カシオペ

カシオペ

CASSIOPE がFalcon 9 v1.1で打ち上げられる
ミッションタイプ	テクノロジー コミュニケーション リサーチ
オペレーター	カルガリー大学
コスパーID	2013-055A
SATCAT番号	39265
Webサイト	http://www.asc-csa.gc.ca/eng/satellites/cassiope.asp
ミッション期間	主任務: 18か月[1] 設計寿命: 2年[2] [3] 経過期間: 11年1日
軌道完了	53807 [4]
宇宙船の特性
バス	MAC-200
メーカー	MDA （主契約者） Magellan Aerospace （下請け業者） Com Dev （下請け業者）
打ち上げ質量	500 kg (1,100 ポンド) [3]
寸法	180×125 cm（71×49インチ）[3]
力	最大600Wの発電が可能な5枚のソーラーパネル[3]
ミッション開始
発売日	2013年9月29日 16:00  UTC ( 2013-09-29UTC16Z )
ロケット	ファルコン 9 v1.1
発射場	ヴァンデンバーグ SLC-4E
請負業者	スペースX
軌道パラメータ
参照システム	地球中心
政権	低地
半長軸	7,063 km (4,389 マイル) [4]
偏心	0.0526838 [4]
近地点高度	320 km (200 マイル) [4]
遠地点高度	1,064.2 km (661.3 マイル) [4]
傾斜	80.9604度[4]
期間	98.46分[4]
ラーン	349.3323度[4]
近地点の引数	335.9358度[4]
平均異常	21.8度[4]
平均運動	14.6254 [4]
エポック	2024年1月30日 12:46:11 UTC [4]

カスケード、スモールサット、電離層極地探査機（CASSIOPE）^[5]は、カナダ宇宙庁（CSA）のマルチミッション衛星であり、カルガリー大学が運用しています。打ち上げから2018年2月までのミッション開発と運用は、CSAとテクノロジーパートナーシップカナダプログラムを通じて資金提供されました。^[5] 2018年2月、CASSIOPEはサードパーティミッションプログラム^{[永久デッドリンク]}（Swarm Echo、またはSwarm-Eとして知られる）を通じて、欧州宇宙機関のSwarmコンステレーションの一部となりました。 ^{[6] 2013年9月29日、} SpaceXファルコン9 v1.1ロケットの初飛行で打ち上げられました。 ^{[2] [7]} CASSIOPEは、通信と科学研究の分野で2つのミッションを遂行するカナダ初のハイブリッド衛星です。主な目的は、宇宙天気の科学をより深く理解するための情報収集と、高度な宇宙技術の使用による高速通信コンセプトの検証です。

この衛星は楕円軌道^{[8]の極軌道 [9]}に展開され、カスケードと呼ばれる商用通信システムとe-POP（強化極域流出探査機）と呼ばれる科学実験パッケージを搭載している^{[9] 。}

段階的着陸の後、ファルコン9の第一段はSpaceXによって制御降下と着陸のテストに使用された。第一段は海に衝突して破壊されたが、重要なデータが取得され、テストは成功とみなされた。^[10]

カシオペは、長さ180cm（5.9フィート）、高さ125cm（4.10フィート）の500kg（1,100ポンド）の小型衛星です。コスト効率を高め、リスクを軽減するために、2つの異なるミッションの機能を組み合わせています。^[11]

この宇宙船は、カスケード商用 通信システムとe-POPと呼ばれる科学ペイロードという2つの機器スイートを主なペイロードとして搭載しています。

カスケードと名付けられたこの商用ペイロードは、商業利用のためのデジタルブロードバンド宅配サービスの概念実証を目的とした、空中の技術実証宅配便である。MDAによって構築されたこの衛星の運用コンセプトは、衛星が地球を周回する際に非常に大きなデータファイルを受信し、一時的に衛星上に保存し、後で世界中のほぼあらゆる目的地に配信するというものである。^[11]

このデモ機は、CASSIOPE が地球のほとんどの場所を 1 日に 15 回通過するという事実を利用して、安全なデジタルストア アンド フォワードファイル配信サービスを提供します。 ^{[誰が説明しましたか? ]}これは宅配便サービスであり、顧客は 1 メートルまたは 2 メートル (3 フィートまたは 6 フィート) の小型パラボラ アンテナを使用して、1.2 ギガビット/秒の速度でファイルをアップロードまたはダウンロードします。ストレージ容量は 50 ギガバイトから 500 ギガバイトで、データ配信時間は地球上の集荷および保管ポイントに応じて約 90 分です。^{[引用が必要]}

