MAXIの開発作業の 現状 松岡　勝 ISAS　ISSプロジェクト室 2004.10.19 火曜セミナー 筑波宇宙センター.

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1 MAXIの開発作業の 現状 松岡　勝 ISAS　ISSプロジェクト室 火曜セミナー 筑波宇宙センター

2 内容 全天X線監視の科学的意義 全天X線監視装置の歴史 開発の経過と今後 全天X線監視装置の成果・観測例 MAXIの開発状況
　・センサー（GSC,SSC) 　・ミッション　　・システム　　・サポート装置 　・地上データ処理 開発時及び将来の問題点

3 全天X線監視の科学的意義 活動的な宇宙、予測出来ない現象を調べる. X線新星、X線バースター、トランジェント天体、
　ガンマ線バースト　などが見つかってきた. 発見後、詳細な観測を狭視野望遠鏡で調査. 　早い時期での多波長観測例はまだ少数. 地上の観測装置の増加で変動天体の情報要. 　光の望遠鏡（含アマチュア） 　超高エネルギーγ線望遠鏡 　ニュートリノ観測装置 　重力波観測装置

4 X-ray All Sky Monitorの比較・歴史 -- ASM はほぼ10年毎に進展があった が--
Vela 5 a&b (USA) late 1960 era g-ray bursts, X-ray novae > 100 mC Ariel 5 (UK) late 1970 era 　 Systematic obs. of X-ray novae > 50 mC Ginga (Japan) late 1980 era Spectral obs. of X-ray novae > 30 mC RXTE (USA) mid1990 and now Systematic obs. of Galactic X-ray targets > 10 mC 　　　　・・・・・・・・・・　ブランク　!!　・・・・・・・・・・・ ( SWIFT (γ線バーストモニタ）　~ 2 str. Sky) MAXI (Japan) ~ 2008 AGN > 1 mC Lobster-ISS (UK &) 2010以降 Syst. AGN ~ 0.1 mC 感度

5 開発の経過と今後 1997年度： MAXI開発チームスタート 1998年度： 概念設計完了 2000年度： 基本設計審査会完了
1998年度：　概念設計完了 2000年度：　基本設計審査会完了 2001年度：　熱・構造モデル製作し試験実施 2002年度：　ミッション系の詳細設計審査会完了 2003年度：　システム系の詳細設計審査会完了 200３年度から：　搭載ミッション機器製作、JEM-EFとの調整 2004-5年度（現在）：　サブシステム製作・試験、安全審査等 　　　　　　　　　　　　　　　　地上データ処理装置の設計・試験 2006年度初め：　一次かみ合わせ 2007年度：　総合試験 2005-7年度：　地上データ処理・解析装置の製作 2008年度：　HTVで打上げ？

6 全天X線監視装置の成果例 MAXIで期待される観測例

7 A Light Curve of An X-Ray Nova during Rising Phase
GS with Ginga-ASM Advection–dominated accretion flow! Tsunemi et al . ApJ.L 　　 337 (1989), L81

8 Mrk421とMrk501の　　　　　　　　　　　　X線時間変動 1day

9 Mrk421の広バンドスペクトル 　電波　　　　　　光　　　　　　X線　　　　　　1012γ線　　1015γ線

10 R-band and X-ray correlation
NGC3514 Smoothed R-band (advanced) sampling inteｒval ~ d Maoz et al. 2002, AJ 124, 1988

11 Galactic OVII & VIII Map with SSC
MAXI SSC expected counts: counts in 1.5°x1.5° for 2 yr operation. Obs.eff.=0.7 Galactic Soft X-ray Spectra correspond’g to each Sky Region. Markevitch et al ApJ. ROSAT all-sky map of CXB Snowden et al ApJ.

12 MAXIの開発状況 ミッションチームの作業

13 MAXI チーム（2003年9月）

14 MAXI ミッションチームと担当メーカ JEM-EF ＨＴＶ JAXA-OCS ミッション 系 Metorex 明星 電気 浜ホト
素子 Metorex 明星 電気 GSC/RBM 理研 東工大 青学大 JAXA JAXA 理研 東工大 青学大 GSC素子 浜ホト SSC/ LHP Swales 阪大 JAXA JAXA 阪大 SSC素子 MAXIバス 系 理研 JAXA 阪大 東工大 青学大 日大 オンボード ソフト 地上データ 解析システム NT ｽﾍﾟｰｽ 星姿勢計 DTU JAXA SEC GPS

15 MAXI Payload Radiator for X-ray CCDs Grapple Fixture for a robot arm
Electronics Optical Star Sensor 100cm PIU GPS Solid-state Slit Camera (SSC) : X-ray CCD Gas Slit Camera (GSC) : X-ray gas proportional counter ATCS 80cm RLG 180cm Total weight: 490 kg

