ユリシーズ（宇宙船）

ユリシーズ

ユリシーズ宇宙船
名前	オデュッセウス
ミッションタイプ	太陽物理学
オペレーター	NASA / ESA
コスパーID	1990-090B
SATCAT番号	20842
Webサイト	NASAページ ESAページ
ミッション期間	18年8ヶ月24日[1]
宇宙船の特性
メーカー	Astrium GmbH、フリードリヒスハーフェン (旧Dornier Systems )
打ち上げ質量	371 kg (818 ポンド) [1]
ペイロード質量	55 kg (121 ポンド)
寸法	3.2 m × 3.3 m × 2.1 m (10.5 フィート × 10.8 フィート × 6.9 フィート)
力	285ワット
ミッション開始
発売日	1990 年 10 月 6 日、11:47:16 UTC [1]
ロケット	スペースシャトルディスカバリー号( STS-41 )慣性上段ステージとPAM-S搭載
発射場	ケネディ宇宙センター、LC-39B
請負業者	米航空宇宙局（NASA）
ミッション終了
廃棄	廃止
無効化	2009年6月30日
軌道パラメータ
参照システム	太陽中心軌道
近日点高度	1.35 AU
遠日点高度	5.40 オーストラリア
傾斜	79.11°
期間	2,264.26日（6.2年）
木星 のフライバイ（重力アシスト）
最接近	1992年2月8日
距離	440,439 km（木星の半径の6.3倍）
ユリシーズミッションパッチ

ユリシーズ（ / j uː ˈ l ɪ s iː z / yoo- LISS -eez、英国では/ ˈ j uː l ɪ s iː z / YOO -liss-eez）は、太陽を周回して全緯度で太陽を調査することを主な任務とするロボット宇宙探査機であった。1990年に打ち上げられ、1994/1995年、2000/2001年、2007/2008年に3回の太陽の「高速緯度スキャン」を実施した。さらに、この探査機はいくつかの彗星を調査した。ユリシーズは、欧州宇宙機関（ESA）と米国航空宇宙局（NASA）の合弁事業であり、ESAのリーダーシップのもと、カナダ国立研究会議が参加した。 ^[2]ユリシーズのミッション運用最終日は2009年6月30日であった。 ^{[3] [4]}

太陽を全緯度で調査するために、探査機は軌道傾斜角を変えて太陽系の平面を離れる必要があった。宇宙船の軌道傾斜角を約80°に変更するには、太陽中心速度の大きな変化が必要であり、それを達成するエネルギーはどの打ち上げロケットの能力をはるかに超えていた。太陽の周りの目的の軌道に到達するために、ミッションの計画者は木星の周りの重力補助操作を選択したが、この木星遭遇により、ユリシーズは太陽電池で電力を供給できなくなった。代わりに、探査機は汎用熱源放射性同位元素熱電発電機（GPHS-RTG）によって電力を供給された。^[5]

この宇宙船は当初、太陽の極を調査するために長距離かつ遠回りの軌道をたどったことからオデュッセウスと名付けられた。ESAの要請により、ホメロスの神話の英雄だけでなくダンテの神曲の登場人物にも敬意を表して、 「オデュッセウス」のラテン語訳であるユリシーズに改名された。^[6]ユリシーズは当初、1986年5月にスペースシャトルチャレンジャー号のSTS-61-Fで打ち上げられる予定だった。1986年1月28日のチャレンジャー号の事故により、ユリシーズの打ち上げは1990年10月6日のディスカバリー号（ミッションSTS-41 ）に延期された。

この宇宙船はESAによって設計され、ドイツの航空機メーカーであるドルニエシステムズによって製造された。本体はおおよそ箱形で、大きさは約3.2m×3.3m×2.1m（10.5フィート×10.8フィート×6.9フィート）であった。箱には1.65m（5フィート5インチ）のパラボラアンテナとGPHS-RTG 放射性同位元素熱電発電機（RTG）電源が搭載されていた。箱は騒音の多いセクションと静かなセクションに分かれていた。騒音の多いセクションはRTGに隣接し、静かなセクションには計器の電子機器が収容されていた。無線ダイポールのプリアンプなど特に「騒音の大きい」部品は構造物の外側に完全に搭載され、箱はファラデーケージとして機能した。

