軌道上の炭素観測所

軌道上炭素観測所
(OCO)

OCO 衛星が軌道上でどのように見えるかを描いたアーティストによる描写。
ミッションタイプ	気候学
オペレーター	米航空宇宙局（NASA）
ミッション期間	打ち上げ失敗 2年（予定）
宇宙船の特性
バス	LEOStar-2
メーカー	軌道科学[1]
打ち上げ質量	530 kg (1,170 ポンド) [1]
ペイロード質量	150 kg (330 ポンド) [1]
寸法	収納時: 2.3 × 1.4 m (7.5 × 4.6 フィート) [1]
力	786ワット[1]
ミッション開始
発売日	2009年2月24日 09:55:31  UTC [2] ( 2009-02-24UTC09:55:31 )
ロケット	トーラスXL3110（T8）
発射場	ヴァンデンバーグ、LC-576E
請負業者	軌道科学
軌道パラメータ
参照システム	地球中心
政権	太陽同期

軌道上炭素観測衛星（OCO ）は、大気中の二酸化炭素（CO2 ）の地球規模の宇宙観測を提供することを目的としたNASAの失敗した衛星ミッションであった。オリジナルの宇宙船は、2009年2月24日の打ち上げ失敗で失われた。このとき、衛星を搭載していたタウルスロケットのペイロードフェアリングが上昇中に分離に失敗し_た。^[3]フェアリングの追加質量により、衛星は軌道に到達できなかった。^{[4]その後、衛星は}大気圏に再突入し、南極付近のインド洋に墜落した。^{[5] [6]}代替衛星である軌道上炭素観測衛星2号は、2014年7月2日にデルタIIロケットで打ち上げられた。^{[7] [8]}予備のOCO-2飛行機器から構築されたスタンドアロンペイロードである軌道上炭素観測衛星3号は、 2019年5月に国際宇宙ステーションのきぼう船外実験プラットフォームに設置された。^[9]

OCOの測定は、二酸化炭素の排出源と吸収源の地理的分布を地域規模で初めて示すのに十分な精度になるよう設計されている。 ^[10]このデータは、地球規模の炭素循環、温室効果ガスの存在と分布に影響を与える自然プロセスと人間の活動についての理解を深めるために計画されている。この理解の向上により、大気中の二酸化炭素の存在と分布の将来の変化、およびこれらの変化が地球の気候に及ぼす影響について、より信頼性の高い予測が可能になると期待されている。

OCO 宇宙船はオービタル・サイエンシズ・コーポレーションによって提供された。^[11] 2 年間のミッション中、OCO は近極軌道を飛行し、少なくとも 16 日に 1 回は地球表面の大部分を観測することができる。この宇宙船は、地球観測システム午後コンステレーション ( A トレイン)と呼ばれる一連の他の地球周回衛星と緩やかな編隊を組んで飛行する予定である。この協調飛行編隊は、研究者が OCO データを他の宇宙船の他の機器によって取得されたデータと相関させることができるようにすることを目的としていた。特に、地球科学者は、NASA のアクア衛星に搭載された大気赤外線サウンダ(AIRS) 機器によってほぼ同時に取得された測定値や、総炭素柱観測ネットワーク(TCCON)からの地上データとOCO データを比較したいと考えている。A トレインとの位置合わせには、30 秒という非常に短い打ち上げ時間が必要である。^[12]

このミッションの当初の費用は2億8000万ドルでした。^[13]これはNASAの地球システム科学パスファインダープログラムによって後援されました。^[14]カリフォルニア州パサデナにあるNASAのジェット推進研究所がNASAの科学ミッション局のためにOCOを管理しています。

この衛星には、宇宙から測定された大気中の二酸化炭素の測定の中で最も正確な測定が行えるように設計された単一の機器が搭載される。この機器は、共通の構造に統合され、共通の望遠鏡から信号が送られる、並列の高解像度分光計3 台で構成される。分光計は、人間の目には見えない電磁スペクトルの近赤外線部分で、地球表面の同じ場所から反射された太陽光の二酸化炭素と分子状酸素の吸収を同時に測定する。

太陽光が地球の大気圏を通過し、地球の表面で反射されると、大気圏のガス分子は特定の色の光を吸収します。光をスペクトルと呼ばれる虹色に分割すると、各ガスが吸収する特定の色が暗い線として現れます。ガスによって吸収する色が異なるため、吸収線のパターンからその分子のスペクトル「指紋」がわかります。OCO の分光計は、これらの分子の指紋を検出するように設計されています。

