学者、エンジニアであったジュゼッペ・「ベピ」・コロンボ（1920年 - 1984年）にちなんで名付けられました。コロンボは、1974年のマリナー10号ミッションで使用された惑星間重力アシスト操作を初めて提案しました。この技術は、現在では惑星探査機で頻繁に使用されています。
水星磁気圏探査機「みお」の名称は、日本国民による何千もの提案の中から選ばれた。日本語で「みお」は水路を意味し、JAXAによれば、これまで達成された研究開発のマイルストーンを象徴し、今後の安全な航行を願うものだという。JAXAによると、探査機は海を航行する船のように太陽風の中を航行する。 [5]中国語と日本語では、水星は呉興によると「水の星」（水星）として知られている。
2020年4月の地球フライバイの後、ベピコロンボは一時的に地球近傍小惑星と誤認され、暫定的に 2020 GL 2と命名された。[11] [12] [13] [14]
ミッション
このミッションは3つの構成要素から成り、水星到着時に独立した宇宙船に分離する。[15]
- ESA が製造した推進用の水銀転送モジュール (MTM)。
- ESA が建造した水星惑星探査機 (MPO)。
- JAXA が建造した水星磁気圏探査機 (MMO) またはMio。
打ち上げ段階と巡航段階では、これら 3 つのコンポーネントが結合され、マーキュリー巡航システム (MCS) が形成されます。
ESAの主契約者はエアバス・ディフェンス・アンド・スペース社である。[16] ESAはミッション全体、推進モジュールとMPOモジュールの設計、開発、組み立て、試験、そして打ち上げを担当している。ドイツのダルムシュタットに拠点を置くミッションコントローラーによって運用される2機のオービターは、2018年10月20日に同時に打ち上げられた。 [17]打ち上げはフランス領ギアナのクールーにあるヨーロッパの宇宙港からアリアンVA245便で行われた。 [18]宇宙船は、太陽電気推進（イオンスラスタ）と地球、金星、そして最終的には水星での重力捕捉からの重力アシストを利用して、水星まで8年間の惑星間巡航を行う。[1] ESAのスペイン、セブレロスにある35メートル（115フィート）地上局は、すべてのミッションフェーズ中の通信用の主要な地上施設となる予定である。
2026年11月に水星の軌道に到着する予定の「みお」と「MPO」衛星は分離し、1年間共同で水星を観測する予定で、1年間の延長の可能性もあります。[1]当初は2025年12月に軌道に入る予定でしたが、4回目のフライバイ前の2024年9月にスラスターの問題が発見され、到着が2026年11月に遅れました。[19]探査機には、欧州各国と日本から提供された科学機器が搭載されています。このミッションでは、固体と液体の鉄の核（惑星の半径の3 ⁄ 4 ）の特性を調べ、それぞれの大きさを決定します。 [20]このミッションでは、重力と磁場のマッピングも完了します。ロシアは、太陽光線から永久に影になっている極地のクレーターに水氷が存在することを確認するために、 ガンマ線と中性子の分光計を提供しました。
水星は小さすぎて高温であるため、その重力では長期間にわたって大気を保持することはできないが、水素、ヘリウム、酸素、ナトリウム、カルシウム、カリウム、その他の微量元素を含む「薄い表面境界の外気圏」[21]を持っている。外気圏は、原子がさまざまな源から絶えず失われ、補充されるため、安定していない。このミッションでは、生成と脱出を含む外気圏の構成とダイナミクスを研究する。
目的
ミッションの主な目的は次のとおりです。[3] [22]
- 親星に近い惑星の起源と進化を研究する
- 水星の形状、内部、構造、地質、組成、クレーターを研究する
- 水星の外気圏、構成、ダイナミクス（生成と脱出を含む）を調査する
- 水星の磁化された外層（磁気圏）の構造とダイナミクスを研究する
- 水星の磁場の起源を調査する
- パラメータ化されたポストニュートン形式のパラメータガンマとベータを高精度で測定することにより、アインシュタインの一般相対性理論を検証する。[23] [24]
デザイン