ユリシーズは、パラボラアンテナの軸とほぼ一致する Z 軸の周りでスピン安定化されていた。 RTG、ホイップアンテナ、計器ブームはこの軸を安定化させるために配置され、スピン速度は公称 5 rpmであった。本体内にはヒドラジン燃料タンクがあった。ヒドラジン一元推進剤は木星に向かう際の進路修正に使用され、後にはスピン軸 (つまりアンテナ) を地球に向け直すためだけに使用された。宇宙船は、2 つのブロックに分かれた 8 つのスラスタによって制御された。スラスタは、回転または並進を実行するために時間領域でパルス駆動された。4 つの太陽センサーが方向を検出した。微細な姿勢制御のため、S バンド アンテナ フィードはわずかに軸から外れて取り付けられていた。このオフセット フィードは宇宙船のスピンと組み合わさって、地球から送信された無線信号を宇宙船で受信したときに見かけ上の振動をもたらした。この振動の振幅と位相は、地球の方向に対するスピン軸の方向に比例していた。相対的な方向を決定するこの方法は円錐スキャンと呼ばれ、初期のレーダーでターゲットの自動追跡に使用され、初期の赤外線誘導ミサイルでも非常に一般的でした。

宇宙船は、二重冗長 5 ワット トランシーバーを介して、アップリンク コマンドとダウンリンク テレメトリに S バンドを使用しました。宇宙船は、科学情報の返送 (ダウンリンクのみ) にX バンドを使用し、2008 年 1 月に最後の TWTA が故障するまで、二重 20 ワットTWTA を使用していました。両方のバンドで、他のほとんどの宇宙船の皿アンテナのカセグレンフィードとは異なり、プライム フォーカス フィードの皿アンテナが使用されました。

それぞれ約 45 メガビットの容量を持つ 2 台のテープ レコーダーには、プライム ミッション段階と拡張ミッション段階における通常の 8 時間の通信セッションの間に科学データが保存されました。

探査機は太陽系内部の熱と木星から遠く離れた場所の寒さの両方に耐えられるように設計されました。広範囲に及ぶ覆いと電気ヒーターが探査機を太陽系外部の低温から保護しました。

いくつかの科学機器では、複数のコンピュータシステム（CPU/マイクロプロセッサ/データ処理ユニット）が使用されており、その中には放射線耐性を備えたRCA CDP1802マイクロプロセッサもいくつか含まれています。文書化されている1802の使用例としては、COSPINの二重冗長1802、GRB、HI-SCALE、SWICS、SWOOPS、URAP機器にそれぞれ少なくとも1つの1802が使用されており、他の場所にもマイクロプロセッサが組み込まれている可能性があります。^[7]

打ち上げ時の総質量は371kg（818ポンド）で、そのうち33.5kgは姿勢制御と軌道修正に使用された ヒドラジン推進剤でした。

12の異なる機器はESAとNASAから提供された。最初の設計はNASAとESAの2つの探査機に基づいていたが、NASAの探査機は資金が打ち切られ、最終的にはキャンセルされた探査機の機器がユリシーズに搭載された。^[8]

