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.png/500px-SMILE_spacecraft_(artist_impression).png) SMILE宇宙船の想像図 | |
| ミッションタイプ | 磁気圏ミッション |
|---|---|
| オペレーター | ESA - CAS |
| Webサイト | cosmos.esa.int/web/smile/links |
| ミッション期間 | 3年（名目）[1] |
| 宇宙船の特性 | |
| メーカー | エアバス（ペイロードモジュール） |
| 打ち上げ質量 | 2200キロ |
| 乾燥質量 | 708キロ |
| 力 | 850ワット |
| ミッション開始 | |
| 発売日 | 2025年第3四半期（予定）[2] |
| ロケット | ベガC |
| 発射場 | クールー |
| 請負業者 | アリアンスペース |
| 軌道パラメータ | |
| 参照システム | 地球中心 |
| 政権 | 高度に楕円形の軌道 |
| 近地点高度 | 5,000キロ |
| 遠地点高度 | 121,182 km |
| 傾斜 | 70°または98° |
 SMILEミッションバッジ | |
太陽風磁気圏電離圏リンク探査機（SMILE ）は、欧州宇宙機関と中国科学院が共同で計画しているミッションです。SMILEは、軌道あたり最大40時間にわたり、軟X線と紫外線で太陽の磁気圏を初めて撮影し、太陽風と地球の磁気圏の動的相互作用に関する理解を深めます。 [3] [4] SMILEミッションの主な科学的課題は次のとおりです。
- 昼側の太陽風と磁気圏の相互作用の基本的なモードは何ですか?
- サブストームサイクルを定義するものは何ですか?
- コロナ質量放出による嵐はどのようにして発生し、サブストームとどのような関係があるのでしょうか?
2024年4月現在、SMILEは2025年後半に打ち上げられる予定である。[2]
概要
このミッションでは、X線カメラと紫外線カメラ（SXIとUVI）を使用して太陽風と磁気圏の相互作用を観測し、昼側磁気圏界面（地球の磁気圏が太陽風と出会う場所）、極カスプ（太陽風の粒子が地球の電離層に直接アクセスできる各半球の領域）、およびオーロラオーバル（オーロラが最も頻繁に発生する各地磁気極の周囲の領域）の画像とビデオを同時に収集します。SMILEは、ペイロードを構成する他の2つの機器、イオン分析装置（LIA）と磁力計（MAG）を使用して、同時にその場測定データを収集します。これらの機器は、太陽風、磁気圏シース、磁気圏内のイオンを監視し、局所的なDC磁場の変化を検出します。
SMILE は、地球の磁気圏界面の外縁を観測するのに十分な高度に到達し、同時にオーロラオーバルの良好な空間分解能を得る必要がある。そのため、選択された軌道は楕円形かつ傾斜角が大きく（発射機によって 70 度または 98 度）、SMILE は月への 3 分の 1 の距離を遠地点（高度 121,182 km、つまり 19 地球半径または R E）で通過する。このタイプの軌道により、SMILE はほとんどの時間（約 80%、1 年のうち 9 か月に相当）を高高度で過ごすことができ、宇宙船は初めて 40 時間以上にわたって連続観測を行うことができる。この軌道により、放射線量の高いヴァン・アレン帯と 2 つのトロイダル帯での滞在時間も制限される。 SMILEは、フランス領ギアナのクールーからベガCロケットによって低軌道に投入され、その推進モジュールによって宇宙船は近地点高度約5000kmの公称軌道に運ばれる予定である。[1]
SMILE宇宙船は、中国科学院（CAS）が提供するプラットフォームと、ESAが提供するほぼすべての科学機器とXバンド通信システムを搭載したペイロードモジュールで構成されています。ペイロードモジュールはエアバスによって製造されます。[5]プラットフォームは、推進モジュールとサービスモジュール、およびイオン機器の2つの検出器（またはヘッド）で構成されています。ミッション運用センターはCASによって運営され、両組織は共同で科学運用センターを運営します。
楽器
宇宙船に搭載される主な機器は以下のとおりです。[3] [1]
