小型X線太陽分光計キューブサット

ミンXSS

MinXSS 宇宙船の太陽に面した側。2 つのヒンジ付き太陽電池パネルは展開状態です。科学機器の開口部は上部近くに見えます。巻尺アンテナは写真の上部を超えて伸びています。宇宙船の最終統合後に撮影された画像です。
ミッションタイプ	太陽物理学、宇宙天気、近宇宙研究
オペレーター	CU / LASP
コスパーID	1998-067HU
SATCAT番号	41474U
Webサイト	lasp.colorado.edu/home/minxss
ミッション期間	飛行モデル1: 6か月 (計画)、11.66か月 (実際) 飛行モデル2: 5年 (計画)、 8年 (実際)
宇宙船の特性
宇宙船の種類	3Uキューブサット
メーカー	CU / LASP
打ち上げ質量	3.5163キログラム
乾燥質量	3.5163キログラム
力	消費電力: 8.0 W (サイエンスモード) 5.3 W (セーフモード) 2.8 W (フェニックスモード) 最大発電量: 19 W
ミッション開始
発売日	2015年12月6日 08:44:57  UTC ( 2015-12-06UTC08:44:57Z )
ロケット	アトラス V 401
発射場	ケネディ宇宙センター
請負業者	ユナイテッド・ローンチ・アライアンス
入隊	2016年5月16日
ミッション終了
最後の連絡	2017-05-06 02:37:26 UTC
減衰日	2017年5月6日
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	402キロメートル（250マイル）
遠地点高度	402キロメートル（250マイル）
傾斜	51.65度
期間	92.69分
エポック	2016年7月4日[1]
楽器
改造されたAmptek X123シリコンドリフト検出器 太陽位置センサー（SPS）、X線光度計（XP）

小型X線太陽分光計（MinXSS）キューブサットは、科学ミッションを担って初めて打ち上げられたアメリカ航空宇宙局 科学ミッション局キューブサットでした。 ^[2]このキューブサットは、コロラド大学ボルダー校の学生が中心となり、航空宇宙工学科学部や大気宇宙物理学研究所、サウスウエスト研究所、NASAゴダード宇宙飛行センター、国立大気研究センターの高高度観測所の教授、科学者、エンジニアによる専門的な指導と協力を得て設計、構築、運用されました 。このミッションの主任研究者はトーマス・N・ウッズ博士で、共同研究者はアミール・カスピ博士、フィル・チャンバーリン博士、アンドリュー・ジョーンズ博士、リック・コーナート、シンリン・リー教授、スコット・パロ教授、スタンレー・ソロモン博士です。学生リーダー（プロジェクト マネージャー、システム エンジニア）は James Paul Mason 博士で、彼はその後 MinXSS の 2 番目の飛行モデルの共同研究者になりました。

MinXSSは、 Orbital ATK Cygnus CRS OA-4貨物補給ミッションの一環として、2015年12月6日に国際宇宙ステーションに向けて打ち上げられた。 ^[3]打ち上げロケットは、ユナイテッド・ローンチ・アライアンスのアトラスVロケットの401構成であった。CubeSatの相乗りは、NASA ELaNa -IXの一環として組織された。国際宇宙ステーションからの展開は、2016年5月16日にNanoRacks CubeSat Deployerによって達成された^。[4]宇宙船のビーコンは、その後まもなく、世界中のアマチュア無線家によって受信された。 ^{[5] [6]}宇宙船の試運転は2016年6月14日に完了し、^[7]それ以来、太陽フレアの観測がほぼ継続的に行われている。^[8]大気抵抗が高度とともに指数関数的に増加するため、ミッションの最後の週には高度が急速に低下した。 MinXSSからの最後の交信は、2017年5月6日2時37分26秒UTCにオーストラリアのアマチュア無線オペレーターから行われた。その時点で、宇宙船の一部の温度はすでに100℃を超えていた。（300℃を超える温度は太陽電池パネルが切断されたことを示し、この交信は崩壊のほんの数秒前であったことを示唆している。）^[9]ミッション全体にわたる科学データは公開されている。^[10]

