ヘラ（宇宙ミッション）

ヘラ

小惑星ディディモスの周りを周回するヘラの想像図
ミッションタイプ	ディディモス探査機
オペレーター	欧州宇宙機関
コスパーID	2024-180A
SATCAT番号	61449
Webサイト	スペース
ミッション期間	1ヶ月15日（経過） 2 年9ヶ 月（予定）[a]
宇宙船の特性
メーカー	OHBSE
打ち上げ質量	1,128 kg (2,487 ポンド)
乾燥質量	350 kg (770 ポンド)
寸法	1.6 × 1.6 × 1.7 m (5.2 × 5.2 × 5.6 フィート)
ミッション開始
発売日	2024年10月7日 14:52:11 UTC [1] [2] (東部夏時間午前10時52分11秒)
ロケット	ファルコン9ブロック5（B1061.23）
発射場	ケープカナベラル、SLC-40
請負業者	スペースX
火星のフライバイ
最接近	2025年3月[3]
距離	5,000 ～ 8,000 km (3,100 ～ 5,000 マイル)
65803 ディディモス探査機
軌道投入	2026年12月14日[3]
楽器 アフリカサッカー連盟 小惑星フレーミングカメラ ティリ 熱赤外線イメージング装置 パルト 惑星高度計 RSE 電波科学実験 HS ハイパースカウト-H
ミッションの記章

ヘラは、欧州宇宙機関が宇宙安全プログラムのために開発した宇宙船です。主なミッションの目的は、4年前にNASAの二重小惑星リダイレクトテスト（DART）宇宙船によって衝突されたディディモス連星系を調査し、地球に衝突する軌道から地球近傍小惑星を逸らす運動衝撃法の検証に貢献することです。ヘラは、小惑星に衝突した人工発射体によって伝達された運動量だけでなく、形成されたクレーターのサイズと形態を測定し、衝突によって生じた偏向の効率を測定できるようにします。また、衝突によって生じた拡大する破片の雲も分析します。 ^[4]

この宇宙船は、2024年10月7日にスペースX社の ファルコン9ロケットで打ち上げられ、衝突から4年後にDART衝突機の結果を調査する予定です。DARTは、2022年9月27日に、連星系小惑星65803ディディモスを形成する2つの天体のうち小さい方の小惑星ディモルフォスに衝突しました。以前クルー1ミッションに使用されたロケットB1061は、この飛行で使用されました。^{[本文では未確認]}

ヘラの質量は1,128 kg (2,487 ポンド) で、カメラ、高度計、分光計を搭載している。ミラニとジュベンタスと呼ばれる2機の小型キューブサット宇宙船を搭載している。

ヘラは、初めて地下構造と内部構造を含む連星系小惑星の組成と物理的特性を完全に解明することを目的としています。また、太陽系の小天体付近での運用や、惑星間空間でのキューブサットの展開と通信に関連する技術実証も行います。

AIDAは、地球近傍小惑星の軌道を逸らす方法をテストすることを目的とした初の運用プログラムです。2013年にNASAとESAの支援を受けた科学者らが共同で立ち上げました。その目的は、地球に衝突する可能性のある小惑星を軌道を逸らすための衝突装置の使用をテストすることです。このプログラムでは、連星小惑星 65803ディディモスに向けて2機の宇宙船を打ち上げることになっています。1機はNASAが開発したDART衝突機で、2つの小惑星のうち小さい方に高速で衝突します。もう1機はESAが開発したAIM軌道船で、衝突の影響を測定する必要があります。2つの宇宙機関での評価段階の後、欧州宇宙機関は2016年末、加盟国からの十分な資金援助がないため、AIMの開発を断念することを決定しました。一方、NASAはDARTの開発を継続することを決定しました。この新しい状況では、地上の天文台がAIMの役割を部分的に引き継ぐ責任を負いました。 DART プロジェクトはその後、衝突前に打ち上げられ、最初の 100 秒間の映像を撮影して再送信する役割を担う LICIACube ナノ衛星を組み込むことで進化しました。

