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欧州宇宙機関の科学プログラム[ 1 ] [ 2 ] [ a ]は、宇宙科学と宇宙探査ミッションの長期プログラムです。同機関の科学局が管理するこのプログラムは、世代キャンペーンを通じて、欧州の宇宙機関や組織が主導するミッションの開発、打ち上げ、運用に資金を提供しています。プログラムの最初のキャンペーンであるHorizon 2000は、1985年から1995年の間に8つのミッションの開発を促進し、その中にはSOHOとCluster II、XMM- Newton、Rosetta、Herschelの4つの「基幹ミッション」が含まれています。 Horizon 2000 Plus は、このプログラムの第 2 期キャンペーンであり、1995 年～ 2005 年にかけてGaia、LISA Pathfinder、BepiColomboの開発を促進しました。2005 年以降の現在のキャンペーンである Cosmic Vision は、これまでに 3 つの主要ミッションであるJUICE、Athena、LISAを含む 10 のミッションの開発に資金を提供してきました。このプログラムの次の第 4 期キャンペーンである Voyage 2050 は現在作成中です。科学プログラムでは、NASAとのCassini–Huygensでの協力やCNSAとのSMILEでの協力など、ヨーロッパ以外の機関や組織との協力が時折行われています。
科学プログラムは、欧州宇宙機関 (ESA) の科学局によって管理されており、[ 11 ]その目標には、宇宙における欧州の科学的プレゼンスの拡大、技術革新の促進、打ち上げサービスや宇宙船の運用などの欧州の宇宙インフラの維持が含まれます。[ 11 ]これは、ESA の加盟国が参加しなければならないESA の必須プログラムの 1 つです。[ 12 ] [ 13 ]加盟国は、プログラムとそのミッションの長期的な財政的安定性を確保するために、国民純生産に比例した金額を拠出します。 [ 14 ]プログラムの計画構造は、欧州の科学コミュニティが諮問機関を通じてプログラムの方向性を管理できるようにする「ボトムアップ」プロセスです。[ 7 ] [ 15 ]これらの機関は、プログラムについて事務局長と科学局長に勧告を行い、 [ 16 ] [ 17 ]その勧告は、プログラム全体の権限を持つ ESA の科学プログラム委員会 (SPC) に独立して報告されます。[ 16 ] [ 18 ]プログラムの現在の諮問構造は、天文学ワーキンググループ (AWG) と太陽系探査ワーキンググループ (SSEWG) で構成されており、[ 8 ] [ 9 ]は、機関のディレクターに報告する上級宇宙科学諮問委員会 (SSAC) に報告します。[ 17 ]諮問機関のメンバーの任期は 3 年で、[ 19 ] AWG と SSEWG の議長は SSAC のメンバーでもあります。[ 8 ] [ 9 ] [ 19 ]特定のミッション提案や計画サイクルの策定について助言するために、臨時の諮問グループが設立されることもあります。[ 10 ]
このプログラムのミッションは、欧州の科学コミュニティのメンバーがESAに提案を提出する競争を通じて選ばれます。[ 20 ]各競争では、ESAは提案が満たすべき基準となる4つのミッションカテゴリのいずれかを概説します。[ 21 ]これらは、「L」クラスの大型ミッション、「M」クラスの中型ミッション、「S」クラスの小型ミッション、「F」クラスの高速ミッションであり、それぞれ予算の上限と実施スケジュールが異なります。[ 5 ] [ 21 ]その後、提案は、 「フェーズ0」として知られる実現可能性調査の一環として、AWG、SSEWG、ESAのエンジニア、および関連する臨時のワーキンググループによってレビューされます。[ 22 ] [ 23 ]新しい技術の開発が必要なミッションは、欧州宇宙研究技術センターの同時設計施設でこれらの調査中にレビューされます。[ 24 ]調査後、最大 3 つの提案が「フェーズ A」の最終候補として選ばれ、各候補ミッションの予備設計が策定されます。[ 23 ] [ 25 ]その後、SPC は、ミッションで使用される宇宙船の開発、製造、打ち上げ、廃棄を含むフェーズ「B」から「F」に進む提案について最終決定を下します。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]フェーズ A では、各候補ミッションに 2 つの競合する請負業者が宇宙船の製造に割り当てられ、フェーズ B で勝ったミッションの請負業者が選ばれます。[ 25 ] [ 27 ]