MinXSSミッションは、約0.5 keV（25 Å）から30 keV（0.4 Å ）までの太陽軟X線スペクトルを、約0.15 keV FWHMのスペクトル分解能で測定することです。太陽電磁スペクトルのこの部分は、太陽フレアによる最大の増強が発生すると予想される場所です。 ^{[11]また、地球の}電離層の化学にも重要な影響を及ぼします。それにもかかわらず、これまでの測定は、低解像度の広帯域か、高解像度だが非常に狭い帯域通過でした（下の画像を参照）。^{[12] [13]}比較的最近開発された小型シリコンドリフト検出器により、MinXSS測定が可能になりました。MinXSSデータは、特に活動領域と太陽フレアにおける太陽コロナの探査手段となり、地球の上層大気、特に電離層、熱圏、中間圏のモデルへの入力として使用されます。

MinXSSは、キューブサット用の唯一の市販3軸ADCSの1つであるブルーキャニオンテクノロジーズXACT姿勢決定および制御システム（ADCS）の初飛行でもあります。仕様を上回る性能を発揮しています。 ^[14]これは、宇宙船にとって重要な技術が小型化され、商業化されたことを示しています。

MinXSSに搭載されている主要な科学機器は、改造されたAmptek X123シリコンドリフト検出器です。この機器は宇宙環境に適合するように改造されました。^[13]具体的には、熱伝達パッドを電子基板の最も熱い部品に配置し、熱伝達のための伝導性熱経路を提供しました。大気中では、電子機器は対流で冷却できますが、真空中での動作には伝導による冷却が必要であり、そのため伝導経路が改善されています。さらに、タングステン製の小さな開口部が検出器の前面に取り付けられ、光子飽和の可能性を減らし、視野を±4ºに制限しました。最後に、検出器に到達する光電子の数を減らすために、追加のベリリウムフィルターが検出器の前に取り付けられました。

二次科学機器には、X 線光度計 (XP) と太陽位置センサー (SPS) の 2 つがあります。XP は、X123 の前面にある 2 つのベリリウム フィルターの合計とほぼ同じ厚さのベリリウム フィルターを前面に備えた単一のフォトダイオードです。XP の目的は、X123 の軌道上相互較正を提供することです。つまり、X123 スペクトルの合計は、XP 測定値とほぼ等しくなるはずです。SPS は、 2.4秒角の精度を持つ精密太陽センサーで、可視光を観測する平面クワッド ダイオードで構成されており、軸外信号減衰を補正するために、X123 と XP の光軸に対する太陽の位置に関する詳細な情報を提供することを目的とします。

すべての機器は、米国国立標準技術研究所のシンクロトロン紫外線放射施設（SURF III）で校正されました。 ^{[12] [15]}

CubeSat は大型の宇宙船ミッションに比べて要件が緩いにもかかわらず、MinXSS は航空宇宙産業で標準とされているものと同じ厳格なテストを受けました。X123 主要科学機器は、2 回の観測ロケット飛行で完全に飛行資格を取得しました。^{[12] [16]}ベンチでのサブシステムレベルおよびシステムレベルのテスト (室温の空気中) に加えて、システムは熱真空チャンバーサイクルテスト、熱バランステスト、振動テスト、エンドツーエンドの通信テストも受けました。^[13]ミッションシミュレーションは、熱真空サイクル中およびベンチで、現実的な軌道日射量と日食期間で自動的に電源が切り替えられる太陽電池アレイシミュレータを使用して実行されました。これにより、宇宙船が軌道上で電力がプラスになることが保証されました。

宇宙船は巻尺アンテナとAstroDev Li-1無線機を使用している。宇宙船は定期的にビーコンを発し、その信号はアマチュア無線家の機器で受信することができる。以下は通信仕様である: ^[17]