- 軟X線イメージャー（SXI） – マイクロポア光学系を使用して、太陽風電荷交換（SWCX）プロセスからの放射を観測することにより、バウショック、磁気圏界面、カスプを含む地球の磁気圏境界の位置、形状、動きをスペクトルマッピングする広視野ロブスターアイ望遠鏡。SXIには、0.2keVから2.5keVのエネルギー帯域をカバーする2つの大型X線高感度電荷結合素子（CCD）検出器が装備されており、15.5°×26.5°の光学視野があります。この望遠鏡は、英国レスター大学および欧州全体の他の機関で開発、構築、および較正されます。CCDは、ESAが英国テレダインe2vから調達し、英国オープン大学で較正されます。
- UVイメージャー(UVI) – 地球の北のオーロラ領域を撮影する紫外線カメラ。SXI で観測される磁気圏境界で起きているプロセスと、電離層に降り注ぐ荷電粒子に作用するプロセスとの関係を研究します。UVI は、CMOS 検出器を使用して波長 155 ～ 175 nm の紫外線放射を撮影する 4 枚のミラーを備えた望遠鏡です。これは、ハーネス (UVI-H) を介して接続された UVI カメラ (UVI-C) と UVI エレクトロニクス (UVI-E) の 3 つの論理パーティションに分かれています。UVI の光学設計哲学は、オン アクシスの 4 枚のミラー システムに基づいており、SMILE 軌道と必要なリズムおよび空間解像度に合わせて最適化されています。4 枚のミラー設計と組み合わせた UV フィルター技術により、以前のオーロラ ミッションよりも桁違いに可視光が抑制され、UVI の科学目標の実現要因となっています。検出器モジュールは、CMOS検出器に光学的に結合されたマイクロチャネルプレート（MCP）ベースの画像増強管で構成されています。 [6] UVIは10°×10°の視野を持ち、4つの薄膜コーティングされたミラーを使用して光を検出器に導き、遠地点150kmで空間画像解像度を実現します。時間解像度は最大60秒です。UVIは、ベルギーのリエージュ宇宙センター（CSL）、ESA、カルガリー大学、中国極地研究所の協力を得てNSSCによって構築されています。
- 軽イオン分析装置(LIA) – 陽子とアルファ粒子の 3 次元速度分布を測定することで、さまざまな条件下での太陽風と磁気圏イオンの特性と挙動を決定します。この装置は、プラットフォームの反対側にそれぞれ取り付けられた 2 つのトップハット型静電分析装置で構成されています。太陽風の 4 π 3 次元分布全体をサンプリングでき、0.05 ～ 20 keV のエネルギー範囲のイオンを最大 0.5 秒の時間分解能で測定できます。この装置は、中国国家宇宙科学センター (CAS) と英国ユニバーシティ カレッジ ロンドンのミュラード宇宙科学研究所(UCL-MSSL)、およびフランスの LPP/CNRS/エコール ポリテクニークの合弁事業です。
- 磁力計(MAG) – 太陽風と磁気圏の磁場の方向と大きさを判定し、宇宙船上を通過する太陽風の衝撃波や不連続性を検出するために使用されます。2 つの 3 軸センサーが、宇宙船から約 80 cm 離れた 3 m の長さのブームに取り付けられ、対応する電子ユニットが SMILE 本体に取り付けられます。この構成により、MAG は勾配計として機能し、SMILE の背景磁場を正確に判定して測定値から差し引くことができます。MAG は、+/- 12800 nT の範囲で磁場の 3 つの成分を測定します。これは、中国国家宇宙科学センター (CAS) とオーストリア科学アカデミー宇宙研究所の合弁事業です。
ワーキンググループ
SMILEミッションの準備を支援するために、いくつかのワーキンググループが設立されました。
現場科学ワーキンググループ
SMILE 現場科学ワーキング グループは、ミッションの科学目標が達成され最適化され、SMILE 科学に付加価値が付けられるよう、SMILE チームをサポートするために設立されました。現場 SWG の活動は、設計、運用、較正計画の最適化、現場機器パッケージの科学目標と機会の特定 (他の磁気圏宇宙ミッションとの連携を含む) に重点が置かれています。
モデリングワーキンググループ
SMILEモデリングワーキンググループは、今後のSMILEミッションのために以下のモデリングサポートを提供します。
1. グランドモデリングの課題: MHDモデルの比較とSXIの要件/目標 -
- X線計算方法を統一する（中性密度モデル、背景などは同じ）、
