はやぶさ

宇宙航行科学研究所（ISAS）による小惑星探査ミッションは、1986年から1987年にかけて科学者たちがアンテロスへのサンプルリターンミッションの実現可能性を調査し、その技術がまだ開発されていないと結論付けたことから始まった。^{[ 14 ]} 1987年から1994年にかけて、ISASとNASAの共同グループはいくつかのミッションを研究した。小惑星ランデブーミッションは後にNEARとなり、彗星サンプルリターンミッションは後にStardustとなった。^{[ 15 ]}

1995年、ISASは工学実証ミッションとして小惑星サンプルリターンをMUSES-Cに選定し、MUSES-Cプロジェクトは1996会計年度に開始された。小惑星ネレウスが第一のターゲット候補であり、1989 MLが第二のターゲット候補であった。開発初期段階では、ネレウスは到達不可能とみなされ、1989 MLが主要なターゲットとなった。^{[ 16 ]} 2000年7月のMVの打ち上げ失敗により、MUSES-Cの打ち上げは2002年7月から11月/12月に延期され、ネレウスと1989 MLの両方が到達不可能となった。その結果、ターゲット小惑星は1998 SF ₃₆に変更された。^{[ 17 ]} 2002年には、リアクションコントロールシステムのOリングの1つが規定とは異なる材料で作られていることが判明したため、Oリングの再チェックのために打ち上げが2002年12月から2003年5月に延期された。^{[ 12 ]} 2003年5月9日04:29:25 UTCに、MUSES-CはMVロケットによって打ち上げられ、探査機は「はやぶさ」と名付けられました。

イオン推進器の点検運転は2003年5月27日に開始され、本格稼働は6月25日に開始された。

小惑星は発見者の名前で命名されます。ISASは1998 SF ₃₆の発見者であるLINEARに、糸川秀雄にちなんで名前を付けるよう依頼し、8月6日、Minor Planet Circularは、目標小惑星1998 SF _36が糸川と命名されたと報じました。^{[ 18 ] [ 19 ]}

2003年10月、ISASと日本の他の2つの国立宇宙機関が合併し、JAXAが設立された。

2004年3月31日、地球スイングバイの準備のためイオンスラスタの運転が停止された。^{[ 20 ]} 5月12日のスイングバイ前の最後のマニューバ運転。^{[ 21 ]} 5月19日、はやぶさは地球スイングバイを実施した。^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} 5月27日、イオンスラスタの運転が再開された。^{[ 29 ]}

2005年2月18日、はやぶさは1.7 AUで遠日点を通過した。^{[ 30 ]} 7月31日、X軸リアクションホイールが故障した。8月14日、はやぶさによるイトカワの最初の画像が公開された。この画像はスタートラッカーで撮影されたもので、星野を横切る光点（小惑星であると考えられている）が写っている。^{[ 31 ]}他の画像は8月22日から24日にかけて撮影された。^{[ 32 ]} 8月28日、はやぶさは軌道マヌーバのためにイオンエンジンから二液推進スラスタに切り替えられた。9月4日からはやぶさのカメラはイトカワの細長い形状を確認できた。^{[ 33 ]} 9月11日からは小惑星上に個々の丘が識別された。^{[ 34 ]} 9月12日、はやぶさは糸川から20km （12マイル）の地点に到達し、JAXAの科学者たちは、はやぶさが正式に「到着」したと発表した。^{[ 3 ]}  

2005年9月15日、小惑星の「カラー」画像が公開された（ただし、色は灰色）。^{[ 35 ]} 10月4日、JAXAは探査機が イトカワから7kmの「ホームポジション」に正常に移動したと発表した。クローズアップ画像が公開された。また、探査機のY軸を制御する2番目のリアクションホイールが故障し、探査機は現在回転スラスタで方向付けされていることも発表された。^{[ 36 ]} 11月3日、はやぶさはイトカワから3.0kmのステーションに到達した 。その後、目標マーカーの投下とミニ着陸機ミネルバの放出を含む予定の降下を開始した。降下は当初順調に進み、広角カメラによる航行画像が取得された。しかし、11月4日午前1時50分（日本時間午前10時50分）に、 Go / NoGo決定時に異常信号が検出されたため、ミネルバと目標マーカーの放出を含む降下が中止されたことが発表された。プロジェクトマネージャーの川口淳一郎氏は、光学航法システムが小惑星をうまく追跡できておらず、おそらくイトカワの複雑な形状が原因であると説明した。状況を評価し、スケジュールを再調整するために数日の遅延が必要となった。^{[ 37 ] [ 38 ]} 

