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スペシャルインタビュー 新たな軌跡を刻め 「あかつき」の再挑戦

鉄道用語で「軌道」は、線路そのものを意味する。あらかじめ敷設された強固なルートという印象を抱いてしまうが、宇宙ではそうはいかない。さまざまな条件や制約があるなかで、行きたいところに行き、やりたいことがやれるよう、その探査機だけのための軌道を作ってやらなければならない。宇宙空間に探査機を飛ばす「軌道工学」の研究者として、プロジェクトの最初から「あかつき」に関わってきた石井信明教授に、金星を目指す旅のプランと、この5年間の道のりについて聞いた。(取材日:2015年10月23日)


石井 信明 氏
JAXA金星探査機「あかつき」プロジェクトエンジニア
宇宙科学研究所 宇宙飛翔工学研究系 教授

金星で「あかつき」を凍えさせないために

Q:石井先生が「あかつき」の軌道を作る上で、一番気にしていたことは何なのでしょうか?


そうですね、長い日陰でしょうかね。


Q:金星の影のことですか。


そうです。太陽から見て金星の後ろ側に探査機が入ると、太陽光の当たらない時間が生じます。これが長時間続くと探査機は「凍死」してしまうんです。


Q:太陽光による灼熱の方が大変だとばかり思っていました。


金星よりもっと太陽に近い水星の探査でも、探査機が死ぬとしたら凍死なんですよ。


Q:燃料が配管の中で凍ったり、動くべき部分が動かなくなったり……。


それを避けるため、バッテリーでヒーターを動かし、各部の温度を維持します。「あかつき」では「はやぶさ」で開発されたバッテリーの2倍の容量のものを2つ積んでいますが、それでも日が当たらないと90分間ぐらいしか持たない。

「あかつき」搭載のリチウムイオン電池。「あかつき」搭載のリチウムイオン電池。打ち上げから太陽捕捉までの間や、太陽電池が発電できない日陰中に、探査機に電力を供給する。容量23.5Ahの電池セル(古河電池製)を、11直列×2系統構成で搭載している。(NEC製)


Q:影に入っている時間がバッテリーの持続時間を超えないよう、軌道を調整しなければならないわけですか。


もともとの計画では遠金点高度約8万km、周期約30時間の楕円軌道に入れる計画 でした。探査機は金星に近いところでは速いが、遠くではゆっくり回ることになるので、軌道を少し持ち上げ、ちょうどいちばん離れたところで日陰に入るのを避けるような軌道を設定する必要がありました。

「あかつき」は、当初の予定より周期の長い金星周回軌道に投入される。「あかつき」は、当初の予定より周期の長い金星周回軌道に投入される。
距離が遠くなるため高い解像度の撮影は軌道上の一部分でしか達成できないが、1週間連続で撮影が可能となり、大規模な現象を把握しやすくなる。


Q:「あかつき」の打ち上げは2010年の5月21日でしたが。


打ち上げのウインドウ(可能日)は2010年5月18日から17日間設定しましたが、実はその17日間は連続ではなく、前半と後半にスプリットしていたんです。前後半の間の「打ち上げたくない時期」というのは、その時期に地球を出ると、日陰の長い周回軌道に入るためです。


Q:金星に着くか着かないかではなく、着いた後にどういう軌道に入るかまで、打ち上げの数日の差で大きな違いが出るんですね。


金星の公転面は地球の公転面に対し3度傾斜しています。「打ち上げたくない時期」は、金星に近づくだけならむしろ条件は良く、浅い角度で接近できる。ただその分、周回軌道に入ると、長い日陰にかぶってしまう。

金星到着までの道のり 金星到着までの道のり

  • 金星の公転軌道面は3°傾斜している
  • 地球から打ち上げられた「あかつき」は、地球の公転軌道面に沿って金星に向かう。
  • 金星接近時に金星が地球の公転軌道面と同じ位置にあるため、少ないエネルギーで探査機は金星に到着できる。

Q:なるほど、同じ平面で入っていくことになりますから。


それを避けたかったんです。「あかつき」を打ち上げたのは2010年5月21日の午前6時58分22秒。いったん地球軌道の外側に膨らみ、そこから内側に切れ込んで金星に追いつくような軌道をとり、200日で金星に到達できる軌道を採用しました。軌道の専門家としての立場から言えば、たとえば月でのスイングバイを経ることで、もっと少ないエネルギーで金星に向かう軌道も作ることはできます。ただ、長時間の航行中にトラブルが出てしまった火星探査機「のぞみ」の経験もあり、「あかつき」ではなるべく早く目的地に着く方法をとりました。

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