欧州宇宙機関（ESA）は、1975年5月に欧州宇宙研究機関（ESRO）と欧州ロケット開発機構の合併により設立されました。[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] 1970年、ESROの統括機関である打ち上げ計画諮問委員会（LPAC）は、当時の組織の予算と能力を超えていると見なされた天文学や惑星探査ミッションを実施しないことを決定しました。[ 32 ] [ 33 ]これは、大規模な科学ミッションには他の政府宇宙機関や組織との協力が必要であることを意味しました。 [ 33 ]この方針は、1980年にESAの当時の科学部長エルンスト・トレンデレンブルクと、ESAの新しい権威ある科学計画委員会（SPC）がハレー彗星へのジオットフライバイ偵察ミッションとヒッパルコス天体位置測定ミッションの打ち上げを選定したことにより、事実上覆されました。[ 34 ] [ 35 ] 1983 年 3 月に国際紫外線探査機観測所が選定されたことに加え、 [ 35 ]これら 3 つのミッションは、アリアンスペース社のロケットで打ち上げられた最初のヨーロッパの科学ミッションであり、これによりヨーロッパは打ち上げサービスに関して自主性を獲得した。[ 36 ] [ 37 ]
科学ミッションの長期計画の欠如に加え、NASAが共同で進めていた国際太陽極ミッション (後にユリシーズと命名) の予算が後退したこともあって、[ 38 ] ESA が他の機関や組織に頼らずに長期間にわたってミッションを計画できるような長期科学プログラムの開発が促された。[ 38 ] [ 39 ] ESA の科学局のリーダーシップと諮問構造は、プログラム設立直前に変更された。1970 年代には、LPAC の後継である ESA の科学諮問委員会 (SAC) が、すべての科学事項について局長に助言していた。天文学作業部会 (AWG) と太陽系作業部会 (SSWG) も局長に直接報告していた。[ 40 ] 1980 年代初頭には、SAC は宇宙科学諮問委員会 (SSAC) に置き換えられ、AWG と SSWG の進展について科学局長に報告する任務を負った。[ 41 ]さらに、1983年5月には、元SAC議長のロジャー＝モーリス・ボネがトレンデレンブルクの後任として科学部長に就任した。[ 42 ]
1983 年 11 月と 12 月に、ESA は、1983 年後半に Bonnet が SPC に提示したコミュニティ主導型プログラムのアイデアに基づいて、ヨーロッパの科学コミュニティにミッション提案の最初の公開公募を行いました。[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]この公募により、68 件の提案が集まりました。そのうち 30 件は天文学分野、34 件は太陽物理学分野で、その他 4 件のコンセプトも提出されました。[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]当時SRON所長であったJohan Bleekerが率いる臨時の「調査委員会」が招集され、[ 48 ] [ 49 ] SSAC、CERN、欧州科学財団、欧州南天天文台、国際天文学連合のメンバーで構成され、[ 50 ]提出された提案を審査しました。[ 10 ] [ 51 ] 1984 年初頭を通じて、調査委員会は、3 つのカテゴリーに分けられた一連のミッションの計画を策定した。「基盤」となるミッションは、長期にわたる実施期間で 2 年間の予算を要するもの、中規模のミッションは 1 年間の予算を要するもの、小規模なミッションは 1 年間の予算の半分を要するものである。[ 52 ] [ 53 ]
「過去25年間で、宇宙科学は開拓・探査段階から、確固たる基盤科学の成熟した分野へと発展を遂げました。今こそ、今後数十年間における欧州宇宙科学の主要な推進力を明確にし、科学発展の最前線における欧州の地位を確固たるものにする時です。」