積み重ねられた宇宙船が水星の軌道に入る位置に到達するまでには8年かかります。この間、太陽電気推進と9回の重力補助を使用し、2020年4月に地球と月、2020年と2021年に金星を通過し、2021年から2025年の間に6回水星をフライバイします。[1]
積み重ねられた宇宙船は、3.475 km/s (2.159 mi/s) の双曲的超過速度で地球を離れました。当初、宇宙船は地球の軌道に似た太陽中心軌道に配置されました。宇宙船と地球の両方が1周半した後、地球に戻って重力アシスト操作を実行し、金星の方向に方向転換しました。2回連続した金星フライバイにより、推力をほとんど必要とせずに近日点が太陽-水星間距離に近づきました。6回の水星フライバイのシーケンスにより、相対速度は1.76 km/s (1.09 mi/s) に低下します。4回目の水星フライバイの後、宇宙船は水星の軌道に似た軌道にあり、水星の概ね近くにとどまります ([1] を参照)。最後の4回の推力アークにより、相対速度が低下し、2026年11月に水星が宇宙船を「弱く」捕獲して極軌道に入ります。探査機を水星の遠心距離178,000キロメートル（111,000マイル）の周回軌道に乗せるには、わずかな操作で十分である。その後、探査機は分離し、化学スラスタを使用して軌道を調整する。[25] [26]
歴史
ベピコロンボ計画の提案は2000年にESAによって選定された。科学ペイロードの提案依頼は2004年に出された。 [27] 2007年にアストリウムが主契約者に選ばれ、アリアン5号が打ち上げロケットに選ばれた。[27]当初の打ち上げ予定日は2014年7月だったが、主に太陽電気推進システムの開発が遅れたため、何度か延期された。[27] 2017年のミッションの総費用は20億米ドルと見積もられた。[28]
スケジュール
ベピコロンボ · 地球 ・ 金星 · 水星 · 太陽
より詳細なアニメーションについては、このビデオをご覧ください
2021年現在[アップデート]、ミッションスケジュールは以下のとおりです。[1]
コンポーネント
水銀輸送モジュール
水星輸送モジュール (MTM) は、キセノン推進剤 1,400 kg (3,100 ポンド) を含む 2,615 kg (5,765 ポンド) の質量を持ち、スタックの底部にあります。その役割は、2 つの科学探査機を水星まで運び、巡航中にそれらをサポートすることです。
MTMは、主な宇宙船の推進力として太陽電気推進システムを備えています。4つのQinetiQ -T6イオンスラスタは、単独またはペアで動作し、最大290mNの総合推力を発揮します。[42]これは、宇宙で動作したイオンエンジンアレイの中で最も強力なものです。MTMは、長さ14メートル（46フィート）のソーラーパネル2枚のおかげで、2つの冬眠中のオービターと太陽電気推進システムに電力を供給します。[43]探査機の太陽からの距離に応じて、生成される電力は7〜14kWの範囲になり、各T6は、必要な推力レベルに応じて2.5〜4.5kWを必要とします。
太陽電気推進システムは、通常、非常に高い比推力と低い推力を持っています。これにより、惑星の重力アシストによって中断される、数か月に及ぶ継続的な低推力ブレーキフェーズを伴う飛行プロファイルがもたらされ、宇宙船の速度が徐々に低下します。水星軌道投入の直前に、MTMは宇宙船スタックから切り離されます。[43] MTMから分離された後、MPOは、 Mioがミッション軌道に到達するまで、Mioに必要なすべての電力とデータリソースをMioに提供します。MioとMPOの分離は、スピン排出によって行われます。
水星探査機
マーキュリー惑星探査機（MPO）の質量は1,150 kg（2,540ポンド）で、片面ソーラーアレイを使用しており、最大1000ワットの電力を供給でき、温度を200℃（392℉）以下に保つための光学ソーラーリフレクターを備えています。ソーラーアレイは、十分な電力を生成しながら温度を制限するために、太陽の入射角を低く保ちながら連続的に回転する必要があります。 [43]