11月7日、はやぶさは糸川から7.5kmの地点にいた 。11月9日、はやぶさは着陸航法とレーザー高度計のテストのため70mまで降下した。その後、はやぶさはより高い位置に戻り、再び500mまで降下して目標マーカーの1つを宇宙空間に放出し、機体がそれを追跡できるかどうかをテストした（これは確認された）。クローズアップ画像の分析から、ウーメラ砂漠の地点（地点B）は岩が多すぎて着陸に適さないことが判明した。最初の着陸と、可能であれば2回目の着陸の両方の着陸地点として、ミューズ海の地点（地点A）が選ばれた。^{[ 39 ]}

11月12日、はやぶさは小惑星の表面から55mまで接近した。MINERVAが放出されたが、エラーのため表面に到達できなかった。11月19日、はやぶさは小惑星に着陸した。着陸の最終段階で探査機の高利得アンテナが使用できなかったこと、またDSNから臼田局への地上局アンテナの引き継ぎ中に通信が途絶えたことから、着陸中および着陸後に何が起こったのか正確には分からず、かなりの混乱が生じた。当初は、はやぶさが表面から約10mのところで停止し、何らかの理由で30分間ホバリングしたと報告された。地上管制は中止して上昇するよう指令を出し、通信が回復した時には探査機は小惑星から100km離れていた。探査機はセーフモード に入り、姿勢制御を安定させるためにゆっくりと回転した。^{[ 40 ] [ 41 ]}しかし、プローブの制御と通信が回復した後、着陸試行のデータがダウンロードされ分析され、11月23日にJAXAはプローブが実際に小惑星の表面に着陸したと発表した。^{[ 42 ]}残念ながら、降下中にセンサーが障害物を検出したため、サンプリングシーケンスはトリガーされなかった。プローブは着陸を中止しようとしたが、上昇に適した姿勢ではなかったため、代わりに安全な降下モードを選択した。このモードではサンプルを採取することはできなかったが、小惑星に接触したときにいくらかの塵がサンプリングホーンに巻き込まれた可能性が高いため、サンプリングホーンに取り付けられたサンプル容器は密封された。

11月25日、2回目の着陸試行が行われた。当初は、今回はサンプリング装置が作動したと考えられていたが^{[ 43 ]}、その後の分析で、これもまた失敗であり、ペレットは発射されなかったと判断された^{[ 44 ]} 。スラスタシステムの漏れのため、探査機は「安全保持モード」に入った^{[ 45 ] 。}

11月27日、探査機は機体の姿勢を変えようとした際に、燃料漏れが原因と思われる停電に見舞われた。11月30日、JAXAは、はやぶさの制御と通信が復旧したと発表したが、機体の姿勢制御システムに問題が残っており、パイプの凍結が原因と思われる。ミッションコントロールは、地球への帰還のための打ち上げウィンドウが近づく前に問題を解決するために取り組んでいた。^{[ 46 ]} 12月2日、姿勢（方向）修正が試みられたが、スラスタが十分な推力を発生しなかった。12月3日、探査機のZ軸が太陽方向から20～30度傾いており、傾きが増していることがわかった。12月4日、緊急措置として、イオンエンジンからキセノン推進剤を噴射してスピンを修正し、成功したことが確認された。12月5日、姿勢制御が十分に修正され、中利得アンテナを介して通信が回復した。テレメトリが取得され、分析された。テレメトリー解析の結果、11月25日にサンプラー弾が着地した際に貫通していなかった可能性が高いことが判明した。停電のため、テレメトリーログデータに不具合があった。12月6日、はやぶさは糸川から550kmの地点にいた 。JAXAはこれまでの状況について記者会見を開いた。^{[ 47 ] [ 48 ]}