16 音響試験中のMAXI-TMM 2002.9

17 MAXIの感度とシミュレーションの結果 X線バーストの検出 検出感度 １周 １日 １週 2ヶ月のマップ １周のマップ
Systematic error 　１周　　　　１日　　１週 2ヶ月のマップ １周のマップ

18 検出器（GSC)の製作前作業 GSCカーボン芯線取り（理研）
使用前 使用後 キーエンス顕微鏡の導入 本体 VH-5000 レンズ　VH-Z75 (倍率 倍) シグマ Ｘ-ステージ トリクロルエチレンを含ませた キムワイプでふき取る。

19 GSC受け入れ振動試験（筑波） 小型衛星試験棟

20 GGSC-ND線問題経過（理研） 2001年12月　EM03 カウンターでGND線の緩みが発見された。その後の試験（斜め入射試験）で EM01、EM02 でも同様の問題が見つかった。 X線 C0 芯線ゲインマップ C１芯線ゲインマップ 電場 C0 と C1 の境界で Grid線 の緩みが確認された。 2.5mm C0 C1 EM003 芯線 Xray 斜め入射試験 電子 セルの深さごとのゲインを 芯線の一次元座標で表す

21 GSC-GRW弛みの原因 電子ビーム溶接 ガス封入による膨らみ

22 受け入れ検査体制（理研） 放医研にてＸ線写真撮影 撮影条件 120[kV] 20[mA] 120[sec] FM008
真空容器の下にスぺーサーをいれて角度をつける（GNDワイヤ全てを観察） フィルムを確認 ここに写真を載せ 真空ポンプで～3mbarまで引く スぺーサー(8.5°)

23 カウンターのゲインマップ（理研） C0セルのゲインマップ Cu 1650V 2DMap、2mm、3s X=-80mm
Xscan、1mm、30s 　　ゲイン分布 　　　ゲイン変化 　　　最大１０％程度 　　位置分解能

24 GSCエネルギー校正試験 (青学大・筑波)
2次ターゲットチェンバー　　　　　　　　　　　　 GSCカウンター R 10mm Off-wire (P3+10) On-Wire (P3) 5mm L 2次X線 1次X線 印加電圧 1400V：E vs PH ほとんど線形 1650V:実際にGSCを使用 GSCの観測領域は2-30keVである。 S（2.31keV）, Cl(2.62keV), Ca(3.69keV), Ti(4.51keV), V(4.95keV), Cr(5.41keV), Fe(6.40keV), Cu(8.05keV), Zn(8.69keV),Se(11.22keV), Y(14.96keV), Mo(17.48keV), Ag(22.16keV) 13種類

25 GSCのエネルギーの線形性の試験データ Xe-L edge

26 コリメーター試験(筑波) 64枚 エンジニアリングモデル collimator set = 64sheets
GSC用コリメータ 材質 ： 燐青銅 厚さ ： 100μm 間隔 ： 3.1mm 枚数 ： 128枚 (1カウンターに64枚) 1.5°FWHM 相当 宇宙用品ではまず実際に宇宙に飛ばすフライトモデルの前に、 試作品であるエンジニアリングモデルを作ります。 今回はMAXI/GSC用のコリメータのエンジニアリングモデルを初めて試作しました。 どのようなものかと言うと、 厚さが100μmで、燐青銅で出来ているコリメーターシートを3.1mmピッチで 128枚並べたものです。 ただし一つのカウンタにつき６４枚になります。 更にその６４枚の構成を詳しく説明します。 まず４枚毎に組まれたコリメータユニットがあり、それを16セット並べることにより64枚を形成しています。 これが実際に64枚並んでいる写真です。 collimator set = 64sheets 64枚 1 collimator unit = 4sheets

27 X線ビーム スリット

28 三角レスポンスデータ Scan 方向 板を傾けたり、ゆがめたりしてシミュレーションを行い実験値と比較してみた。
今年の土屋氏の卒業研究によると、 シミュレーションにより ID=32,33,34のコリメータは図のような形状をしていると予測される。 この形状にに基づきシミュレーションを行い三角レスポンスを求めてみると この図の赤い設計値と黒い実験地が一致する。 またスキャンプロファイルも実験地とシミュレーション値がよくあい、つじつまがある。

29 ＨＩＣ回路 [Amp+Peak Hold] （理研） ＯＵＴ ＩＮ ピークホールド部 　　　　　ＳＤ２１５ ゲイン部 ＤＧ４４２

30 放射線照射試験 ＨＩＣ 1mの円 ６０Ｃｏ 都立産業技術研究所

31 CCD [48個の選定(阪大)] X線の光子を検出し、電気信号に変換する。
優れたエネルギー分解能、位置分解能と適度な時間分解能を併せ持つバランスのよい検出器 SSC用CCDの仕様 　浜松ホトニクス社製 　画素数 : 1024×1024 　画素サイズ : 24mm×24mm X線けんしゅつきとしてのCCDの性能 矢印と25mm 25mm SSC用CCDの外観