MPOには、カメラ、分光計（赤外線、紫外線、X線、γ線、中性子）、放射計、レーザー高度計、磁力計、粒子分析装置、Kaバンドトランスポンダー、加速度計など11個の機器が搭載される。ペイロードコンポーネントは、より広い視野を提供するためにメインラジエーターに直接設置されたMERTISおよびPHEBUS分光計を除き、検出器の温度を低く抑えるために宇宙船の天底側に搭載されている。[43]
宇宙船の天頂側の短いブームに、耐熱性1.0メートル（3フィート3インチ）の高利得アンテナが取り付けられている。通信はXバンドとKaバンドで行われ、平均ビットレートは50kbit /s、総データ量は1550Gbit /年となる。ESAのスペイン、セブレロスにある35メートル（115フィート）地上局は、すべてのミッションフェーズで通信のための主要な地上施設となる予定である。[43]
科学ペイロード
水星探査機の科学搭載機器は11個から構成されている: [44] [45]
- ベピコロンボレーザー高度計（BELA）は、ベルン大学、マックスプランク太陽系研究所（MPS）、アンダルシア天体物理学研究所と協力してDLRによって開発されました。[46]
- イタリアが開発したイタリアスプリング加速度計（ISA）
- 水銀磁力計（MPO-MAG、MERMAG）はドイツとイギリスによって開発された[43]
- ドイツが開発した水銀放射計と熱赤外線分光計（MERTIS）
- ロシアが開発した水銀ガンマ線・中性子分光計（MGNS）
- レスター大学、マックス・プランク太陽系研究所（MPS）、マックス・プランク地球外物理学研究所（MPE）によって開発・構築された水星イメージングX線分光計（MIXS） 。[47] [48]
- イタリアと米国が開発した水星探査機電波科学実験（MORE）
- フランスとロシアが開発した紫外線分光法によるハーミーン外気圏探査（PHEBUS）
- 外気圏再充填および放出中性粒子存在量の探索（SERENA）[49]は、 2台の中性粒子分析装置と2台のイオン化粒子分析装置で構成されています。
- イタリアが開発したELENA（放出低エネルギー中性原子）
- STROFIO（回転磁場型質量分析計）は米国で開発された。[50]
- スウェーデンで開発されたMIPA（小型イオン沈殿分析装置）
- PICAM（惑星イオンカメラ）は、宇宙研究所（Institut für Weltraumforschung、IWF）、ロシア宇宙研究所（IKI）、環境科学研究所（CETP/IPSL）、欧州宇宙研究技術センター（ESTEC）、素粒子原子核物理学研究所（KFKI-RMKI）、マックス・プランク太陽系研究所（MPS）によって開発されました。[46]
- MPO BepiColombo統合観測システム（SIMBIO-SYS）用の分光計と撮像装置、高解像度ステレオカメラ、可視および近赤外線分光計、イタリア、フランス、スイスによって開発
- フィンランドとイギリスが開発した太陽強度X線および粒子分光計（SIXS） 。
ミオ（水星磁気圏探査機）
みお、または水星磁気圏探査機（MMO）は、主に日本によって開発および製造され、面から面までの長さが180センチメートル（71インチ）、高さが90センチメートル（35インチ）の短い八角柱の形をしています。[3] [51]質量は285キログラム（628ポンド）で、5つの機器グループ（日本の研究者が実行するプラズマとダストの測定用4つと、オーストリアの磁力計1つ）で構成される45キログラム（99ポンド）の科学的ペイロードが含まれています。[3] [52] [53]
Mioは、スピン軸が水星の赤道に垂直になるように15rpmでスピン安定化される。MPOの軌道の外側、高度590 × 11,640 km（370 × 7,230 mi）の極軌道に入る。[52]八角形の上部と下部は、アクティブ温度制御用のルーバー付きのラジエーターとして機能します。側面は90ワットを供給する太陽電池で覆われています。地球との通信は、直径0.8 m（2フィート7インチ）のXバンドフェーズドアレイ高利得アンテナと、Xバンドで動作する2つの中利得アンテナを介して行われます。テレメトリは、 1年以上と予想される宇宙船の寿命を通じて、年間160 Gb 、約5 kbit/sを返します。反応および制御システムは、コールドガススラスタに基づいています。水星軌道に放出された後、「みお」は長野県臼田宇宙空間観測所の64メートル（210フィート）アンテナを使用して相模原宇宙運用センターによって運用される。[44]
