超小型深宇宙探査機「PROCYON」の旅路

太陽を上から見た図です。赤い線がPROCYONの航路、点線が地球と2000 DP107の軌道です。PROCYONは太陽を約1年で回る軌道に入り、1年後の2015年12月に地球のそばへ戻ってきました。計画では、イオンエンジンで軌道を少しずつ変えておき、このとき地球の上空約50万kmを通るスウィングバイで、2000 DP107へ向かう航路(黄色の点線)に乗るはずでした。

2000 DP107は、2000年に見つかった地球に近づく小惑星で、レーダーの観測で初めて「衛星を持つ小惑星」とわかった天体です。PROCYONは2016年5月12日に、その本体から約30kmのところを秒速約10kmで通り抜けながら、望遠カメラで撮影する計画でした。秒速10kmですれ違う天体を見失わずに撮り続けるには、探査機の向きを素早く正確に回す技術が必要です。

1. 2014年12月3日 13時22分

   はやぶさ2と一緒に打ち上げ

   種子島宇宙センターからH-IIAロケット26号機で、はやぶさ2、しんえん2、ARTSAT2-DESPATCHと一緒に打ち上げられました。打ち上げの2時間2分後、高度約6,000kmで最後に切り離され、20時51分に電波が届いて、予定の軌道に入ったことがわかりました。

2. 2015年1月

   地球のジオコロナの全体を撮影

   積んでいたライマンアルファ線のカメラLAICAで、約1500万km離れたところから地球を包む水素の層を撮りました。アポロ16号が1972年に月面から撮って以来の、ジオコロナの全体像です。

3. 2015年3月10日

   イオンエンジンが止まる

   2月22日から、予定より1か月半遅れて運転を始めたイオンエンジンが、運転を止めた数時間後から動かなくなりました。熱を加える、回転させる、高い電圧をかけるなどの方法で復旧を試みました。

4. 2015年5月8日

   小惑星フライバイの断念

   このままでは地球に300万km弱までしか近づけず、スウィングバイに必要な約50万km以内に入れないため、2000 DP107へのフライバイをあきらめると発表しました。ほかに近づける小惑星も見つかりませんでした。

5. 2015年9月

   67P彗星を撮影

   太陽に最も近づいたばかりの67P(チュリュモフ・ゲラシメンコ)彗星の、水素の雲の全体をLAICAで撮影しました。彗星のすぐそばにいたロゼッタには撮れない、外から見た全体像です。

6. 2015年12月3日

   地球への再接近と、通信の途絶

   地球と月を撮りながら、地球の外側約300万kmを通りました。同じ日には、はやぶさ2が地球スウィングバイをしています。この日の運用のあと、原因がわからないまま電波が届かなくなり、2016年3月まで呼びかけを続けました。

7. 2016年〜2017年

   プロジェクトの終わりと、その先へ

   プロジェクトは審査を経て終わり、2017年には「世界初の超小型深宇宙探査機の研究」が文部科学大臣表彰を受けました。経験は、東京大学の超小型探査機の拠点を通じて、アルテミスIに相乗りしたEQUULEUSなどに引き継がれています。

計算のしかた

太陽・地球・月・金星・火星・木星の重力を受けて飛ぶとして数値計算しました(位置は Astronomy Engine)。 光の圧力と、2015年2〜3月のイオンエンジンの運転(推定で秒速数m)は含めていません

打ち上げ後の軌道

分離のときの高さ(6,068km)と速さ(秒速9.2km)から、地球を離れるときの速さを秒速4.54kmとしました。向きは発表されていないので、「2015年12月3日に地球から300万km弱を通る」ように選びました。 計算では2015年12月3日15時50分(世界時)に約290万km。2015年1月9日の地球からの距離は1645万km(発表 1500万km以上)。太陽から0.85〜1.16AU、周期366日。北側を通る別の解もある

予定の航路

2015年12月3日の地球から、2016年5月12日12時(世界時、時刻は仮定)の2000 DP107までを、太陽の重力だけの軌道(ランベール解)でつなぎ、地球の上空約50万kmの通過と小惑星の30kmの通過は形だけ合わせました。 地球を離れる速さは秒速4.52km(PROCYONが打ち上げで得た速さとほぼ同じ)、小惑星との相対速度は秒速10.7km

2000 DP107・67P彗星

JPL の軌道要素から計算しました。

名称

超小型深宇宙探査機 PROCYON(プロキオン) PRoximate Object Close flYby with Optical Navigation の略

開発・運用

東京大学、JAXA宇宙科学研究所 東京理科大学、北海道大学、明星大学、立教大学などが協力

打ち上げ

2014年12月3日 13時22分04秒(日本時間) 種子島宇宙センター、H-IIAロケット26号機(はやぶさ2の相乗り)

形と質量

約63×55×55cm、約65kg(燃料を含め約67kg)

推進

マイクロ波放電式イオンエンジン(推力 約300µN、比推力 約1000秒)と、ガスの噴射口 キセノン2.5kgを共用

観測装置

ライマンアルファ線カメラ LAICA、望遠カメラ(光学航法とフライバイ撮影用)

運用

2014年12月3日〜2015年12月3日 その後、通信は回復しなかった

• 超小型深宇宙探査機 PROCYON(JAXA宇宙科学研究所)諸元、打ち上げ
• 超小型深宇宙探査機「PROCYON」の状況について(2015年12月11日)運用の終了、通信の途絶
• PROCYONのプロジェクトの終了(ISASニュース 2016年5月)成果、通信の確保の試み、後に続く計画
• PROCYON(ISAS Forefront、2015年)開発の経過、大きさ、通信
• H-IIAロケット26号機の打ち上げ結果(三菱重工)分離の時刻
• H-IIAロケット26号機 打上げ計画(JAXA)分離の高さと速さ
• PROCYONの電波の受信(東京大学、2014年12月4日)最初の確認の時刻
• Campagnola et al., Low-thrust trajectory design and operations of PROCYON(ISSFD 2015)イオンエンジンの性能、運転の開始と停止、地球スウィングバイの計画
• PROCYONの小惑星フライバイを断念(sorae、2015年5月)不具合の原因、地球への最接近の見込み
• PROCYON update(The Planetary Society、2015年4月)2000 DP107の大きさ、フライバイの予定日
• ジオコロナの全体像(立教大学、2017年)撮影の日と距離、広がり
• PROCYONによる67P彗星の観測(国立天文台、2017年)観測の時期と成果
• (185851) 2000 DP107(Wikipedia、JPLの軌道要素)軌道、大きさ、衛星
• Astronomy Engine太陽・惑星・月の位置計算