• 周波数: 437.345 MHz
• データレート: 9600ボー
• 変調: GMSK
• ビーコンの周期: (2016/07/04現在) 54秒

アマチュア無線家が記録したビーコンは、MinXSSチーム（KISS形式）に送信され、全体的なデータ収集に貢献することができます。^[17]

展開された宇宙船にとって最初の重要なハードルは、地上との通信を確立することです。これは、コロラド州ボルダーのMinXSS地上局への最初の通過で達成されました。^{[18]科学ミッションとして、成功は有用な科学的測定値の受信によって決まります。MinXSSの初観測は、コロラド州ボルダーで開催された}アメリカ天文学会の第47回太陽物理学部門会議中に記者会見と寄稿ポスターで発表されました。 ^{[19] [20] [21]} MinXSSミッションの最初の数週間で、 40を超えるGOES Cクラスの太陽フレアと7つのMクラスの太陽フレアが発生し、それらの観測結果は分析のために地上にダウンリンクされました。それらの分析の結果は、今後発表されるいくつかの査読付き論文の主題となる予定です。また、MinXSSは、Blue Canyon Technologies XACT 3軸姿勢決定および制御システム（ADCS）の初飛行でした。仕様では11秒角とされていたところ、8秒角（1シグマ）の指向性を維持し、非常に優れた性能を発揮しました。 ^[14]

2 番目の MinXSS 宇宙船は最初のものと並行して建造されました。MinXSS-2 は、以下の点を除いて M​​inXSS-1 と同一です。

• （１）X線分光計のアップグレード版であるAmptek X123-FastSDDとMinXSS-1のX123-SDDの比較
• （２）MinXSS-1で使用されたプレリリースバージョンではなく、現在市販されているハードウェアを使用したBCT XACTのアップグレードバージョン。
• （３）飛行中の「ハードリセット」電源サイクル用の回路の追加
• （４）MinXSS-1で使用されたLi-1無線機ではなくAstroDev Lithium-2無線機を使用すること。
• （５）マイナーソフトウェアアップデート

MinXSS-2は、 Spaceflight IndustriesのSSO-A SmallSat Expressミッション^[22]からSpaceX Falcon 9を使用して展開される予定です。^[23]打ち上げは2018年12月3日に行われ、MinXSS2は軌道に展開されました。MinXSS-2の軌道は、LTDN午前10時30分、高度約575kmの極軌道で太陽同期軌道であり、推定4年のミッション寿命を提供します。

MinXSS-2は、2016年の太陽物理学技術および科学機器開発（H-TIDeS）プログラムの下でNASAから2年間の資金提供を受けるために選ばれました。^{[24] MinXSS-2では、}海軍研究所からの科学的関与も加わり、ハリー・ウォーレン博士が共同研究者として加わりました。

MinXSSは、ユタ州ローガンで開催された第30回AIAA/USU小型衛星会議で、2016年のAIAA小型衛星ミッションオブザイヤーに選ばれました。^{[25] [26]}

MinXSSプロジェクトは、コロラド学生宇宙天気実験 CubeSatに倣って構築されました。この実験は、コロラド大学ボルダー校の航空宇宙工学科学科でジョセフ・R・タナー氏が主導する大学院プロジェクトコースを設立しました。この学科の学生は、修士論文を完成させるか、大学院プロジェクトコースを2学期受講するかを選択できます。通常、各同時プロジェクトには10​​～20人の学生が関わります。CSSWEとMinXSSは、大気宇宙物理学研究所の専門家を大いに活用しました。2018年3月8日現在、40人の大学院生、5人の学部生、2人の高校生がこのプロジェクトに取り組んでいます。約40人の専門家が、設計レビューでのフィードバックの提供からフライトソフトウェアの作成まで、さまざまなレベルの関与で貢献しています。

• MinXSS公式サイト
• 国際宇宙ステーションからの展開の写真を動画にまとめました（ティム・ピーク提供）
• XACT データシート