科学ペイロード
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ミオは総重量45kg（99ポンド）の科学機器を5組搭載している。[3] [44]
- 水星プラズマ粒子実験 (MPPE) は、水星、水星の磁気圏、太陽風からのプラズマと中性粒子を研究します。以下の機器が使用されます。
- 水銀電子分析装置（MEA1およびMEA2）
- 水銀イオン分析装置 (MIA)
- 質量スペクトル分析装置（MSA）、プラズマ物理学研究所（LPP）、マックス・プランク太陽系研究所（MPS）、ブラウンシュヴァイク工科大学IDA 、宇宙科学研究所（ISAS）によって開発された[54]
- 高エネルギー粒子電子計測装置（HEP-ele）
- 高エネルギー粒子イオン計測装置（HEP-ion）
- エネルギー中性子分析装置 (ENA)
- 水星磁力計（MMO-MGF）は、水星の磁場、磁気圏、惑星間太陽風を研究します。
- プラズマ波調査（PWI）は、磁気圏と太陽風からの電場、電磁波、電波を研究します。
- 水星ナトリウム大気スペクトルイメージャー（MSASI）は、水星の薄いナトリウム大気を研究します。
- 水銀ダストモニター（MDM）は、惑星と惑星間空間からの塵を研究します。
水銀表面要素（キャンセル）
水星表面要素（MSE）は、予算上の制約により2003年にキャンセルされました。[8]キャンセルされた時点で、MSEは44kg（97ポンド）の小型着陸機で、水星の表面で約1週間稼働するように設計されていました。[25]直径0.9メートル（2フィート11インチ）の円盤型で、境界線付近の緯度85°に着陸するように設計されていました。ブレーキ操作により、着陸機は高度120メートル（390フィート）で速度ゼロになり、その時点で推進ユニットが放出され、エアバッグが膨張し、モジュールは最大衝突速度30メートル/秒（98フィート/秒）で地表に落下します。科学的データは機内に保存され、クロスダイポールUHFアンテナを介してMPOまたはMioに中継されます。 MSEは、画像システム（降下カメラと表面カメラ）、熱流および物理的特性パッケージ、アルファ粒子X線分光計、磁力計、地震計、土壌貫通装置（モール）、およびマイクロローバーで構成される7kg（15ポンド）のペイロードを搭載する予定でした。[55]
参照
参考文献
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小惑星センター
に提出されたにもかかわらず
、地球近傍小惑星と間違えられました。小惑星センターによって小惑星2020 GL2として発表された「発見」は、その後すぐに撤回されました。これは、ロゼッタ（別名2007 VN84）
と
ガイア
（
別名2015 HP116）に続いて、地球フライバイ中に宇宙船が「新しい小惑星」と誤って発表された3回目のことでした。ちなみに、これら3つはすべて
ESAの
ミッションです。
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- ^ 「ベピコロンボの着陸船」ESA、2002年2月20日。 2014年2月7日閲覧。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ベピコロンボに関連するメディアがあります。
- 欧州宇宙機関のBepiColomboウェブサイト
- 欧州宇宙機関によるベピコロンボ作戦ウェブサイト
- JAXAによるBepiColomboウェブサイト
- JAXA宇宙科学研究所によるBepiColomboウェブサイト
- NASAの太陽系探査計画BepiColomboのウェブサイト
- 国立宇宙科学データセンターによるベピコロンボのウェブサイト
- ヨハネス・ベンコフ、村上剛、松岡綾子編『水星へのベピコロンボミッション』。スペースサイエンスレビュー。216–217 （2020–2021 ）
- ESA の eoPortal における BepiColombo に関する記事