1984 年、科学プログラムの予算は年間 1 億 3000 万会計単位(MAU) であり、1991 年以降は年間 200 MAU に固定されるまで、年間 7% の増加が提案された。[ 55 ]中規模および小規模のカテゴリーは、後に予算の半分の費用がかかるミッションを表す単一の中規模カテゴリーに統合された。[ 56 ]このカテゴリーは、計画の公開図で青いボックスとして表されていることから、内部では「青いミッション」と呼ばれていた。[ 56 ]計画の当初の 3 つの基盤のそれぞれには、競合する提案が満たすことを目指す特定の科学分野が割り当てられ、[ 53 ]一方、中規模ミッションの目標は、ミッション提案とともに競争的に選択されるように開かれたままにされた。[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]選定された基盤となるミッションは、彗星サンプルリターンミッション、X線分光ミッション、サブミリ波天文学ミッションであった。[ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]財政的および技術的な欠点のために選定されなかったが、調査委員会がHorizon 2000以降の可能性として言及した基盤となる目標には、太陽探査機、火星探査車、および二次元干渉計ミッションが含まれていた。[ 62 ]
調査委員会の最終会議は、 1984 年 6 月にヴェネツィアのサン ジョルジョ マッジョーレで開催され、そこで「ホライズン 2000」計画が当時の ESA の事務局長エリック クイストガードとヨーロッパの科学界の主要メンバーに提示されました。[ 53 ] [ 63 ] [ 64 ]ホライズン 2000 の幅広い目標は、科学的知識を拡大し、ヨーロッパを宇宙科学の開発センターとして確立し、ヨーロッパの科学界に機会を提供し、宇宙技術産業の革新を促進することでした。[ 65 ]会議では、SSWG が提示した追加の 4 番目の基盤、太陽地球科学プログラム (STSP) が採択されました。これは太陽および太陽圏観測所とクラスターの提案から構成され、Horizon 2000 の下で打ち上げられる最初のミッションとして選ばれました。[ 66 ] [ 67 ]クイストガードは、1985 年のローマでの閣僚理事会で Horizon 2000 計画を発表しましたが、1991 年までの 7% ではなく、1989 年までの予算の年間増加が 5% にとどまり、承認されました。[ 64 ] [ 68 ] [ 69 ]これは Horizon 2000 の目標の約半分に資金を提供するのに十分でした。[ 69 ]しかし、1990年のハーグ閣僚理事会で、1994年までの年間5％の増加の延長が承認され、Horizon 2000のすべてのミッションが全額資金提供を受けることが可能になった。[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]
X線マルチミラーミッション（XMM）は、1985年6月にリンビーで開催されたESAのワークショップで、X線分光法の基盤となるミッションとして構想され、 12基の低エネルギー望遠鏡と7基の高エネルギー望遠鏡を備えた宇宙観測所で構成されていました。 [ 73 ]実用上の制約により、1987年までにミッションのペイロードは合計7基の望遠鏡に削減されましたが、[ 74 ] EXOSATの成功により、ミッションの計画担当者は、宇宙船を非常に偏心した軌道に配置することでミッションの観測効率を向上させることを思いつき、[ 75 ] [ 76 ]宇宙船のペイロードを、それぞれ反射面積が1,500 cm 2の3基の大型望遠鏡という最終設計にまで削減することができました。[ 75 ] [ 77 ] 1986 年までに、STSP の基盤となるミッションの費用は割り当てられた 400 MAU の予算を超えることが予測され、[ 78 ] [ 79 ] 1986 年 2 月の会議で、SPC は、基盤となるミッションを中止し、SOHO、Cluster、およびKepler火星周回衛星の提案の中から中規模ミッションを選択する可能性を提示されました。[ 78 ] [ 80 ]これは SSAC のメンバーの間で人気を集めていました。[ 81 ]
その前の月に発生したスペースシャトル・チャレンジャー号の事故は、SOHOがシャトルで打ち上げられる予定だったため、計画に影響を与えた。[ 82 ]それにもかかわらず、SSWG、SSAC、およびSPCは、SOHOの範囲を縮小し、クラスターを3機の宇宙船に限定することでSTSPの基盤へのコミットメントを再確認し、[ 83 ] [ 84 ] 1986年10月にNASAとの協力協定を締結し、ミッションのコストを削減した。NASAはSOHOのテスト、打ち上げサービス、運用を提供し、さまざまな科学機器を提供することになった。[ 85 ] [ 86 ]一方、アメリカの科学機器を搭載する4機目のクラスター宇宙船を優先するため、赤道ミッションは中止された。 [ 87 ] [ b ]