2017年、欧州宇宙機関の複数の加盟国の要請により、ESAはAIMの代替案の研究を再開した。具体的には、ヘラ（ギリシャ神話の結婚の女神ヘラにちなんで名付けられた）と名付けられたミッションである。ヘラは、AIMのコンポーネントを可能な限り使用して、地球ベースの観測所では達成できなかったAIMに割り当てられたすべての目的を達成する必要がある。ヘラは、実行可能な惑星/小惑星の配置を捉え、発生から4年後にディディモスの衛星ディモルフォスにDARTが衝突した影響を調査するために、2024年10月に打ち上げられる予定であった。ヘラのミッションはその後、2019年11月にESA閣僚理事会で承認された。2020年9月、欧州宇宙機関は、 OHBが率いる企業コンソーシアムに1億2,940万ユーロの契約で宇宙船の建造を委託した。また、ミッションの科学チームも正式に結成され、主任研究員、科学評議会、ミッションのあらゆる側面をカバーする4つのワーキンググループ、機器の科学管理者から構成されました。ミッションは2024年3月に最終試験に移行しました。^[5]

Heraミッションの主な目的は、地球に衝突する恐れのある地球近傍物体を逸らすための運動学的衝突装置法を評価することです。この逸らし方法は、数キロメートル/秒の速度で宇宙船を打ち上げて小惑星の軌道を修正するというものです。この方法は、利用可能な安価な宇宙船技術を利用するため、すべての方法の中で最も成熟しています。この目的を達成するために、Hera は次のことを決定する必要があります。

• 運動量の伝達量は、小惑星の表面と内部構造の密度、多孔性、特性に依存し、
• 運動エネルギーのどの程度の割合が小惑星の破砕と再構築に伝達されるか、あるいは放出された物質の運動エネルギーにどの程度の割合が伝達されるか。

ヘラには、高い科学的目標もあります。2つの小惑星の特徴、つまり表面特性、内部多孔性、内部構造を収集する必要があります。特に、ヘラは小惑星の地下構造と内部構造を測定する最初のミッションになります。このために、キューブサットジュベンタスに搭載されたJuRA低周波レーダーが使用されます（下記参照）。衛星ディモルフォス全体が数メートルの空間解像度でマッピングされ、衝突の周辺は10センチメートルの解像度でマッピングされます。衛星ディディモスの質量は高精度で推定され、DART衝突による運動量伝達効率を直接推定できます。^[6]

このミッションには、いくつかの技術的目標も含まれています。最も重要なのは、複数のセンサーからのデータを使用して周囲の空間を再構築し、小惑星の周りの安全な軌道を独自に定義できるようにする誘導ソフトウェアの作成です。

ヘラは、小惑星に到達したら投下される 2 つのキューブサットも搭載する必要があります。これらのキューブサットは次のとおりです。

• ジュベンタスは、地下構造と内部構造の測定を実施し、重力場の決定に貢献し、ディモルフォスに着陸する際の表面の機械的応答に関する情報を提供しなければならない。
• ミラニは、2つの小惑星の表面（表面組成）からスペクトルデータを収集し、周囲の空間の塵の存在を特定するという使命を帯びています。

2021年11月24日6時21分（UTC）にヴァンデンバーグ宇宙軍基地からファルコン9ロケットで打ち上げられたDARTミッションは、2022年9月26日に連星小惑星65803ディディモスに到達し、23時16分（UTC）にその衛星ディモルフォスと相対速度約6.6km/sで衝突した。 ^[7]この衝突により、ディモルフォスのディディモス周回軌道周期（11.9時間）が最低でも73秒変化し、地上望遠鏡で観測されるはずである。

ヘラは、2024年10月7日14時52分（UTC）にケープカナベラルからファルコン9ロケットで打ち上げられた。^[8]宇宙船は11月​​までに深宇宙での操縦を行う。^{[9] 2025年3月に}火星で重力アシストを受け、火星の衛星ダイモスをしばらく観測した後、^[10]宇宙船はDARTの4年後の2026年12月28日に二重小惑星65803ディディモスに到着し、6か月間の調査を開始する。ヘラは二重小惑星とランデブーする最初の小惑星となる。二重小惑星に近づくと、5つの段階が続く。