- 太陽風電荷交換（SWCX）信号と境界位置（バウショック、磁気圏界面、カスプ）のモデル間差異を確認する
- X線信号強度の範囲に関するMHDの観点を提供します。
- さまざまな太陽風フラックス下での予想される境界位置の範囲を示します。
- 科学的要件と目標について統一した意見を述べる（5分間で0.5REの解像度、または1分間で0.2REの解像度で境界を見つけるには、どのくらいの太陽風フラックスが必要か？）
2. SXIデータからの境界追跡
- 境界追跡技術をテストするために、1 つの例示的なシミュレーション結果を選択します。
- SXI仕様（軌道、視野、背景、ノイズなど）を使用した磁気圏界面追跡法に関するA. JorgensenとT. Sunのテスト[7]
- M. CollierとH. Connorによる磁気圏界面追跡法のテストでは、同じSXI仕様[8]を使用して、軟X線で観測される磁気圏界面の分布が明らかになった。
- X線画像からプラズマ境界を導き出す新しい方法を開発する
- SXIデータ分析用のプログラミングツールを準備する
- 他の境界（バウショックとカスプ）の追跡方法を開発し検証する
3. その他の科学プロジェクト
- 磁気シース高速ジェットなどの小さな磁気シースの特徴が軟X線で見えるかどうかを調査します。
- 軟X線とオーロラ画像を用いて磁気圏と電離圏の結合を調査する
地上および追加科学ワーキンググループ
SMILE 地上および追加科学ワーキング グループは、太陽地球物理学コミュニティにおけるミッションのサポートを調整します。その目的は、SMILE データの取り込みを最大化し、ミッションの科学的成果を最大化することです。彼らは、将来の観測キャンペーンを地上と宇宙の両方の他の実験施設と調整します。たとえば、スーパー デュアルオーロラ レーダー ネットワーク施設の高解像度モードを使用したり、EISCAT 3D を使用したり、その時点で飛行中の他のミッションのデータと相関させたりします。ワーキング グループはまた、SMILE のデータとサポート実験を組み合わせるためのツール セットと視覚化機能を開発しています。
パブリックエンゲージメントワーキンググループ
SMILE パブリック エンゲージメント ワーキング グループは、一般の人々、アマチュア科学協会、あらゆる年齢の学校の生徒の間で SMILE とその科学を推進することを目的としています。グループのメンバーは、SMILE が生み出す科学と、それが太陽と地球の相互作用に関する知識に与える影響を説明するプレゼンテーションを積極的に行っています。彼らは、特に社会経済的に恵まれない地域の小中学校で科学を推進している組織とのつながりを作り、実践的なワークショップを開催し、科学のキャリアを促進しています。グループは、宇宙プロジェクトの開発方法の実例として SMILE に焦点を当て、生徒が打ち上げとその後の進捗を追跡するよう奨励しています。また、国際交流も推進しており、その良い例として、スペイン語で書かれた子供向け (おそらく大人も) の本「オーロラとスポッティ」を中国語に翻訳しています。
結果ハイライト
2024
- 1月 - SMILEミッションのモデリングとデータ分析方法に関する特集号が地球惑星物理学誌に掲載され、21本の査読付き論文が掲載された。序文を参照[9]
2023
- 3月7日 - 惑星間アルヴェーン波の地磁気効果。I. 磁気圏再結合と直接駆動されるサブストーム[10]
2022
- 12月17日 - 軟X線イメージャーを用いた磁気圏境界面のスタンドオフ距離の測定：1.磁気圏マスキング[11]
- 12月15日 - 軟X線イメージャーを用いた磁気圏境界面距離の測定：2. 2次元X線画像の解析方法[12]
- 6月22日 - 広視野軟X線イメージャーシミュレーションから磁気圏界面の位置を導出[13]
2021
- 3月1日 - EUV画像からプラズマ圏He+密度を再構築するための新しい逆変換法[14]
- 2月18日 - 宇宙でのイオン測定のための非対称2π視野を備えたイオン分光計の性能とシミュレーションによるモーメント不確実性[15]
- 2月21日 - 地球昼側磁気圏の軟X線とENA画像[16]
2020
- 10月20日 - 深層特徴と二重レベルセットによる自動オーロラ境界決定アルゴリズム[17]
- 8月20日 - 接線フィッティング法を用いて軟X線画像から磁気圏界面の位置を導出[18]