32 真空チェンバー内部(阪大) 冷却板(-60℃~-100℃) CCD CCD シャッター X線源
・CCD2素子を同時に駆動する ・CCDの受光面は常に下向き ・X線はCCDの下側から照射する

33 全素子性能分布(1) 素子数 生データの比較 XISとかと比較　世界トップレベル 読み出し雑音　[e-] 　 エネルギー分解能　[eV]　 　　

34 検出効率 [%] （XISの空乏層厚は68mm)
全素子性能分布(2) 素子数 XIS　６８ 60 65 70 80 空乏層厚 [mm] 暗電流(-50℃)　[e-/画素/秒] 検出効率　[%] （XISの空乏層厚は68mm)

35 SSC回路のノイズ調整（JAXA） CCD読出し雑音 改良方法の種類

36 RBM：筑波での 電子線照射実験 (東工大・筑波)

37 放射線モニター（RBM) （東工大） 400 keV の電子照射 1.5 MeV の電子照射 “生還”を繰り返す “生還”を繰り返す 窒息？
● 107 cts/s までは正常 ● 106 cts/s までは正常 ●　>107 cts/s では“窒息”と 　“生還”を繰り返す ● >106 cts/s では“窒息”と 　“生還”を繰り返す 窒息？ 窒息？ アナログ出力 RBMトリガ

38 MAXI搭載用GPS受信機（JAXA) ・民生品（鯨衛星で搭載実績のある車載用受信機）の改修によりコストダウン。
・絶対時刻データ取得／正時クロックパルス生成用に使用。 ・民生品（鯨衛星で搭載実績のある車載用受信機）の改修によりコストダウン。 ・JAXA宇宙実証研究共同センターと共同で開発中。 受信アンテナ 受信機 重量　　　：　約250g 消費電力：　1.56W 正時パルス：精度1msec以下（１PPS)　 時刻精度：　0.1msec以下 MAXI用GPS受信機／アンテナ（EM）

39 LHPRS (LHP and Radiator System)（JAXA)
Evaporator +X Panel -Z Panel －Z Panel Honeycomb panels with embedded LHP condenser lines and aluminum facesheets Accumulator Condenser　Lines ＋X Panel LHPRS概観図１ LHPRS概観図２

40 LHP Steady State Performance
（JAXA） 目的： 定常状態におけるLHP動作の確認 HOT, NOMINAL, COLDの３モード CCDカメラの温度状態確認 ラディエータにおける放熱状態確認 Vapor Liquid Vapor Liquid -20 -40 -60 -80 -20 -40 -60 HOT Case HOT Case NOMINAL Case NOMINAL Case Temperature [deg C] Temperature [deg C] COLD Case COLD Case Thermocouple　Positions Thermocouple　Positions -Z Radiator +X Radiator

41 機上データプロセッサー(EM)の試験(理研/筑波)

42 地上データ処理システムの開発 （理研・日大・JAXA)
ISS-JEM 通 信 OCS(筑波) U-BIS（筑波） ISS/MAXI-QLチェック MAXI ２００３～４試験実施 2005~6製作 低速系DPシステム 試験のため データ解析システム 観測シミュレータ 中速系DPシステム 速報システム 公開システム 2003~4基本ソフト開発

43 MAXI開発の現在、将来の問題 ISS-JEMのデータ処理システムと即時性の開発 JEMの通信系、運用系とMAXIとの整合性
　　　理研、大阪大、東工大、青学大、日大 　　　大学院教育問題 MAXI遅延による外部（外国含む）への信用問題 遅延による科学的意義、装置の改良・発展 遅延による予算の増加の抑制努力 ESA-Lobster-ISS(2010年以降）との競合の調整

44 まとめ 全天X線監視装置は宇宙物理学にとってどの時期にも要求され、重要な役割を果たせる。 2008年の前後に同様な競合装置はない。
但し、装置、チームには賞味期限がある。 MAXIの開発にはJAXA以外に、理研、阪大、 　青学大、東工大、日大、(筑波大)の研究者、大学院生の協力で作業中。 装置の試験には2～３年の時間を要する。 LHP, VSC, GPSはJAXAが深く関与して開発。

45 有難うございました。

46 MAXIの全天X線監視の役割 ブラックホールや活動銀河核など動的宇宙の監視 ・ RXTE（米）のASMと引き継ぐ
　・　主な活動銀河核の長期変動の監視 多波長観測分野のミッションに情報提供と交換 　・　光、電波、X線、超高エネルギーγ線 当該時期での宇宙の全天X線マップの作成 　・　銀河内の高温ガスを酸素、珪素、鉄などのX線 　　　輝線で分布 　・　遠い活動銀河核の全天分布をX線で調査