Hera のメインバスは、1.6 × 1.6 × 1.7 メートルの中央チューブとアダプタコーンに基づく箱型をしています。2 つの太陽電池パネル翼が反対側から伸び、高利得の皿アンテナが一方の面に取り付けられています。宇宙船の総打ち上げ質量は約 1214 kg、乾燥質量は 696 kg です。宇宙船の展開寸法は 2.2 x 11.4 x 2.2 メートルです。太陽電池パネルの面積は約 13 平方メートルです。宇宙船は、公称 2.4 AU 距離で 712 W を使用します。16 個の軌道制御スラスタと 6 個の反応制御スラスタには、すべて 10-N モーターで、二液化学推進が使用されます。使用可能な合計デルタ V は約 1300 m/s です。地上との通信は X バンド (約 8.4 GHz) で、高利得皿に加えて 2 つの低利得アンテナが使用されます。 Sバンド通信（約2.2GHz）はパッチアンテナを使用して、60kmの範囲でJuventasとMilaniという2つのCubeSatと通信するために使用されます。宇宙船の方向は、4つのリアクションホイール、ジャイロスコープ、スタートラッカーと太陽センサー、および2つの小惑星フレーミングカメラ（AFC）によって維持されます。姿勢誘導は惑星高度計（PALT）によって行われます。^[12]

ヘラの主な機器は、JenaOptronik 社が開発した 2 台の AFC カメラ (小惑星フレーミング カメラ) です。これらは同一で冗長化されており、それぞれに望遠レンズ付きの 1020 x 1020 ピクセルの FaintStar パンクロマティック センサーが搭載されています。視野は 5.5 x 5.5 度で、空間解像度は 10 キロメートルの距離で 1 メートルに達します。これらのカメラは、小惑星ディディモスとディモルフォスの表面、および DART によって作成されたクレーターとユベンタス着陸帯の物理的特性を提供します。^{[引用が必要]}

HyperScout-H は、665 ～ 975 nm (可視光線および近赤外線) のスペクトル範囲で画像を提供するハイパースペクトル イメージャーです。この機器は、25 の異なるスペクトル バンドで観測を行います。これは、cosine Remote Sensingによって開発されました。これは、標準の HyperScout とは異なる、 Hera用に開発された特別なバージョンです。^{[引用が必要]}

PALT は、1.5 ミクロンの赤外線光線を発するレーザーを使用したマイクロライダー惑星高度計です。地上での軌跡は、高度 1 キロメートル (1ミリラジアン) で 1 メートルです。高度測定の精度は 0.5 メートルです。周波数は 10ヘルツです。^[要出典]

TIRI は、日本の宇宙機関JAXAが提供する熱赤外線画像装置です。観測されるスペクトル範囲は 7 ～ 14 ミクロンで、6 つのフィルターがあります。可視範囲は 13.3 x 10.6° です。空間解像度は 10 キロメートルの距離で 2.3 メートルです。^{[引用が必要]}

連星系を構成する 2 つの小惑星の質量、重力場の特性、自転速度、軌道は、ドップラー効果によって引き起こされる電波の乱れを利用して測定されます。測定は、ヘラと地球局間の無線通信だけでなく、ヘラとキューブサット間の無線通信にも関連しています。キューブサットは低軌道を周回するため、これらの最後の測定はディディモスの重力を決定するために重要です。^{[引用が必要]}

ミラニとジュベンタスと名付けられた2つのキューブサット型ナノ衛星は、ヘラによって輸送され、小惑星系65803ディディモスに到着する前に放出されます。これらは、運搬船の調査を補完する調査を実施する役割を担っています。

どちらのキューブサットも、同様のプラットフォームを基に構築されています。これらは 6U-XL キューブサットで、質量 (推進剤を含む) は約 12 キログラムです。3 軸安定化されており、コールドガス推進システムを備えています。母船とは S バンドで通信します。無線リンクに影響を与えるドップラー効果を使用して、連星系の重力場の特性を測定します。可視光カメラとスタートラッカーを備えており、ディディモスの動的変化を判定します。最後に、2 つのキューブサットには加速度計が装備されており、キューブサットがミッション終了時に計画どおりにディモルフォスの表面に着陸した場合に、ディモルフォスの表面の特性を判定するために使用されます。Juventas はGomSpaceによって開発され、Milani はTyvak Internationalによって製造されています。

キューブサット ミラニ (アンドレア ミラニにちなんで命名) の目的は、存在する可能性のある塵の画像を撮影し、その特徴を測定することです。連星系小惑星65803 ディディモスを形成する 2 つの小惑星の地図を作成し、その表面の特徴を明らかにし、DART 衝突の影響を評価し、小惑星の重力場の測定に貢献し、小惑星の周囲に存在する可能性のある塵雲の特徴を特定する必要があります。