最初の中型ミッションは、Horizon 2000 より前の 1982 年に ESA が策定した提案の中から選ばれました。[89] アメリカの Cassini 宇宙船に相乗りする Titanプローブは、アメリカとヨーロッパの科学者グループによって提案され、[ 89 ]アメリカとヨーロッパの LYMAN紫外線観測所と QUASAT超長基線干渉計観測所とともに最終候補に選ばれました。[ 90 ] [ 91 ] [ 92 ]ヨーロッパとソ連のVesta多回フライバイ小惑星ミッションと GRASPガンマ線観測所も競合しましたが、[ 93 ] [ 94 ] AWG と SSWG によって却下されました。[ 92 ] [ 95 ]チャレンジャー号事故による予算削減によりNASAがLYMANとQUASATへの支援を取り下げざるを得なくなった後、[ 96 ]タイタン探査機は1988年11月にSPCによって選定され、[ 92 ]会議に出席したスイスの天文学者の提案により、1655年にタイタンを発見したクリスティアーン・ホイヘンスにちなんでホイヘンスと改名された。 [ 97 ] 1989年6月に行われた2番目の中型ミッションの競争で、アメリカとヨーロッパの機関のコンソーシアムは、GRASPとアメリカの核天体物理学探査機（NAE）を組み合わせたガンマ線観測所INTEGRALを提案した。 [ 98 ]その年、NASAのエクスプローラー計画の選定で落選していた。[ 99 ] NASAはこの提案を支持し、ロシア科学アカデミーは後に、ミッションでの観測時間と引き換えにプロトンロケットでの打ち上げを提案した。 [ 100 ] [ 101 ] NASAのミッションへの取り組みと資金源に関する懸念にもかかわらず、[ 102 ] INTEGRALは1993年6月にSPCによって選定され、NASAは深宇宙ネットワークサービスと分光計を提供した。[ 103 ] [ 104 ]これに対し、INTEGRALはNASAによって競争なしにエクスプローラーミッションとして選ばれた。[ 105 ]このことと、ミッション用に設計された分光計の感度に関する懸念が、NASAの諮問機関の間で物議を醸した。[ 105 ] [ 106 ] 1994年9月、ESAとNASAは、財政支援の不足を理由に、NASAの分光計への関与を終了することを決定した。[ 107 ] CNESは直ちに財政的負担を引き受け、新しい分光計の設計と製造を主導した。[ 108 ]
ロゼッタとFIRSTは1993年11月に3番目と4番目の基幹ミッションとして選ばれ、 [ 109 ]後者のミッションは最終的にハーシェル宇宙望遠鏡と改名されました。COBRAS /SAMBAは後にプランクと改名され、1996年7月に3番目の中規模ミッションとして選ばれました。 [ 110 ] [ 111 ] 2016年12月現在、3つの基幹ミッションと1つの中規模ミッションを含む4つのHorizon 2000ミッションが運用中です。
Horizon 2000 Plus は、1990 年代半ばに準備された Horizon 2000 プログラムの拡張版で、1995 年から 2015 年までの期間にミッションを計画していました。[ 112 ]これには、2013 年に打ち上げられた星図作成GAIAと2018 年に打ち上げられた水星探査機BepiColomboという 2 つの基幹ミッション、そして将来のLISA の技術をテストするための技術実証機LISA Pathfinder ( 2015 年に打ち上げ) が含まれていました。Horizon 2000 と Plus のミッションはすべて成功しましたが、最初のClusterは 1996 年に打ち上げロケットが爆発して破壊されました。代替機であるCluster 2が建造され、2000 年に打ち上げに成功しました。
コズミック・ビジョン2015-2025は、ESA（欧州宇宙機関）の宇宙科学ミッションに関する長期計画の現行プログラムです。アイデアとコンセプトの募集は2004年に開始され、その後パリで開催されたワークショップでは、天文学と天体物理学、太陽系探査、基礎物理学というより広範な分野におけるコズミック・ビジョンのテーマがより詳細に定義されました。2006年初頭までに、4つの主要な問いを中心とした10カ年計画の策定が行われました。
