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 クライオサットの実物大モデル | |||||||||
| ミッションタイプ | 地球観測 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| オペレーター | 欧州宇宙機関 | ||||||||
| コスパーID | 2010-013A | ||||||||
| SATCAT番号 | 36508 | ||||||||
| Webサイト | www.esa.int/SPECIALS/Cryosat/index.html | ||||||||
| ミッション期間 | 3年（予定） 経過：14年8ヶ月6日 | ||||||||
| 宇宙船の特性 | |||||||||
| メーカー | EADS アストリウム | ||||||||
| 打ち上げ質量 | 720キログラム（1,590ポンド） | ||||||||
| 乾燥質量 | 684キログラム（1,508ポンド） | ||||||||
| 寸法 | 4.6×2.3メートル（15.1フィート×7.5フィート） | ||||||||
| 力 | 850ワット | ||||||||
| ミッション開始 | |||||||||
| 発売日 | 2010 年 4 月 8 日、13:57:04 UTC [1] | ||||||||
| ロケット | ドニエプル | ||||||||
| 発射場 | バイコヌール 109/95 | ||||||||
| 請負業者 | ISCコスモトラス | ||||||||
| 軌道パラメータ | |||||||||
| 参照システム | 地球中心 | ||||||||
| 政権 | ローアース | ||||||||
| 近地点高度 | 718キロメートル（446マイル）[2] | ||||||||
| 遠地点高度 | 732キロメートル（455マイル）[2] | ||||||||
| 傾斜 | 92.03度[2] | ||||||||
| 期間 | 99.16分[2] | ||||||||
| エポック | 2015 年 1 月 24 日、20:44:24 UTC [2] | ||||||||
| トランスポンダー | |||||||||
| バンド | Sバンド（TT&Cサポート） Xバンド（科学データ取得） | ||||||||
| 帯域幅 | 8kbit/s ダウンロード (S バンド) 100 Mbit/s ダウンロード (X バンド) 2 kbit/s アップロード (S バンド) | ||||||||
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 CryoSat-2ミッション のための ESA 地球記章 | |||||||||
CryoSat-2は、 2010年4月8日に打ち上げられた欧州宇宙機関（ESA）の地球探査ミッションです。 [3] CryoSat-2は、極地の海氷の厚さを測定し、氷床の変化を監視することを目的としています。[4]その主な目的は北極の海氷の薄化を測定することですが、南極や海洋学など、他の地域や科学的目的にも応用されています。[5]
CryoSat-2は、2005年10月の打ち上げ失敗により軌道に乗れなかったCryoSat-1の代替として製造されました。 [6] CryoSat-2は、5年後の2010年に、アップグレードされたソフトウェアを搭載し、予想される経年変化の約10％の精度で氷の厚さの変化を測定することを目指して打ち上げられました。[7]以前の衛星高度測定ミッションとは異なり、CryoSat-2は比類のない北極圏をカバーし、88˚Nに達します（以前のミッションは81.5˚Nに制限されていました）。[8]
このミッションの主な搭載機器は、表面標高を測定する合成開口レーダー（SAR）干渉レーダー高度計（SIRAL）です。[9]海面高度と海氷表面高度の差を差し引くことで、海氷のフリーボード（海面上に浮いている氷の部分）を計算できます。フリーボードは、海氷が静水圧平衡状態で浮いていると仮定することで、海氷の厚さに変換できます。[10]
CryoSat-2は、ESAのLiving Planet Programmeにおけるより広範なCryoSatミッションの一部です。[11]この宇宙船はEADS Astriumによって製造され、ISC Kosmotrasによってドニエプルロケットで打ち上げられました。2010年10月22日、CryoSat-2は6か月間の軌道上試験を経て運用開始が宣言されました。[12]
ミッションの背景