これらの目的を達成するために、次の 2 つの手段を講じます。

• ASPECTハイパースペクトル画像分光計が主な機器です。可視光と近赤外光 (0.5 ～ 2.5 ミクロン) で動作します。空間解像度は 10 キロメートルで 2 メートル、スペクトル解像度は 40 ナノメートル未満 (可視光では 20 ナノメートル) です。合計 72 のチャンネルがあります。
• VISTA熱重量計は、ほこり (5 ～ 10 ミクロン)、揮発性物質 (水など)、軽い有機物質を検出します。

ジュベンタスはディモルフォスの地球物理学的特性を明らかにすることを目指している。探査機は重力場をマッピングし、内部構造と表面特性を明らかにする必要がある。

これらの目的を達成するために、以下の手段を講じます。

• JuRaレーダーは50～70 MHz の周波数で動作し、空間分解能は 10～15 メートルです。これは小惑星の内層を調査する最初の機器です。2 つのダイポール アンテナを使用し、各ブランチの長さは 1.5 メートルです。各測定セッションは最大 45 分間続きます。容積は 1U 未満で、質量は 1,300 グラム未満です。
• GRASS重力計はダイナミックレンジが5 x 10 ⁻⁴、感度が5 x 10 ⁻⁷で、質量は380グラム未満です。
• カメラ。
• 母船との無線リンク（ドップラー効果の測定）。

• 地球近傍天体調整センター(ESA の NEOCC)
• 惑星防衛調整局（NASA の PDCO）
• 二重小惑星リダイレクトテスト（DARTミッション）

• ミシェル、パトリック。チェン、A.クッパース、M.プラベック、P.ブルーム、J.デルボ、M.グリーン、SF;ローゼンブラット、P.ツィガニス、Ｋ．ヴィンセント、JB。ビーレ、J.チャルレッティ、V.ヘリク、A.ウラメック、S.カーネリ、I.ガルベス、A.ベナー、L.ナイドゥ、SP; OS、バーノアン。リチャードソン、ワシントンDC。リブキン、A.シャイリッヒ、P.モスコヴィッツ、N.ティルーイン、A.サウスカロライナ州シュワルツ。カンポ・バガティン、A. Yu, Y. (2016 年 6 月) 「小惑星衝突ミッション (AIM) の科学事例: 小惑星衝突および偏向評価 (AIDA) ミッションのコンポーネント」(PDF)。宇宙研究の進歩。57 (12): 2529–2547。Bibcode :2016AdSpR..57.2529M。土井：10.1016/j.asr.2016.03.031。S2CID  42465954。
• ミシェル、パトリック。マイケル・キュッパーズ。サークス、ホルガー。イアン・カーネリ。チェン、アンディ F.メラブ、カリム。グランヴィク、ミカエル。ケスティラ、アンティ。コハウト、トーマス。ムイノネン、カーリ。ナシラ、アンティ。ペンティラ、アンティ。ティッカ、トゥオーマス。トルトラ、パオロ。チャルレッティ、ヴァレリー。エリック、アラン。マードック、ナオミ。アスファウグ、エリック。リブキン、アンディ。バルヌアン、オリヴィエ。バガティン、アドリアーノ・カンポ。プラヴェツ、ペトル。リチャードソン、デレク C.シュワルツ、スティーブン R.ツィガニス、クレオメニス。ウラメック、ステファン。カラテキン、オズギュル（2018年10月）。 「連星小惑星へのAIDAミッションのヨーロッパコンポーネント：DARTミッションの影響の特性と解釈」（PDF）。宇宙研究の進歩。62 （8）：2261–2272。Bibcode ：2018AdSpR..62.2261M。doi :10.1016/j.asr.2017.12.020. S2CID  55274187.

• コート・ダジュール天文台によるヘラ計画
• 欧州宇宙機関によるヘラミッション
• Heraと惑星防衛、COSPAR 2021、P. Michel、2021年2月4日。
• ヘラの科学回帰、COSPAR 2021、P. ミシェル、2021 年 2 月 2 日。
• NEO-MAPPプロジェクトの Youtube チャンネル。
• 惑星科学ジャーナル、第3巻第7号、2022年7月15日。