3 台の分光計はそれぞれ、特定の色の範囲での吸収を測定するように調整されています。これらの範囲にはそれぞれ、二酸化炭素または分子状酸素によって生成される数十の暗い吸収線が含まれます。各スペクトル線で吸収される光の量は、光路上の分子の数に応じて増加します。OCO の分光計は、これらの各線で吸収される光の割合を非常に高い精度で測定します。この情報は、大気圏上部と地表間の経路上の分子の数を決定するために分析されます。

二酸化炭素の量が場所によって異なる場合、吸収量も異なります。これらの変動を解決するために、観測所の機器は、衛星が毎秒4マイル以上の速度で地表を飛行している間、各分光計によって生成されたスペクトルの画像を毎秒3回記録します。この情報は地上に送信され、そこで収集された画像ごとに4つの別々のフットプリントで二酸化炭素濃度が取得されます。これらの空間的に変化する二酸化炭素濃度の推定値は、天気予報に使用されるような地球規模の輸送モデルを使用して分析され、二酸化炭素の発生源と吸収源の位置を推測します。^[15]

OCO装置は、カリフォルニア州ポモナのハミルトン・サンドストランド・センサー・システムズとジェット推進研究所によって開発されました。^[16]

この衛星は当初、カリフォルニア州のヴァンデンバーグ空軍基地から専用のタウラスXLロケットで打ち上げられた。しかし、ペイロードフェアリング（打ち上げ中に衛星を保護する貝殻状のカバー）が宇宙船から分離できなかったようだ。「今夜の打ち上げは成功せず、OCOミッションも成功しないだろう」とNASAの解説者ジョージ・ディラーは語った。^[17]

• 日付: 2009年2月24日 09:55:31 UTC ^[2]
• 打ち上げロケット:オービタル・サイエンシズ、タウラスXL
• 発射場:ヴァンデンバーグ空軍基地、発射施設576-E

ペイロードフェアリングは、発射台上および初期の飛行中にペイロードを囲んで保護する貝殻型のカバーです。フェアリングは使い捨ての打ち上げロケットの標準コンポーネントであり、ロケットが十分に上昇して空気摩擦による加熱でペイロードが損傷するリスクがなくなったら、できるだけ早く切り離されます。トーラスXLのフェアリングは、ステージ2の点火後数秒で分離するように設計されていました。その余分な質量は、より大きな下段の飛行中には大きな要因ではありませんでしたが、比較的小さなステージ3が軌道に到達するのに十分な速度を加えるのを妨げました。打ち上げから17分後、ペイロードは南極近くの海に落下しました。^[18] NASAの調査官は後に、打ち上げ失敗の原因はアルミニウム製造業者のSapa Profilesが提供した欠陥のある材料であると結論付けました。^[19]

2009年2月の打ち上げ失敗から3日後、OCO科学チームはNASA本部に、2011年後半までにOCOのコピーを製造して打ち上げる提案書を送付した。^[20] 2010年2月1日、NASAの2011会計年度の予算要求には、NASAが軌道上炭素観測衛星OCO-2の代替機を開発して打ち上げるために1億7000万ドルが含まれていた。^[21]

NASAは2010年に、カリフォルニア州ヴァンデンバーグ空軍基地から2013年2月にタウラスXL3110で代替衛星を打ち上げるためにオービタルサイエンシズ社を最初に選定した。^[22]グローリー衛星の打ち上げは2011年3月4日に行われ、OCOと同様に失敗に終わった。その後、2012年2月にNASAとオービタルサイエンシズの両者は打ち上げ契約を終了することで合意した。^[23]

OCO-2は当初、2014年7月1日9時56分UTCにデルタIIロケットで打ち上げられる予定だったが、打ち上げ中に音響エネルギーを減衰させるために発射台に水を流すために使用される水抑制システムのバルブの故障により、カウントダウン時計の46秒で打ち上げが中止された。ロケットは7月2日に同時刻に打ち上げられた。^[7]

NASA 打ち上げサービス プログラム (LSP) の調査員は、2009 年と 2011 年にそれぞれ行われた NASA の軌道炭素観測所 (OCO) とグローリー ミッションの Taurus XL 打ち上げ失敗の技術的な根本原因を突き止めました。アルミニウム製造業者 Sapa Profiles, Inc. (SPI) が提供した欠陥のある材料が原因だったのです。LSP の技術的調査は、NASA の監察総監室と米国司法省 (DOJ) の関与につながりました。最近公表された DOJ の取り組みにより、SPI に対する刑事告訴と民事訴訟が解決し、SPI は米国政府と他の商業顧客に 4,600 万ドルを支払うことに同意しました。これは、数百の顧客に対するアルミニウム押し出し材の何千もの証明書を偽造するなど、19 年間に及ぶ計画に関連しています。^[24]

