超小型探査機「EQUULEUS」の旅路

地球を中心に、太陽がいつも左にくるように回しながら見た図です(地球の公転に合わせて図ごと回しています)。点線が月の軌道です。線は、EQUULEUSの運用チームが公開した実際の軌道データです(③の通信が途絶えたあとだけは計算)。

EQUULEUSは、半年で14回、推進機を噴きました。大きな軌道変更(DV)が3回、細かい軌道修正(TCM)が11回で、合わせても秒速約18mです。燃料は水1.2kgだけでした。

数字は運用チームの論文(2026年)の値です。「約」を付けたものは論文に載っていないため、公開された軌道データの噴射の前後の差から計算しました(計算の合計は秒速18.4m、論文の合計は18.12m)。

1. 2022年11月16日 15時47分

   アルテミスIで打ち上げ

   アメリカ・フロリダのケネディ宇宙センターから、SLS初号機で無人のオリオン宇宙船と一緒に打ち上げられました。19時27分ごろ、月へ向かう軌道でロケットの上段から切り離され、22時50分に正常に動いていることが確かめられました。一緒に分離された日本のOMOTENASHIは、電波が安定せず月への着陸をあきらめています。

2. 2022年11月18日 8時14分

   最初の軌道変更 DV1

   そのままでは月のすぐそばを通って太陽を回る軌道へ飛び出してしまうため、秒速6.48mの噴射で月を通る高さを変え、地球と月のまわりにとどまる航路に入りました。水を使う推進機で、地球の低い軌道より遠くで軌道を変えたのは世界で初めてです。

3. 2022年11月22日 1時25分

   1回目の月フライバイ

   月の裏側の上空約5,000kmを通りました。オリオン宇宙船が月の上空130kmを通った約4時間後です。高度5,550kmから、月の裏側の昼と夜の境目を撮影しました。

4. 2022年12月〜2023年3月

   地球と月のまわりをめぐる

   地球から最大約68万kmまで離れては戻る大きなループを描きながら、12月18日と3月10日に月から約5万kmのところを通り、2月4日と28日に軌道変更(DV2・DV3)を行いました。太陽の重力も使って、少しずつEML2へ向かう形に整えていきます。2月には、地球に近づいたズィー・ティー・エフ彗星を月面衝突閃光カメラで撮影しました。

5. 2023年5月4日・6日

   地球のプラズマ圏を横から撮影

   極端紫外線カメラPHOENIXが、地球を取り巻くヘリウムイオンの層(プラズマ圏)を、外側から横向きにまとめて撮りました。地磁気が乱れた6日には、プラズマ圏が4日より縮んでいたことがわかりました(2025年に論文で発表)。

6. 2023年5月18日 21時

   通信が途絶える

   16日まで正常だった電波が、美笹局で受信できなくなりました。この時点で、地球と月のあいだでの航法・誘導・制御と、プラズマ圏の撮影という主な目的は達成していました(フルサクセス)。

7. 2023年5月23〜25日

   大型望遠鏡が探査機をとらえる

   最後に地球へ近づいたとき、すばる望遠鏡やせいめい望遠鏡、アメリカのローウェル天文台が、6万km以上離れた10.5kgの探査機の光をとらえました。約76秒ごとの明るさの変化から、制御を失ってゆっくり回っていると考えられています。

8. 2023年〜

   復旧運用の終わり

   太陽電池に日が当たって電力が戻る時期を予想しながら呼びかけを続けましたが、位置の予測の誤差が大きくなり、復旧運用は終えられました。EML2への到着は2023年末の予定でした。

航路

東京大学とJAXAの運用チームが2026年8月に公開したデータセット(CC BY 4.0)の、地上局の電波の測定から再構成した軌道を使いました。2022年11月16日19時25分から2023年5月17日1時(日本時間)まで5分ごと、地球中心・黄道座標の位置と速度です。 図は2〜3時間ごと、星空のページは1時間ごと(地球・月のそばは5分・1分ごと)に間引いています

分離から最初のデータまで

最初のデータから、噴射なしで地球・月・太陽の重力を受けて逆にたどりました。 分離の時刻(19時27分)で、計算は近地点533km・遠地点37万9479km・傾き30.26°。発表(521km・37万9650km・30.3°)とよく合います

通信が途絶えたあと

最後のデータから、噴射せずに地球・月・太陽の重力だけで飛び続けたとして計算しました。 5月24日の地球への接近(計算で約6万4000km)は、地上の望遠鏡が探査機をとらえた日と合います。光の圧力などは含めていないので、6月へ進むほど大まかです

噴射の大きさ

運用チームの論文の値。論文にない回は、軌道データで噴射の30分前の状態から噴射なしで進めた位置・速度と、噴射の30分後のデータとの差から求めました。

月・太陽・惑星

Astronomy Engine で計算。ズィー・ティー・エフ彗星は JPL の軌道要素から計算しました。

名称

EQUULEUS(エクレウス) EQUilibriUm Lunar-Earth point 6U Spacecraft。こうま座の学名でもある

開発・運用

東京大学、JAXA宇宙科学研究所 日本大学なども参加

打ち上げ

2022年11月16日 15時47分44秒(日本時間) ケネディ宇宙センター39B射点、SLS初号機(アルテミスI)。10機の超小型探査機の1機

形と質量

6Uキューブサット(約10×20×30cm)、10.5kg 太陽電池パドルを広げた幅 約1.46m、発電 約50W

推進機

水レジストジェット推進系 AQUARIUS 大きな噴射用2基・姿勢用4基、水1.22kg、推力約4.9mN、比推力約73秒

観測装置

極端紫外線カメラ PHOENIX、月面衝突閃光カメラ DELPHINUS、ダスト検出器 CLOTH

運用

2022年11月16日〜2023年5月17日(最後の正常な通信) その後、通信は回復していない

• EQUULEUS宇宙船搭載のAQUARIUS推進システムの軌道上運用データセット(小泉裕之、森合勇、関根北斗、西井慶太、秋山真理子、中島慎太郎、川端洋介、太高康保、野村俊一郎、布施良太、船瀬龍、figshare、2026年、CC BY 4.0)再構成された軌道(5分ごと)。間引いて座標を変えて使用
• Koizumi et al., Toward Public Access to On-Orbit Propulsion Data From EQUULEUS(SmallSat 2026)噴射ごとの速度変化、月フライバイの日時
• Funase et al., EQUULEUS: Initial Operation Results(SmallSat 2023)噴射の日時、月の裏側の画像
• EQUULEUSの初期運用の完了(JAXA、2022年11月26日)月フライバイ、水の推進機による軌道制御
• OMOTENASHI・EQUULEUSの状況(JAXA、2022年11月17日)最初の確認
• EQUULEUS・OMOTENASHIの状況(文部科学省 宇宙開発利用部会、2023年6月27日)運用の経過、フルサクセス、通信の途絶、望遠鏡による観測、EML2到着の予定
• Kawabata et al.(SmallSat 2024)回転の推定、復旧運用
• PHOENIXによるプラズマ圏の撮影(JAXA宇宙科学研究所、2025年)2023年5月4日・6日の観測
• EQUULEUSの概要(JAXA、2022年8月)諸元、推進機、観測装置
• Artemis 1 mission log(Jonathan McDowell)分離の時刻と軌道、オリオンの月フライバイ
• Astronomy Engine月・太陽・惑星の位置計算