CryoSat計画の最初の提案は、1998年7月に欧州宇宙機関のLiving Planet計画の一環として行われた地球探査ミッションの提案募集の一環として提出された。 [13] [14]これは1999年にさらなる研究のために選ばれ、実現可能性調査の完了後にミッションが承認された。建造段階は2001年に始まり、2002年にEADS Astriumが宇宙船の建造契約を獲得した。また、 Rokot / Briz-KM運搬ロケットを使用して衛星の打ち上げを行う契約がEurockotと締結された。[13]
最初の宇宙船の建造は2004年8月に完了した。試験の後、宇宙船は2005年8月にロシアのプレセツク宇宙基地に輸送され、9月1日に到着した。 [15]打ち上げは10月8日にサイト133/3から行われたが、ロケットの飛行制御システムのコマンドが欠落していたため、第2段エンジンは予定された燃焼の終了時に停止せず、代わりに段が枯渇した。[16]これにより第2段とブリズKMが分離できず、結果としてロケットは軌道に到達できなかった。宇宙船はグリーンランド北部の北極海に再突入した際に行方不明となった。[17] [18]
クライオサットミッションは地球温暖化と極地の氷床減少を理解する上で重要であるため、代替衛星が提案された。[19] [20]クライオサット2の開発は、失敗から5か月も経たない2006年2月に承認された。[21]
発達
CryoSat-2は前身と同様にEADS Astrium社によって建造され、主要機器はThales Alenia Space社によって製造された。[22]宇宙船の主要機器の建造と試験は2008年2月までに完了し、宇宙船の残りの部分と統合するために出荷された。[23] 2009年8月、最初のミッション以来再設計された宇宙船の地上インフラは使用可能と宣言された。[24]宇宙船の建造と試験は9月中旬までに完了した。[25] CryoSat-2ミッションのプロジェクトマネージャーは、最初のCryoSatミッションのシステムマネージャーであったリチャード・フランシス氏であった。[26]
CryoSat-2は元の宇宙船とほぼ同じコピーであるが[27]、バックアップレーダー高度計の追加などの改造が行われた。[25]宇宙船が再建されたとき、合計85の改良が行われた。[28]
ミッションの目的
当初の目的
CryoSatミッションの目的は、地球の氷床と海洋氷床の氷の厚さの変化を特定することです。[29]その主な目的は、北極海の氷の厚さを測定し、北極海の氷が気候変動により薄くなっているという仮説を検証することです。[29]さらに、このミッションは、南極とグリーンランドの氷の厚さの変化を監視し、それが海面上昇にどのように影響するかを判断することを目指しています。[29]ミッションの目的は次のように要約できます。
- 北極海の海氷厚の傾向を判断する
- 南極とグリーンランドが海面上昇にどの程度寄与しているかを判断する
- 北極と南極の海氷の厚さの変動を観察する
- 地球の氷床と氷河の厚さの変化を観察する
拡張目標
クライオサットはクライオサット2の打ち上げにより当初のミッション目的を達成したため、新たな目的を掲げてミッションが延長されました。[29]
- 氷床の縁、氷河、氷冠の空間的および時間的変動を評価する
- 極地の海洋変動を調査する
- 運用および予測サービスへの製品の貢献を調査する
- ミッションの継続性を確保するために現在のデータ記録を拡張する
- 降雪と表面氷の融解が氷圏気象にどのように影響するかを評価する
- 南極海の海氷の厚さの推定値を取得する
- 内水の変化を観察する
ミッション準備
2006年2月に承認されたとき、クライオサット2の打ち上げは2009年3月に予定されていました。 [21]当初は前身と同様にロコットロケットで打ち上げられる予定でしたが、[30]利用可能な打ち上げ機が不足していたため、代わりにドニエプルロケットが選択されました。ISCコスモトラスが打ち上げを実行するために契約されました。[31]以前のミッションの遅延と射程距離の問題により、打ち上げは2010年2月まで延期されました。[32]
クライオサット2号の打ち上げに割り当てられたドニエプルロケットは、 2009年12月29日に列車でバイコヌール宇宙基地に到着した。 [33] 2010年1月12日、ロケットの最初の2段が打ち上げ用キャニスターに積み込まれ、キャニスターは打ち上げ場への輸送の準備が整った。[34] 1月14日、キャニスターはサイト109/95に運ばれ、サイロに設置された。翌日、第3段がサイロに運ばれ、ロケットの上に設置された。[35]
クライオサット2は建造完了後、打ち上げを待つために保管された。[25] 2010年1月、宇宙船は保管場所から取り出され、打ち上げのためにバイコヌール宇宙基地に輸送された。1月12日にミュンヘン・フランツ・ヨーゼフ・シュトラウス空港をアントノフ An-124機で出発し、 [36]翌日バイコヌール宇宙基地に到着した。[37] [38]発射場到着後、最終組み立てと試験が行われた。[39]