2007年3月、ミッション構想の公募が正式に開始され、その結果、天体物理学分野19件、基礎物理学分野12件、太陽系分野19件のミッション提案が寄せられた。
大型クラス（Lクラス）ミッションは、当初、ESA固有の費用が9億ユーロを超えない範囲で、他のパートナーと協力して実施される予定でした。しかし、2011年4月、米国の予算圧力により、 L1ミッションでNASAと予定されていた協力は現実的ではないことが明らかになりました。そのため、絞り込みは延期され、ミッションはESA主導で、国際的参加は限定的であるという前提で再検討されました。[ 113 ] Cosmic Visionの下で3つのLクラスミッションが選定されました。2023年4月に打ち上げられた木星とガニメデの周回軌道探査機JUICE、2035年に打ち上げ予定のX線観測所Athena、[ 114 ]および、 2035年に打ち上げ予定の宇宙重力波観測所LISA 。 [ 115 ] 2024年4月、ESAは、土星のいくつかの衛星の探査を含む土星系へのミッションを、次の大規模ミッション（L4）の科学的根拠として特定し、ESAの「Voyage 2050」構想からの最初のミッションとした。[ 116 ]
中規模（Mクラス）プロジェクトは比較的独立したプロジェクトであり、価格の上限は約5億ユーロである。最初の 2 つの M クラス ミッション、太陽の近接観測を行う太陽物理学ミッションSolar Orbiter [ 117 ]と、ダーク エネルギーとダーク マターの研究を目的とした可視光から近赤外線宇宙望遠鏡Euclid [ 118 ]は、2011 年 10 月に選定されました。[ 119 ]系外惑星の探索と恒星振動の測定を行うミッションPLATO は、 EChO、LOFT、MarcoPolo-R、STE-QUEST [ 121 ]と競合して、2014 年 2 月 19 日に選定されました。[ 120 ] 2015 年 3 月に第 4 の M クラス ミッションの提案の予備選別が行われた後、さらなる研究のために選定された 3 つのミッション提案のショートリストが 2015 年 6 月 4 日に発表されました。[ 122 ] [ 123 ] [ 124 ]ショートリストには、THORプラズマ観測所とXIPE X線観測衛星。[ 124 ]近傍の系外惑星の通過を観測してその化学組成と物理的条件を決定する宇宙観測衛星ARIEL [ 124 ]は、最終的に2018年3月20日に選定された。[ 125 ] [ 126 ] 5番目のMクラスミッションの競争は2021年6月に終了し、最終的にEnVision金星周回衛星が2031年の打ち上げ用に選定された。[ 127 ] SPICA遠赤外線観測衛星とTHESEUSガンマ線観測衛星が他の2つの提案だった。[ 128 ]
小型クラスミッション（Sクラス）は、ESAの費用が5,000万ユーロを超えないようにすることを意図しています。最初のミッション提案募集は2012年3月に行われ、選ばれた提案は2017年までに打ち上げ準備が整う必要がありました。[ 129 ]約70件の意向表明書が届きました。[ 130 ]測光による系外惑星探査ミッションであるCHEOPSは、 2012年10月に最初のSクラスミッションとして選ばれ、2019年12月に打ち上げられました。[ 131 ] [ 132 ] [ 133 ]地球の磁気圏と太陽風の相互作用を研究するESAと中国科学院の共同ミッションであるSMILEは、2015年6月に13件の競合提案の中から2番目のSクラスミッションとして選ばれ[ 134 ]、2026年5月に打ち上げられました。[ 135 ] [ 136 ]
2018 年 5 月 16 日に開催された ESA 科学プログラム委員会 (SPC) ワークショップでは、特別機会の高速クラス (F クラス) ミッションのシリーズの作成が提案されました。これらの F クラス ミッションは、M4 から始まる各 M クラス ミッションと同時に打ち上げられ、ミッションでカバーされる科学トピックの範囲を広げるために「革新的な実装」に重点が置かれます。F クラス ミッションを Cosmic Vision プログラムに含めるには、科学予算の増加が必要になります。[ 137 ] F クラス ミッションは、選定から打ち上げまで 10 年未満で、重量が 1,000 kg 未満でなければなりません。[ 138 ]最初の F クラス ミッションである Comet Interceptor は、2019 年 6 月に選定されました。[ 139 ] [ 140 ] 2022 年 11 月 2 日に、ESA は、2030 年代初頭に打ち上げられるF クラス ミッションARRAKIHS を発表しました。 [ 141 ]