• 無線/プラズマアンテナ: 2本のベリリウム銅アンテナが、RTGとスピン軸に垂直に機体から外側に巻き出されていた。このダイポールアンテナは合わせて72メートル（236.2フィート）に及んだ。3本目のアンテナは中空のベリリウム銅で、機体から回転軸に沿ってパラボラアンテナの反対側に展開された。これは7.5メートル（24.6フィート）の長さのモノポールアンテナだった。これらはプラズマ放出によって生成された電波、または宇宙船上を通過するプラズマ自体を測定した。この受信機アンサンブルはDCから1MHzまで感度があった。^[9]
• 実験ブーム: 3 つ目のタイプのブームは、より短く、はるかに頑丈で、RTG の反対側の宇宙船の最後の側面から伸びていました。これは、直径 50 mm (2 インチ) の中空のカーボン ファイバー チューブでした。写真では、本体の横に収納された銀色の棒として見ることができます。ブームには 4 種類の機器が搭載されていました。太陽フレアと木星のオーロラからの X 線を調査するための2 つのシリコン検出器で構成される固体X 線機器、光電子増倍管を備えた 2 つのCsIシンチレーター結晶で構成されるガンマ線バースト実験、ヘリウム ベクトル磁力計とフラックスゲート磁力計の 2 つの異なる磁力計、およびAC 磁場を測定する2 軸磁気サーチ コイルアンテナです。
• 機体搭載機器:電子、イオン、中性ガス、ダスト、宇宙線を検出する検出器が静穏セクションの周囲の宇宙船本体に搭載されました。
• 最後に、無線通信リンクは重力波^[10]（ドップラーシフトを通じて）を探したり、電波掩蔽を通じて太陽の大気を探査したりするために使用できます。重力波は検出されませんでした。
• 機器の総質量は55kgでした。
• 磁力計（MAG）： MAGは太陽圏の磁場を測定した。木星の磁場の測定も行われた。ユリシーズの磁場測定は、ベクトルヘリウム磁力計とフラックスゲート磁力計の2つの磁力計によって行われた。 ^[11]
• 太陽風プラズマ実験（SWOOPS）：太陽からの距離と緯度全域で太陽風を3次元的に検出した。陽イオンと電子を測定した。^[12]
• 太陽風イオン組成計（SWICS）：太陽風を構成する原子とイオンの組成、温度、速度を測定します。^{[13] [14]}
• 統合電波・プラズマ波計測装置（URAP）：太陽からの電波と宇宙船近くの太陽風で発生した電磁波を観測します。
• 高エネルギー粒子観測装置 (EPAC) と GAS: EPAC は、太陽圏における高エネルギー粒子のエネルギー、フラックス、分布を調査しました。GAS は、星間起源の非荷電ガス (ヘリウム) を研究しました。
• 低エネルギーイオンおよび電子実験 (HI-SCALE):太陽圏内の高エネルギー粒子のエネルギー、フラックス、分布を調査しました。
• 宇宙線・太陽粒子観測装置 (COSPIN):太陽圏における高エネルギー粒子と銀河宇宙線のエネルギー、フラックス、分布を調査しました。
• 太陽X線および宇宙ガンマ線バースト観測装置 (GRB):宇宙ガンマ線バーストと太陽フレアからのX線を研究しました。
• ダスト実験 (DUST) :惑星間および星間ダスト粒子を直接測定し、太陽からの距離と太陽の緯度の関数としてその特性を調査します。

ユリシーズが打ち上げられるまで、太陽は太陽の低緯度からしか観測されていませんでした。地球の軌道は黄道面を定義し、これは太陽の赤道面とわずか 7.25° しか違いません。太陽を直接周回する宇宙船でさえ、黄道に近い面を周回します。これは、傾斜角の大きい太陽軌道に直接打ち上げるには、法外な大きさの打ち上げ機が必要になるためです。

1970年代には、いくつかの宇宙船（マリナー10号、パイオニア11号、ボイジャー1号と2号）が重力アシスト操作を実行した。これらの操作は、黄道に近い軌道を周回する他の惑星に到達することを目的としていたため、ほとんどが面内での変更であった。しかし、重力アシストは面内での操作に限定されず、木星を適切に通過することで、大幅な面変更を行うことができる。そのため、黄道外ミッション（OOE）が提案された。記事「パイオニアH」を参照 。

当初、国際太陽極地ミッションとして、NASAとESAによって2機の宇宙船が建造される予定だった。1機は木星上に送られ、その後太陽の下を通過する。もう1機は木星の下を飛行し、その後太陽の上を通過する。これにより、同時観測が可能になる。予算削減のため、米国の宇宙船は1981年にキャンセルされた。宇宙船は1機設計され、飛行経路が間接的で未試行であることから、プロジェクトはユリシーズとして作り直された。NASAは放射性同位元素熱電発電機（RTG）と打ち上げサービスを提供し、ESAは宇宙船を建造し、ドイツのフリードリヒスハーフェンにあるAstrium GmbH（旧Dornier Systems）に割り当てられた。機器は、ヨーロッパと米国の大学や研究機関のチームに分割された。このプロセスにより、12の機器が搭載されることとなった。

この変更により、打ち上げは1983年2月から1986年5月に延期され、スペースシャトルチャレンジャー号（提案されていたセントールGプライム上段ロケットを搭載）で展開される予定だった。しかし、チャレンジャー号の事故により、シャトル艦隊は2年半の休止を余儀なくされ、セントールG上段ロケットの打ち上げは中止となり、打ち上げ日は1990年10月に延期された。^[15]