最終試験中に、技術者らは宇宙船のXバンド（NATO H / I / Jバンド）通信アンテナが、本来送信すべき電力のごく一部しか送信していないことを検出した。熱画像診断により、宇宙船の奥深くにあるアンテナへの導波管が非常に高温になっていることがわかった。失われた電力が消費されていたのは明らかだった。導波管は通常、衛星を大幅に分解しなければ検査も修理もできない。分解していたら、ヨーロッパの施設に戻す必要があり、打ち上げが大幅に遅れることになる。これを避けるため、地元の外科医が呼ばれ、内視鏡で部品を検査した。[40]外科医のタチアナ・ジコワ[41]は、チューブの中に2つのフェライト片が詰まっているのを発見し、両方を取り除くことができた。技術者らは磁石を使って2つ目のフェライト片の除去を手伝うことができた。[40]フェライトは、アンテナの性能向上を目的とした、アンテナ奥深くに設置された吸収負荷から来たものであることが判明した。さらなる破片が導波管内に落ちるのを防ぐために、アンテナのベース内部からフェライト（この負荷の残りの部分）の一部が除去されました。[40]
2月4日、CryoSat-2宇宙船は打ち上げのために燃料を補給された。その後、2月10日にペイロードアダプターに取り付けられ、ペイロードフェアリングに封入され、[42]スペースヘッドモジュールと呼ばれるユニットを形成した。[39]これはクロコダイルと呼ばれる乗り物で発射台に運ばれ、運搬ロケットの上に設置された。[43]ロールアウトは2月15日に行われ、翌日、衛星はロケットへの統合後のシステムをテストするために起動された。[42]
打ち上げ
宇宙船がドニエプル川の頂上に設置されたとき、打ち上げは2月25日13時57分（UTC）に予定されていた。[44]これに先立ち、練習のカウントダウンは2月19日に予定されていた。[43]練習開始予定の数時間前に、ISCコスモトラスは打ち上げが遅れたと発表し、その結果、練習は行われなかった。[42]この遅れは、第2段操縦エンジンに十分な量の予備燃料がないとの懸念が原因であった。[45]
遅延の後、スペース ヘッド モジュールはロケットから取り外され、2 月 22 日に統合棟に戻されました。[42]統合棟にある間、宇宙船が正常に機能していることを確認するために毎日検査が行われました。燃料問題が解決すると、打ち上げは 4 月 8 日に再スケジュールされ、打ち上げ作業が再開されました。[46] 4 月 1 日、スペース ヘッド モジュールはサイロに戻され、ドニエプルの上に再設置されました。統合テストの後、4 月 6 日に練習カウントダウンが無事に実施されました。[47]
クライオサット2号は、2010年4月8日13時57分4秒（UTC）に打ち上げられた。[1]打ち上げ成功後、[48]クライオサット2号はドニエプルロケットの上段から分離し、低軌道に投入された。衛星からの最初の信号は、打ち上げから17分後にケニアのマリンディにあるブログリオ宇宙センターの地上局で検出された。[49]
衛星機器
シラル
CryoSat-2 に搭載されている主なペイロードは、 Ku バンド(13.6 GHz)で動作する SAR 干渉レーダー高度計 (SIRAL) です。 [50]オリジナルの CryoSat とは異なり、CryoSat-2 には 2 つの SIRAL 機器が搭載されており、1 つはもう 1 つが故障した場合のバックアップとして機能します。[25]この機器は、パルス制限レーダー高度計と、合成開口および干渉信号処理を備えた 2 番目のアンテナを組み合わせています。[51] SIRAL のパルス帯域幅は 320 MHz です。[51]この機器は、測定対象の表面タイプに応じて、低解像度モード、合成開口レーダー (SAR) モード、および SAR 干渉 (SARIn) モードの 3 つのモードで動作します。[51]低解像度モードは氷床内部と海洋で使用され、SAR は海氷と海洋の可能性のある領域で使用され、SARIn は氷床の縁と山岳氷河の周囲で使用されます。[51]
低解像度モード
低解像度モードは、従来のパルス制限モードで動作します。機器が観測できる表面の面積は、高度計から送信されるレーダーパルスの長さによって制限されます。[51] 1つのアンテナがレーダー信号を送受信します。[8]このモードでは、返されるエコーが相関していないことが保証されます。[8]
低解像度モードのフットプリントは約1.7kmです。[8]このモードでのパルス繰り返し周波数は1.97kHzです。[51]
ロシア
SARモードでは、SIRALはドップラー効果を利用して、狭い軌道に沿ったビームに分割された64個のパルスのバーストを放射します。[10]各ストリップの幅は約250メートルで、バースト間の間隔は各地上位置が複数回測定されることを意味し、精度が向上します。[51]
SARフットプリントは軌道に沿って約0.31km、軌道を横切って約1.67kmである。[52]このモードでのパルス繰り返し周波数は18.181kHzである。[51]