ESAは時折、他の宇宙機関が主導する宇宙ミッションに貢献します。機会ミッションにより、ESAの科学コミュニティは比較的低コストでパートナー主導のミッションに参加できます。機会ミッションのコストは5,000万ユーロに制限されています。[ 142 ] ESAの機会ミッションには、ひので、IRIS、MICROSCOPE、PROBA-3、XRISM、ExoMars、Einstein Probe、MMXへの貢献が含まれます。[ 142 ]日本のJAXAミッションであるSPICA （宇宙赤外線望遠鏡宇宙論および天体物理学用）への貢献は、Cosmic Vision内で機会ミッションとして評価されました。SPICAはM5で検討されているミッション提案の1つでしたが、現在はその枠組みでは考慮されていません。 [ 143 ]
ESA科学プログラムの次のキャンペーンはVoyage 2050で、2035年から2050年までの宇宙科学ミッションを対象としています。計画は2018年12月の上級委員会の任命と2019年3月の白書募集から始まりました。[ 144 ]この計画では現在、大型ミッション3件と中型ミッション6～7件、さらに小型ミッションと機会ミッションが予定されています。[ 145 ]
2021年6月11日、上級委員会は航海2050計画を発表し、次の3つの大型クラスミッションに対して以下の科学テーマを推奨した。[ 146 ]
2024年3月25日、ESAは、Voyage 2050の最初の大型ミッション（L4 ）が「巨大惑星の衛星」というテーマの下、エンケラドゥスに焦点を当てることを発表した。 [ 147 ] [ 148 ]
2026年に選定され、2028年に採用される予定のVoyage 2050の最初の中型クラス（M7）の3つの候補が検討されました。M-Matisse（火星の磁気圏、大気、電離層、宇宙天気科学）、プラズマ観測所（地球のプラズマ環境）、THESEUS（高エネルギー宇宙現象を研究する過渡的高エネルギー空と初期宇宙調査機）です。[ 149 ] [ 150 ]プラズマ観測所は2026年6月にM7として実装されることが推奨されました。[ 151 ] [ 152 ]
ホライゾン2000
ホライゾン2000プラス
Cosmic Vision
2050年の航海
注記
情報源
引用文献
欧州宇宙機関（ESA）の科学プログラムは、科学的優先事項の長期計画に依存しています。
新しい小型科学プログラム ミッションである Cheops は、他の恒星の周りの惑星の研究に焦点を当てると発表しました。 [...] このミッションは、3 月に小型ミッション募集に応募して提出された 26 件の提案の中から選ばれました。 [...] 科学プログラムにおける将来の小型ミッションは、科学界からの新しいアイデアに柔軟に対応できるように、低コストで迅速に開発されるべきです。
この高速ミッション募集は、ARIEL Mミッション、あるいは場合によってはPLATO Mミッションの相乗りとして、地球-太陽L2ラグランジュ点に向けて打ち上げられる、中規模（湿質量1000kg未満）のミッションを定義することを目的としています。
天文学ワーキンググループ (AWG) は、主に宇宙科学諮問委員会 (SSAC) に科学的助言を提供します。[...] ワーキンググループの議長は、SSAC のメンバーでもあります。
太陽系探査ワーキンググループ (SSEWG) は、主に宇宙科学諮問委員会 (SSAC) に科学的助言を提供します。[...] ワーキンググループの議長は、SSAC のメンバーでもあります。
宇宙科学諮問委員会 (SSAC) は、ESA の必須科学プログラムに含まれる宇宙科学に関するすべての事項について、科学部長 (D/SCI) に対する上級諮問機関です。
1975年5月31日に設立されたESAは、欧州宇宙研究機関（ESRO）と欧州ロケット開発機構（ELDO）の合併により形成されました。
線源の長時間の連続観測には、非常に偏心した軌道が有効であることが実証された Exosat の経験を受けて、XMM はアリアン 4 ロケットを使用して 48 時間周期の軌道に投入されることになった。
-Sは、1989年後半にISTPミッションのスコープが変更された際に中止されたNASAのISTP/EQUATOR宇宙船とは異なります。