ユリシーズはスペースシャトルディスカバリー号から地球低軌道に放出された。そこから固体ロケットモーターの組み合わせによって木星への軌道に乗せられた。^[16]この上段は2段式のボーイング IUS（慣性上段）とマクドネル・ダグラスPAM-S（ペイロードアシストモジュールスペシャル）で構成されていた。IUSは慣性で安定し、燃焼中は能動的に誘導された。PAM-Sは無誘導で、燃焼開始時の安定性のためにユリシーズと共に80rpmまで回転した。PAM-Sのバーンアウト時に、モーターと宇宙船のスタックは、宇宙船の分離前にヨーヨーデスピン（ケーブルの端に重りを配置）されて8rpm未満にまで回転が下げられた。地球を離れると、宇宙船は史上最速の人工加速宇宙船となり、ニューホライズンズ探査機が打ち上げられるまでその称号を保持していた。

木星へ向かう途中、宇宙船は楕円形の非ホーマン遷移軌道上にあった。このとき、ユリシーズは黄道に対して低い軌道傾斜角を持っていた。

1992 年 2 月 8 日に木星に到着し、スイングバイ操作により黄道面に対する傾斜角が 80.2° 増加しました。巨大惑星の重力により、探査機の飛行経路は南向きに曲がり、黄道面から離れました。これにより、探査機は太陽の北極と南極を通過する最終軌道に投入されました。軌道のサイズと形状は、遠日点が木星から太陽までの距離である約 5 AU のまま、近日点が地球から太陽までの距離である 1 AU より若干大きくなるように、大幅に調整されました。軌道周期は約 6 年です。

1994年から1995年にかけて、太陽の 南極と北極の両方を探査した。

1996年5月1日、探査機は予期せず百武彗星（C/1996 B2）のイオン尾を通過し、その尾の長さが少なくとも3.8AUであることが明らかになった。^{[17] [18]}

2004年に再び彗星の尾との遭遇があり^[19]、ユリシーズがC/1999 T1（マクノート・ハートレー）のイオン尾を通り抜けた。コロナ質量放出によって彗星の物質がユリシーズに運ばれた。^{[18] [20]}

ユリシーズは2003年から2004年にかけて遠日点に接近し、木星のさらなる遠方観測を行った。^[21]

2007年、ユリシーズはC/2006 P1 （マクノート）彗星の尾を通過しました。結果は百武彗星の尾を通過したときとは驚くほど異なり、測定された太陽風の速度はおよそ毎秒700キロメートル（1,566,000マイル）から毎秒400キロメートル（895,000マイル）未満に低下しました。^[22]

ESAの科学プログラム委員会は、ユリシーズミッションの4回目の延長を2004年3月まで承認し^[23]、これにより、2007年と2008年に3度目の太陽の極上飛行が可能になった。探査機のRTGからの出力が科学機器を作動させ、姿勢制御燃料であるヒドラジンを凍結させないようにするには不十分であることが明らかになった後、機器の電力共有が開始された。それまでは、最も重要な機器は常にオンラインに保たれ、他の機器は停止されていた。探査機が太陽に近づくと、電力を大量に消費するヒーターがオフになり、すべての機器がオンになった。^[24]

2008年2月22日、宇宙船の打ち上げから17年4ヶ月後、ESAとNASAは、ユリシーズのミッション運用は数か月以内に終了する可能性が高いと発表した。^{[25] [26]} 2008年4月12日、NASAは終了日を2008年7月1日と発表した。^[27]

宇宙船は設計寿命の4倍以上の期間、正常に動作した。Xバンドダウンリンクサブシステムの最後の動作チェーン内のコンポーネントが2008年1月15日に故障した。Xバンドサブシステムの他のチェーンは2003年に故障していた。^[28]

地球へのダウンリンクはSバンドで再開されましたが、Sバンドの高利得アンテナのビーム幅はXバンドほど狭くなかったため、受信したダウンリンク信号ははるかに弱くなり、達成可能なデータレートが低下しました。宇宙船が木星の軌道に向かって出発軌道を進むにつれて、ダウンリンク信号は最終的に、ディープ スペース ネットワークの最大のアンテナ (直径70メートル - 229.7フィート) でも受信能力を下回ったでしょう。

距離が原因でダウンリンク信号が失われる前から、宇宙船に搭載されているヒドラジン姿勢制御燃料が凍結する可能性が高いと考えられていました。これは、放射性同位元素熱発生装置(RTG)が、ヒーターが宇宙への放射熱損失を克服するのに十分な電力を生成できなかったためです。ヒドラジンが凍結すると、宇宙船は高利得アンテナを地球に向け続けるように操縦できなくなり、ダウンリンク信号は数日のうちに失われます。X バンド通信サブシステムの故障はこれを早めました。燃料配管の最も冷たい部分が X バンド進行波管増幅器上を通っていたためです。これは、動作中にこれらの増幅器が十分な熱を発生し、推進剤配管を暖かく保つためです。