12月8日、突然の姿勢変化が観測され、はやぶさとの通信が途絶えた。この乱流は、漏れた8～10ccの燃料の蒸発が原因と考えられた。そのため、はやぶさが歳差運動から純粋な回転運動に変化して安定するまで1～2ヶ月待たなければならず、その後、回転軸を特定の角度範囲内で太陽と地球に向ける必要があった。これを達成する確率は、2006年12月までに60%、2007年春までに70%と推定された。^{[ 49 ] [ 50 ]}

2006年3月7日、JAXAは^{[ 51 ] [ 52 ]}はやぶさとの通信が以下の段階で回復したと発表した。1月23日、探査機からのビーコン信号が検出された。1月26日、探査機は地上管制からの指令に応答してビーコン信号を変更した。2月6日、通信を改善するために姿勢制御用のキセノン推進剤の噴射が指令された。スピン軸の変化率は1日あたり約2度であった。2月25日、低利得アンテナを介してテレメトリデータが取得された。3月4日、中利得アンテナを介してテレメトリデータが取得された。3月6日、はやぶさの 位置は、軌道上で糸川の約13,000 km前方にあり、相対速度は毎秒3メートルであったことが確認された。

6月1日、はやぶさプロジェクトマネージャーの川口淳一郎氏は^{[ 53 ]}、4基のイオンエンジンのうち2基が正常に作動していることを確認したと報告し、これは帰還には十分であると述べた。2007年1月30日、JAXAは11個のバッテリーのうち7個が作動しており、帰還カプセルが密閉されたと報告した^{[ 54 ]} 。 4月25日、JAXAは、はやぶさが帰還を開始したと報告した^{[ 55 ] [ 56 ]。} 8月29日、はやぶさに搭載されているイオンエンジンCが、BとDに加えて再点火に成功したと発表された^{[ 57 ]} 。 10月29日、JAXAは、軌道修正操作の第1段階が完了し、宇宙船がスピン安定状態になったと報告した。^{[ 58 ]} 2009年2月4日、JAXAはイオンエンジンの再点火に成功し、地球への帰還のための軌道修正マニューバの第2段階を開始したと報告した。^{[ 59 ]} 2009年11月4日、イオンエンジンDは劣化による異常のため自動的に停止した。^{[ 60 ]}

2009年11月19日、JAXAはイオンエンジンBのイオン発生器とイオンエンジンAの中和器の結合に成功したと発表した。^{[ 61 ]}最適ではなかったが、必要なデルタvを生成するには十分であると予想された。地球に帰還するために必要な2,200m/sのデルタvのうち、約2,000m/sは既に達成されており、約200m/sがまだ必要だった。^{[ 62 ]} 2010年3月5日、はやぶさは月周回軌道の内側を通過する軌道にあった。地球周回軌道への軌道修正マニューバ1を実行する準備として、正確な軌道を測定するためにイオンエンジンの運転が停止された。^{[ 63 ] [ 64 ]} 3月27日午前6時17分（UTC）、はやぶさは 地球中心から20,000 kmの軌道に乗っており、イトカワから地球への軌道遷移操作を完了した。 ^{[ 65 ]} 4月6日までに、地球の縁付近の軌道に乗せるための軌道修正マニューバの第1段階（TCM-0）が完了した。再突入まで60日と計画されていた。^{[ 66 ] [ 67 ] [ 68 ] [ 69 ]} 5月4日までに、探査機は地球の縁付近の軌道に正確に合わせるためのTCM-1マニューバを完了した。^{[ 70 ] 5}月22日、TCM-2が開始され、約92.5時間継続し、5月26日に終了した。^{[ 71 ]}続いて、6月3日から5日にかけてTCM-3が実施され、軌道が地球の縁から南オーストラリア州のウーメラに変更された。 [ ^{72 ] [ 73 ] 6}月9日には、ウーメラ立ち入り禁止区域への精密降下のため、約2.5時間かけてTCM-4が実施された。^{[ 74 ]}

再突入カプセルは6月13日10時51分（協定世界時）に放出された。

再突入カプセルと宇宙船は、2010年6月13日13時51分UTC（現地時間23時21分）に地球の大気圏に再突入した。^{[ 75 ]}耐熱カプセルは南オーストラリアの奥地にパラシュート着陸したが、宇宙船は分解して大きな火球となって燃え尽きた。^{[ 76 ]}