サリン
SARInモードでは、2つのアンテナを使用して表面の傾斜を考慮します。[51] 1m離れて設置された2つのアンテナは、ほぼ同時にエコーを受信します。[51]戻り信号がオフナディアから返ってきた場合、ベースラインとエコー方向の間の角度を測定することができ、表面の傾斜を推定できます。[8]
ドリス
ドップラー軌道・無線測位統合システム（DORIS）は、クライオサット2の2番目の機器であり、宇宙船の軌道を正確に計算します。[53]宇宙船には反射鏡アレイも搭載されており、DORISによって提供された軌道データを地上から検証するための測定を行うことができます。[53] [54]
打ち上げ後、クライオサット2は近地点高度720キロメートル（450マイル）、遠地点高度732キロメートル（455マイル）、傾斜角92度、軌道周期99.2分の低軌道に投入された。[55]打ち上げ時の質量は750キログラム（1,650ポンド）で、[30]予想寿命の3年を超えている。[54]
打ち上げと初期軌道段階の運用は2010年4月11日の朝に完了し、SIRALは同日遅くに起動された。[56] 14:40 UTCに、探査機は最初の科学データを返した。[57]氷の厚さに関する初期データは、7月1日の2010 Living Planet Symposiumで、ミッションの主任研究員であるダンカン・ウィンガムによって発表された。 [58]同月遅くに、データが初めて科学者に提供された。[59]探査機は6か月間の軌道上テストと試運転を受け、2010年10月22日のレビューで終了し、探査機は予想通りに動作しており、運用を開始する準備ができていることが判明した。[60]
ミッションの活用段階は、現在ミッション マネージャーを務める Tommaso Parrinello の責任の下、2010 年 10 月 26 日に開始されました。
結果
クライオサットはクライオサット2の打ち上げによりミッション目標を達成した。[61]
海氷の厚さの推定値は、極地観測モデリングセンター、アルフレッド・ウェゲナー研究所（アルフレッド・ウェゲナー極地海洋研究所）、NASAジェット推進研究所およびゴダード宇宙飛行センターによって作成されている。[10] [62] [52] [63]北極の海氷の厚さのデータは、極地観測モデリングセンターから閲覧およびダウンロードできる。[64]
海氷の厚さの記録を夏季（5月～9月）まで拡張する作業が行われてきました。夏季には北極の海氷に融解池が存在するため、波形の戻りを海氷と海水に区別することが困難でした。[8] 2022年には、ニューラルネットワークを使用して北極の夏の海氷の記録が生成されましたが、推定値の不確実性の原因を解決するためにさらに作業を行う必要があることが認識されました。[65]
CryoSat-2のデータでは25,000の海山が示されており、データの解釈が進むにつれてさらに増えていく予定です。[66] [67] [68] [69]
サポート測定: CRYOVEX
CryoSat 計画の開始当初から、レーダー波と氷冠表面の相互作用を理解し、浮遊する海氷の測定された乾舷と厚さの関係を明らかにするために、広範囲にわたる一連の測定が必要であることは明らかでした。特に後者は積雪を考慮する必要がありました。風に吹かれて移動する海氷の場合、異なる速度で移動するプラットフォーム (表面の科学者、ヘリコプターで曳航された測深機、航空機搭載レーダー、および CryoSat 自体) から測定した場合に一貫した結果が得られる技術の開発も必要でした。CRYOVEX [28]と呼ばれる計画の下で、特定された不確実性のそれぞれの領域に対処することを目的とした多数のキャンペーンが実行されました。これらのキャンペーンは、元の CryoSat の開発中も継続され、打ち上げ後も継続される予定でした。
CryoSat-2 が建造されるとの発表を受けて、CRYOVEX 計画が延長された。雪が計測値にどのような影響を与えるかを調べ、衛星の較正用データを提供するため、南極で実験が行われた。 [70] 2007 年 1 月、欧州宇宙機関はさらなる較正および検証実験の提案依頼を発行した。[71] 2007 年にはスヴァールバル諸島でさらなる CryoVEx 実験が行われ、 [72] 2008 年にはグリーンランドとデボン氷冠への最終遠征が行われた。[73]北極圏遠征隊と、ドルニエ 228航空機に搭載されたアルフレッド ウェゲナー研究所の航空機搭載合成開口干渉レーダー高度計システム (ASIRAS) 機器によって、追加の積雪測定が行われた。[72]
参照
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外部リンク
- ESA の CryoSat ページ
- ESA Earth Online の CryoSat
- ESA eoportal の CryoSat