CASSIOPEのe-POP部分は、8つの科学機器で構成されています。カルガリー大学の宇宙研究所が科学プロジェクトを主導し、MDAは宇宙船の打ち上げと運用を含むミッションの主契約者です。軌道科学ミッションの期間は21か月の予定です。^[9]

e-POP は上層大気の太陽嵐に関するデータを収集します。これらの嵐は、北半球の空で見られる極地オーロラまたはオーロラを引き起こします。これらの大気の輝きはスリリングな夜の光景を提供しますが、誘発する放射線は無線通信、 GPSナビゲーション、およびその他の宇宙ベースのシステムに干渉する可能性があります。^[要出典] CASSIOPE に搭載された 8 つの科学機器は、科学者が太陽の天気を理解し、最終的にはその有害な影響を軽減するための対策を計画するのに役立ちます。^[8]

e-POPペイロードには8つの科学機器が搭載されている: ^[12]

• コヒーレント電磁波トモグラフィー（CER）、電波伝搬と電離層シンチレーションの測定
• 高速オーロライメージャー（FAI）は、大規模なオーロラ放射を測定します。
• GPS高度プロファイリング実験（GAP）、高精度の位置と姿勢の決定
• イメージングおよび高速走査イオン質量分析計（IRM）、イオンの3次元分布を測定
• フラックスゲート磁力計（MGF）、高精度磁場摂動測定
• 中性粒子の質量、組成、速度を測定する中性質量分析計（NMS）
• 無線受信装置（RRI）、電波伝搬の測定
• 超熱電子イメージング装置（SEI）、低エネルギー電子分布の測定

2013年9月29日の打ち上げ成功後、CASSIOPEは2014年1月1日まで試運転段階に入り、宇宙船バスやペイロードに不具合は検出されなかった。キルナ（スウェーデン）、イヌヴィク（カナダ）、南極のベルナルド・オイギンス将軍基地のドイツ南極受信局の3つの地上局が利用された。通常運用は2015年3月まで行われる予定だった。このミッションは、当時カナダ政府の一部であった産業技術局を通じた技術パートナーシップカナダプログラムの資金提供により延長された。2018年2月、欧州宇宙機関はサードパーティミッションプログラム^{[永久デッドリンク]}を通じて、このミッションをSwarm衛星群に統合し、低地球軌道での宇宙天気データ収集における2つのミッションの相乗効果を認め、CASSIOPEを「Swarm-Echo」と名付けた。この提携により、地上局との交信が 1 日 1 回ではなく 4 回可能となり、e-POP 機器スイートからダウンロードできるデータの量が大幅に増加しました。

2016年8月11日、宇宙船の姿勢制御に使用されている4つのリアクションホイールのうち1つが故障しました。3軸安定指向には3つのホイールしか必要ないため、これは宇宙船の運用に大きな影響を与えませんでした。2021年2月27日に2つ目のリアクションホイールが故障し、宇宙船はゆっくりと回転する安全姿勢構成に強制されました。2021年9月、残りの2つのホイールにバイアスモーメント構成を実装し（ホイールを反対方向に回転させる）、姿勢制御に磁気トルクロッドを使用することで、3軸安定制御が回復しました。3か月後の2021年12月17日、3つ目のリアクションホイールが故障し、宇宙船は固定姿勢指向のための実行可能な方法を失いました。ほとんどのe-POP機器は完全に動作していましたが、安定した指向がなければ科学目標の多くを達成できず、2021年12月31日にミッションの運用部分が完了しました。^[13]

CASSIOPEとなった衛星は、1996年にPolar Outflow Probe（POP）と呼ばれる小型（70kg）で安価な超小型衛星の構想から始まった。カナダ宇宙庁は1997年に実現可能性調査に資金を提供し、2000年から2005年にかけて修正されたミッション構想が生まれた。^[9] 修正された構想は、e-POPと呼ばれるPOPの強化版と、MDA CorporationのCascadeと呼ばれる商用衛星を1つの衛星に統合し、将来の他のカナダの衛星ミッションにも役立つ汎用 的で低コストの小型衛星バスを設計・構築することだった。

8つのe-POP科学機器は2005年から2007年にかけて構築、調整、テストされ、2008年から2009年には宇宙船レベルのテストのために衛星バスに統合されました。^[9]

この衛星は2013年9月29日にSpaceXのFalcon 9 v1.1ロケットで打ち上げられた。^[14]

2005年に打ち上げ契約が締結された当時、計画されていた打ち上げ機はSpaceXの ファルコン1だった。打ち上げは当初2008年にオメレク島から予定されていた。打ち上げ日は数回延期され、SpaceXがファルコン1の製造を中止した後、打ち上げは2010年6月にはるかに大型のファルコン9に変更された。 ^{[8] [15]}