国際科学者チームは、 NASAのDC-8航空機搭載実験室に搭乗し、高度11.9キロメートル（39,000フィート） からカプセルの12.2 km/sでの突入を観測した。この観測には、NASAエイムズ研究センターが主導するミッションで、SETI研究所のピーター・ジェニスケンスがプロジェクト科学者を務め、さまざまな画像カメラと分光カメラを使用して大気圏再突入時の物理的条件を測定した。^{[ 77 ] [ 78 ]}

反応制御システムが機能しなくなったため、510キログラム（1,120ポンド）の宇宙探査機は、サンプル再突入カプセルとともに小惑星の接近に似た形で地球の大気圏に再突入し、ミッション科学者の予想通り、宇宙船の大部分は突入時に分解した。^{[ 79 ]} 

帰還カプセルは、南オーストラリア州ウーメラ立ち入り禁止区域内の20km × 200kmの範囲に着陸すると予測された。4つの地上チームがこの区域を囲み、光学観測と無線ビーコンで再突入カプセルの位置を特定した。その後、ヘリコプターに乗ったチームが派遣された。彼らはカプセルの位置を特定し、GPSでその位置を記録した。カプセルは2010年6月14日07:08 UTC（現地時間16:38）に無事回収された。^{[ 80 ]}降下中に投棄された耐熱シールドの2つの部分も発見された。^{[ 81 ]}

パラシュート展開に使用した爆発装置が安全であることを確認した後、カプセルは汚染のリスクを減らすために純窒素ガスを充填した二重のビニール袋の中に梱包された。汚染があった場合の参考として、着陸地点の土壌も採取された。その後、カプセルは輸送中に1.5Gの衝撃がかからないようにエアサスペンションを備えた貨物コンテナに入れられた。^{[ 82 ]}カプセルとその耐熱シールド部品はチャーター機で日本に輸送され、6月18日にJAXA/ISAS相模原キャンパスの 保管施設に到着した。^{[ 83 ]}

東京都顧問で元陸軍中将の鹿田俊之氏は、再突入と着陸の任務の根拠の一つは「日本の弾道ミサイル能力が信頼できるものであることを示すこと」だと主張した。^{[ 84 ]}

2010年11月16日、JAXAは、はやぶさのサンプル回収カプセル内部の2つの区画のうちの1つで発見された粒子のほとんどがイトカワ由来であることを確認した。^{[ 86 ]} JAXAのプレスリリースによると、走査型電子顕微鏡による分析で約1,500個の岩石粒子が特定された。^{[ 87 ]}分析結果のさらなる研究と鉱物組成の比較により、それらのほとんどは地球外起源であり、間違いなく小惑星イトカワ由来であると判断された。^{[ 88 ]}

日本の科学者によると、はやぶさのサンプルの組成は、地球上の既知の岩石よりも隕石に似ているとのことです。それらのサイズはほとんどが10マイクロメートル未満です。^{[ 89 ]}この物質は、はやぶさのリモートセンシング機器によるイトカワの化学マップと一致しています。研究者たちは、はやぶさのサンプルにカンラン石と輝石が集中していることを発見しました。

試料のさらなる研究は2011年まで待たなければならなかった。なぜなら、研究者たちは次の研究段階で粒子が汚染されるのを防ぐための特別な取り扱い手順をまだ開発中だったからである。

2013年、JAXAは、カンラン石、輝石、斜長石、硫化鉄などの鉱物からなる1500個の地球外粒子が回収されたと発表した。粒子の大きさは約10マイクロメートルであった。^{[ 90 ]} JAXAは、SPring-8で粒子を分割し、結晶構造を調べることにより、サンプルの詳細な分析を行った。^{[ 91 ]}

2011年8月26日号のサイエンス誌は、はやぶさが採取した塵に基づく研究結果に関する6つの記事を掲載した。^{[ 92 ]}イトカワの塵の分析から、それは元々はより大きな小惑星の一部であった可能性が高いことが示唆された。小惑星の表面から採取された塵は、約800万年間そこに露出していたと考えられている。^{[ 92 ]}

イトカワの塵は「隕石を構成する物質と同一」であることが判明した。^{[ 92 ]}イトカワはS型小惑星であり、その組成はLLコンドライトの組成と一致する。^{[ 93 ]}