2008年7月1日という以前発表されたミッション終了日は過ぎたが、ミッションの運用は縮小されたものの継続された。科学データ収集は、Sバンドのダウンリンクマージンの低下により、リアルタイムデータとテープレコーダーの再生を同時にサポートできなくなったため、ユリシーズが地上局と通信しているときのみ利用可能となった。 ^[29]宇宙船が地上局と通信していないときは、Sバンド送信機はオフにされ、ヒドラジンを温めるために電力が内部ヒーターに回された。2009年6月30日、地上管制官は低利得アンテナに切り替えるよう命令を送った。これにより、送信機を完全にシャットダウンする以前の命令と相まって、宇宙船との通信が停止した。^{[3] [30]}

巡航段階では、ユリシーズは独自のデータを提供した。黄道から出たガンマ線機器を搭載した唯一の宇宙船として、ユリシーズは惑星間ネットワーク(IPN)の重要な一部であった。IPN はガンマ線バースト(GRB) を検出します。ガンマ線は鏡で焦点を合わせることができないため、研究をさらに進めるのに十分な精度で GRB の位置を特定することは非常に困難でした。代わりに、複数の宇宙船がマルチラテレーションを使用してバーストの位置を特定できます。各宇宙船にはガンマ線検出器が搭載されており、1 秒のごくわずかな単位で読み取りが記録されます。ガンマシャワーの到着時間と宇宙船の分離を比較することで、他の望遠鏡で追跡するための位置を決定できます。ガンマ線は光速で移動するため、広い分離が必要です。通常、決定は、地球を周回する複数の宇宙船の 1 つ、太陽系内の探査機 (火星、金星、または小惑星)、およびユリシーズを比較することで行われました。ユリシーズが軌道ごとに黄道を2回横切った ため、多くのGRB測定の精度が失われました。

追加の発見: ^{[31] [1]}

• ユリシーズによって提供されたデータにより、太陽の磁場が太陽系とこれまで考えられていたよりも複雑な形で相互作用していることが発見されました。
• ユリシーズが提供したデータにより、深宇宙から太陽系に流入する塵の量は、これまでの予想より30倍も多いことが発見された。
• 2007年から2008年にかけてユリシーズが提供したデータにより、太陽の極から発せられる磁場はこれまで観測されていたものよりもはるかに弱いことが判明しました。
• 太陽風は「ミッション中に徐々に弱くなり、現在は宇宙時代が始まって以来最も弱い状態にある」^{[30] 。}

ユリシーズは、おそらく太陽の周りを太陽中心軌道で無期限に回り続けるだろう。しかし、木星との再遭遇の際、木星の衛星の1つに接近することで進路が変わり、探査機が太陽の周りを双曲線軌道で回り、太陽系を離れる可能性がある。^[32]

• 高度構成探査機 - NASA の探査機計画の衛星
• 太陽物理学ミッションのリスト
• 外惑星へのミッションのリスト
• パーカー太陽探査機 – 太陽の外側コロナを観測する NASA のロボット宇宙探査機
• 太陽・太陽圏観測所 – ヨーロッパ宇宙観測所
• STEREO  – 太陽観測ミッション（2006年～現在）
• TRACE  – NASA のエクスプローラー計画の衛星
• WIND  – NASA の太陽風探査機、1995 年から L1 に設置
• ソーラーオービター – 欧州の宇宙太陽観測衛星

ウィキメディア・コモンズには、ユリシーズ (宇宙船)に関連するメディアがあります。

• ESA ユリシーズ ウェブサイト
• ESA ユリシーズ ミッション運用ウェブサイト
• ESA ユリシーズ ホームページ
• NASA/JPL ユリシーズ ウェブサイト
• NASA太陽系探査機ユリシーズ計測ミッションプロファイル
• ESA/NASA/JPL: ユリシーズのサブシステムと計測機器の詳細な説明
• ユリシーズは今どこにいるんだ！
• マックス・プランク研究所ユリシーズウェブサイト
• ユリシーズミッションのオペレーションマネージャー、ナイジェル・アンゴールド氏へのインタビュー（Planetary Radio より）2012年2月20日アーカイブ、Wayback Machineより
• ユリシーズ木星の重力アシストと太陽の周りの極軌道のインタラクティブな 3D 視覚化