MDAは、CASSIOPEペイロードを、基本的に新しい打ち上げロケットの初飛行、つまり非運用のデモ打ち上げに搭載するためにSpaceXと契約しました。^[16]オリジナルのFalcon 9からアップグレードされたFalcon 9 v1.1は、60％重いロケットで、推力も60％増加しています。^{[16]この飛行は、ロケットの能力に比べて非常に小さなペイロード質量で契約され、SpaceXの技術デモミッションであったため、SpaceX Falcon 9} LEOミッションの通常の公表価格の約20％の割引価格で行われました。^[17]

これは新しい打ち上げロケットの初飛行であったため、米空軍はミッションの全体的な失敗確率をほぼ50％と見積もっていた。^{[18]結局、ミッションは成功し、その後の13回のファルコン9 v1.1ミッションもすべて成功したが、2015年6月に}ファルコン9フライト19でロケットの故障とミッション喪失が発生した。

カシオペの打ち上げに使用されたファルコン9の上段ロケットは、2016年1月20日時点で近地点高度317km（197マイル）、遠地点高度1,283km（797マイル）の、衰退しつつある楕円低軌道上に放置^{[アップデート]}されていた。 ^[19]

第二段がブースター段から分離された後、スペースXはブースターが制御された状態で下層大気圏に再突入し、減速して模擬水上着陸を試みるという斬新な飛行試験を実施した。 ^[20] テストは成功したが、ブースター段は回収されなかった。

2013年9月29日の打ち上げの3分間のブースト段階の後、ブースターステージの姿勢が反転し、9基のエンジンのうち3基が計画通り高高度で再点火し、減速を開始して海面への降下軌道を制御した。テストの第1段階はうまく機能し、第1段は安全に再突入した。^[14]

しかし、大気圏降下中に空気力学的な力により第一段がロールし始め、ロール速度がブースター姿勢制御システム（ACS）の能力を超えてロールをゼロにしてしまった。タンク内の燃料はタンクの外側に遠心分離され、低高度減速操作に関与していた単一のエンジンが停止した。第一段の残骸はその後海から回収された。^[14]

SpaceXは第2段のミッション後テストも実施した。2013年9月29日のCASSIOPE飛行ではいくつかの新機能が無事にテストされたが、第2段再起動テストで問題が発生した。ロケットが主要ペイロード（CASSIOPE）とすべてのナノサット二次ペイロードを展開した後、第2段Merlin 1D真空エンジンを再点火するテストは失敗した。 ^[10] 第2段が低地球軌道を惰性で飛行している間、エンジンは再起動に失敗した。

CASSIOPEの主要ペイロードを搭載した同じ打ち上げロケットで軌道に乗せられた5機の超小型衛星宇宙船: ^[11]

• CUSat、コーネル大学
• 抗力および大気中性密度探査機(DANDE)、コロラド大学ボルダー校
• 3つの極軌道受動大気較正球（POPACS）は、それぞれ直径10cm（4インチ）の白いアルミニウム球で、モアヘッド州立大学、アーカンソー大学、モンタナ州立大学、ドレクセル大学、およびプラネタリーシステムズコーポレーションの共同プロジェクトです。^[21]

• ファルコン9とファルコンヘビーの打ち上げリスト

• Yau, Andrew W.; James, H. Gordon (2009 年 6 月)。「CASSIOPE 強化極域流出探査機 (e-POP) 小型衛星ミッション: 宇宙プラズマ観測と国際協力」。AIP会議議事録。1144 : 192–195。Bibcode :2009AIPC.1144..192Y。doi :10.1063/1.3169287。
• 藤川 信子、早川 肇、鶴田 幸一郎、他 (2005)。e-POP/CASSIOPE 宇宙船に搭載された中性粒子質量速度分光計 (NMS) (PDF)。2005 年日本地球惑星科学合同会議国際セッション。
• ヤウ、アンドリュー W.、ジェームズ、H. ゴードン (2011)。「カナダの CASSIOPE 強化極域流出探査機 (e-POP) 小型衛星ミッションの科学的目的」。太陽、太陽風、太陽圏。IAGA スペシャル ソプロン ブック シリーズ、第 4 巻。Springer オランダ。pp. 355–364。Bibcode :2011sswh.book..355Y。doi :10.1007 / 978-90-481-9787-3_26。ISBN 978-90-481-9786-6。
• Yau, AW; James, HG; Bernhardt, PA; 他 (2009 年 4 月)。「カナダの強化極域流出探査機 (e-POP) ミッション: 現在の状況と計画されている観測およびデータ配布」。データ サイエンス ジャーナル。8 : S38 – S44。doi : 10.2481/dsj.8.S38。

• カナダ宇宙庁のカシオペ
• マクドナルド、デトワイラー＆アソシエイツの CASSIOPE