2009年2月24日、NASAの軌道上炭素観測衛星（OCO）を搭載したタウルスXLロケット（タウルスT8）は軌道に到達できなかった。タウルスT8ミッションは、ペイロードフェアリングが上昇中に分離せず、ロケットの重量が減らなかったために失敗した。余分な重量の結果、タウルスロケットは軌道速度に到達できず、ミッションは完全に失敗した。2011年3月4日、NASAのグローリー科学衛星を搭載した別のタウルスロケット（タウルスT9）は軌道に到達できなかった。タウルスT9ミッションもペイロードフェアリングの分離に失敗したために終了した。タウルスT8とT9のミッションは両方とも地球の大気圏に再突入し、ロケットと衛星の分解および/または燃焼を引き起こし、生き残った破片は南極近くの太平洋に分散したと思われる。両方のミッション失敗による合計コストは 7 億ドルを超えました。この文書の目的は、両方の事故の原因に関する NASA の最新の調査結果の概要を提供することです。

タウルスT8およびT9ロケットは、地上での運用および打ち上げ中に宇宙船を覆い保護するために、直径63インチのペイロードフェアリングを使用しました。ペイロードフェアリングの半分は、破壊可能なジョイントを使用して構造的に結合され、ロケットに接続されています。破壊可能なジョイントは、兵器を使用して起動する構造分離システムです。兵器を起動すると、破壊可能なジョイント押し出しの靭帯が破断し、2つのペイロードフェアリング半分が分離され、その後タウルスロケットから放出されます。T8およびT9の破壊可能なジョイントは、同時に製造され、組み立てられました。T8およびT9の破壊可能なジョイント押し出しは、オレゴン州ポートランドのテクニカルダイナミクスアルミニウム（TDA）工場でSapa Profiles、Inc.（SPI）によって製造されました。^[25]

• グローリー (衛星) — これも打ち上げ失敗で失われた。この衛星を搭載していたタウルス ロケットのペイロード フェアリングが上昇中に分離できなかったためである。
• 温室効果ガス観測衛星
• 軌道上の炭素観測所3

この記事には、アメリカ航空宇宙局 のウェブサイトまたは文書からのパブリック ドメインの資料が組み込まれています。

• Eldering, Annmarie; O'Dell, Chris W.; Wennberg, Paul O.; Crisp, David; Gunson, Michael R.; Viatte, Camille; Avis, Charles; Braverman, Amy; Castano, Rebecca; Chang, Albert; Chapsky, Lars; Cheng, Cecilia; Connor, Brian; Dang, Lan; Doran, Gary; Fisher, Brendan; Frankenberg, Christian; Fu, Dejian; Granat, Robert; Hobbs, Jonathan; Lee, Richard AM; Mandrake, Lukas; McDuffie, James; Miller, Charles E.; Myers, Vicky; Natraj, Vijay; O'Brien, Denis; Osterman, Gregory B.; Oyafuso, Fabiano; Payne, Vivienne H.; Pollock, Harold R.; Polonsky, Igor; Roehl, Coleen M.; Rosenberg, Robert; Schwandner, Florian; Smyth, Mike; Tang, Vivian; Taylor, Thomas E.; To, Cathy; Wunch, Debra; Yoshimizu, Jan (2017年2月15日). 「軌道上炭素観測所2号：科学データ製品の最初の18か月」。大気測定技術。10 ( 2): 549–563。Bibcode : 2017AMT ....10..549E。doi : 10.5194/amt-10-549-2017。
• Crisp, D. (2015)。「軌道上炭素観測所-2 (OCO-2) による宇宙からの大気中の二酸化炭素の測定」。Butler, James J.、Xiong, Xiaoxiong (Jack)、Gu, Xingfa (編)。地球観測システム XX。第 9607 巻。doi :10.1117/12.2187291。
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• Eldering, A.; Wennberg, PO; Crisp, D.; Schimel, DS; Gunson, MR; Chatterjee, A.; Liu, J.; Schwandner, FM; Sun, Y.; O'Dell, CW; Frankenberg, C.; Taylor, T.; Fisher, B.; Osterman, GB; Wunch, D.; Hakkarainen, J.; Tamminen, J.; Weir, B. (2017年10月13日). 「軌道上炭素観測衛星2号による地域二酸化炭素フラックスの早期科学調査」. Science . 358 (6360). Bibcode :2017Sci...358.5745E. doi :10.1126/science.aam5745. PMC  5668686 .
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ウィキメディア・コモンズには、軌道炭素観測所に関連するメディアがあります。

Wikinewsには関連ニュースがあります:

• NASAの二酸化炭素衛星を搭載したロケットが海に墜落

• NASA/JPL 軌道炭素観測所のウェブサイト
• JPL 科学部門 OCO ページ
• OCOミッションに関するUStreamビデオ