- 4月17日 - 太陽風の動圧と磁気圏界面のスタンドオフ距離の関係はそれほど単純なものなのでしょうか？[19]
2019
- 8月27日 - ESAの科学ハイライト：クラスターとXMMがSMILEへの道を開く[20]
- 5月1日 - SMILEミッションへの応用による3次元境界検出：モデルフィッティングノイズの影響[21]
2018
- 12月17日 - ESA SMILE定義研究報告書[3]
受賞歴
2020
- 5月21日 - 英国レスター大学のジェニファー・カーターが、2020年ロレアル・ユネスコ英国・アイルランド女性科学者物理科学新進賞を受賞しました。
歴史
ダブルスターミッションの成功を受けて、ESAとCASは初めて共同で宇宙ミッションの選択、設計、実装、打ち上げ、そしてその成果の活用を行うことを決定した。最初のワークショップの後、2015年1月に提案募集が発表された。ミッション提案の共同ピアレビューの後、提案された13の中からSMILEが最有力候補に選ばれた。[22] SMILEミッション提案[23]は、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンと中国国家宇宙科学センターが共同で主導した。 2015年6月から11月にかけて、ミッションは概念準備のための初期調査に入り、2015年11月にESA科学プログラム委員会によってミッションの最終承認が下された。ペイロードモジュールの規定に関する情報要求（RFI）は、2015年12月18日に発表された。その目的は、2016年の入札公告に備えて、ミッションへの関心が表明されていることから、低リスクのペイロードモジュールの要件を評価するために潜在的なプロバイダーから情報を収集することだった。[24]ミッションシステム要件レビューは2018年10月に完了し、ESAの科学プログラム委員会によるミッション採用は2019年3月に承認された。[25] SMILEは、2023年6月に上海で宇宙船およびミッションクリティカル設計レビュー（CDR）を無事に完了した。[26]
参考文献
- ^ abc 「SMILEミッション概要」。中国科学院。 2023年2月14日閲覧。
- ^ ab 「みんな笑顔：ベガCがESAの太陽風ミッションを開始」ESA 2024年4月30日2024年6月27日閲覧。
- ^ abc Branduardi-Raymont, G.; Wang, C.; Escoubet, CP; et al. (2018). ESA SMILE定義調査報告書(PDF) (技術レポート).欧州宇宙機関. pp. 1–84. doi :10.5270/esa.smile.definition_study_report-2018-12. S2CID 239612452. ESA/SCI(2018)1. 2023年4月22日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。
- ^ 「SMILE: 概要」。UCLムラード宇宙科学研究所。2018年12 月 19 日閲覧。
- ^ 「エアバスがESAにSMILEをもたらす」エアバス。 2019年7月31日閲覧。
- ^ 「SMILE機器」。国立宇宙科学センター。 2024年10月9日閲覧。
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- ^ 「中国と欧州の共同宇宙ミッションが飛行モデルの段階に入る」。スペースデイリー。2023年7月11日。 2023年9月15日閲覧。
外部リンク
- ESA SMILE ウェブサイト（一般公開）: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Smile
- ESA SMILE ウェブサイト（科学ワーキングチーム）：https://www.cosmos.esa.int/smile
- 中国科学院SMILEウェブサイト: http://english.nssc.cas.cn/smile/
- UCL/Mullard Space Science Laboratory SMILE コンソーシアムのウェブサイト: http://www.mssl.ucl.ac.uk/SMILE/
- レスター大学 SXI ウェブサイト: https://le.ac.uk/physics/research/space-projects-instrumentation/projects