DECIGO-PF1 検討会 経緯 2004年12月 JAXAで「小型衛星計画の提案募集」が行われた。公募して、実際に打ち上げる、というも

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DECIGO-PF1 検討会 経緯 2004年12月 JAXAで「小型衛星計画の提案募集」が行われた。公募して、実際に打ち上げる、というも    のではなく、今後の参考にするための意見募集のような性格のものだった。 2005年  1月    内容はともかく、こういう機会に手を挙げておくことは大事である、ということで、時間が無     い中、急いで取りまとめて提出。安東が時間がほとんどとれなかったため、安東が過去に    書いた科研費申請書などを元に、宇宙線研の三代木氏がほとんどの文章を取りまとめる。    当時、DECIGO関係の科研費が採用されていた経緯もあり、安東が代表者になった。 2005年-2006年    幾つかのJAXA内の小型衛星シンポジウムで、この募集の結果の話題が出る。「30ほど応    募があった中で、よく考えられているものからそうでないものまである」という文脈で紹介さ    れており、我々のものは、明記はされていないが、「そうでないもの」の扱いにされていた。 2006年 3月     「宇宙重力波干渉計検討会-小型衛星とDECIGO-」のミーティングの際にJAXAの斎藤    氏(オーロラ観測小型衛星「れいめい(INDEX)」の責任者)から、改訂するなら、随時受け       付ける、という旨を聞き、改訂することにする。申請中であった新特定領域研究の結果と、    5月に予定されていたDECIGO-WGミーティングの結果を受けて改訂することにした。 2006年 5月 科研費・新特定領域研究の落選のショックもあり(?)、検討は、ほとんど進まず。 2006年 7月     この改訂版は、DECIGO-PF1に相当するものとし、内容を検討にすることにする。 DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 検討会 参考資料: 小型衛星の構想募集 DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日) 宇宙科学に関する小型計画の構想募集について 宇宙科学研究本部では、飛翔体を用いた宇宙科学研究の推進のため、従来からの中型衛星による観測・実験に加えて、小規模計画の検討をしています。次の3種類のいずれかについて構想をお持ちのグループは積極的な提案をお願いします。 (1)小型衛星計画 宇宙のより遠くを観測したい、あるいは、より遠くへ探査の手をのばしたい、という願望は、「宇宙科学」の根源的な原動力です。その方向を追求する結果として、より大きな予算、人員、時間を要する計画へ移行していく傾向は、科学目的追及の面からは、不可避のことかと思われます。しかし、大型化の方向ばかりに傾くことは、衛星計画の開発サイクルが長期化し、タイムリーな計画をたてにくくなり、着実な技術実証のステップを踏みにくくなる、というような弊害も生み出します。われわれは、これからの宇宙科学プログラムの中で、当面M-Vによる中型規模の衛星・探査機計画を主力計画として推進を図ることを前提とした上で、できるだけ開発期間を短くし、コストも下げ、比較的手軽に、衛星実験を行うことのできる、小型衛星を打ち上げ、運用するシステムを立ち上げる必要があると考えています。しかしながら、現時点では、共通バスを用意していくことや、衛星設計をともに進める支援システムの用意、あるいは、打上げをどのような形で行っていくかなど、検討すべき課題があります。そこで、宇宙科学の各コミュニティ・グループからの情報を得て、小型衛星計画の実現をターゲットに種々の検討を進めさせていただきたいと考えております。 なお、小型衛星としては、次のような規模を考えています。 ・衛星軌道と重量(上限重量は、あくまで目安とお考え下さい。) ・高度 500 - 600 km、軌道傾斜角31度 400 kg程度以下 ・極軌道 200 kg程度以下 ・赤道トランスファー軌道(GTO) 150 kg程度以下(要二次推進系) ・ミッション機器重量は、衛星重量の20%程度が目安。搭載ミッション機器開発の予算規模は最大10億円程度。 ・三軸姿勢制御(精度1分角程度)可。 計画構想としては、次の点をお書きください。A4、10枚以内でお願いいたします。 1) 計画の目的(科学的、または、工学的「鋭い切り口」が、少なくとも一つあること) 2) 目的を達成するためのミッション機器の構成、これまでの準備状況(技術的に、数年のうちに実現できること) 3) 衛星のバス系に対する要求事項 4) 想定する開発スケジュール・予算規模 5) 開発チーム構成(計画を推進する、自分の手を動かす「母体」がグループとしてあること) 6) 背景のコミュニティの長期計画とその中での位置づけ DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 検討会 会合の趣旨 この募集は、意見募集のような性格のものであり、 研究費やミッションの公募ではない。                         研究費やミッションの公募ではない。    改訂が予算に直結するものではない。 ただ、重力波分野が、衛星打ち上げを真剣に検討していることを、                     JAXAに認知してもらうことは重要である。       (前回提出したものの印象は良くない) その一方で、DECIGO実現のために、       DECIGO-PF1の詳細設計を、具体的に進めていく必要がある。 今回の改訂の機会に、DECIGO-PF1の概念設計を見直し、      そのコンセンサスを形成し、それを提案書に盛り込みたい。  今後、DECIGO-PF1の詳細設計を進める上での土台にしたい。 DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 検討会 検討項目 科学的目標 重力波源、目標感度 (外乱の見積もり) 技術的目標    重力波源、目標感度 (外乱の見積もり) 技術的目標    ドラッグフリー、光源安定化、FP干渉計制御    ミッション成功基準 ミッション機器構成    ドラッグフリー、レーザー光源・安定化システム、    FP共振器、ローカルセンサーなど 衛星仕様 大きさ、重量、軌道、寿命 データレート    スラスタ スケジュール・予算規模 開発チーム構成    メンバー、分担    開発体制 文章の書き方 DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

LISA DECIGO-PF1 (1) DECIGO DECIGO-PF コレ 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 予備概念設計 R&D・概念設計 高度なR&D・予備設計 最終設計・試験・製作 観測 DECIGO PF-1 設計・試験・製作 観測 コレ PF -1 PF-2 設計・試験・製作 観測 DECIGO PF -2 LISA LPF ESA単独? LISA 遅れる可能性大 BBO 2020-2025目標 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 (2) DECIGO-PF1 DECIGO実現のためには,各要素技術の地上での入念な試験は不可欠 その一方で,実際に宇宙空間でなければ試験できない項目もある 小型実験衛星 (DECIGO-PF1) で試験   衛星のサイズ : 70cm立方, 50kg, 1 機   開発期間 : 5年 (?) 搭載機器 :    基本装置 電源装置, レーザー光源とその周波数・強度安定化システム, 温度安定化システム, 計測・通信システム, 衛星の姿勢制御システム等 重力波観測のための装置 Fabry-Perot干渉計, 安定化光源, シールド部のドラッグフリー 制御 宇宙空間における基礎技術の総合的な試験と動作検証 宇宙空間の安定な環境・レーザー干渉計                       を利用した重力波観測実験 DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 (3) DECIGO-PF1方針 開発・実験コンセプト : DECIGOのための基礎となること      技術開発 : レーザーを用いた精密計測,精密制御       天文・物理的意味のある成果 : 計測実験・観測実験 大きさ10cm程度のFP共振器による重力波観測   地上での観測が困難な 0.1-10Hzの重力波を観測   実際に検出されない場合  → これまでに無い周波数帯で,上限値を与える ドラッグ・フリーの組み込み 必要とされる要素技術   レーザー光源の開発・実証試験      安定動作するレーザー光源, 周波数安定化      打ち上げ時の衝撃に対するアラインメントの耐性   干渉計を用いた計測システムの開発・実証試験      2点間の距離の精密計測 (ドラッグ・フリー実験),光学素子の精密制御 S/C 姿勢制御 DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 (4) DECIGO Pathfinder1 Single S/C with Test mass Laser interferometer Drag-free system Objectives Cavity locking in space Modest sensitivity at 0.1 – 1 Hz  GW observation Details: TBD Local Sensor Actuator Thruster Fig: S. Kawamura DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 (5) 干渉計の構成 テストマス : アルミテストマス, 質量 1kg レーザー光源 : 倍波Nd:YAGレーザー, 出力 100mW 周波数安定化 : 外部共振器を基準 ファブリー・ペロー共振器に入射 パウンド・ドレーバー法         により信号取得・制御 共振器フィネス : 100 共振器長 : 10cm程度 特徴 : 出来るだけシンプルな光学構成 光学系    → 打ち上げ時の衝撃・ミスアラ インメントの影響を受けにくいもの DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 (6) 機械系の構成 主干渉計 : 干渉計プラットホームから制御される シールドに覆われる (磁気, 脱ガス, 宇宙線の遮蔽) 磁気シールド部 : S/C 内に保たれるようにドラッグフリー制御    (衛星用スラスタ, シールド部へのアクチュエーターを併用) 温度安定化 : 磁気シールド部, 基準共振器, レーザー光源 の各部分で必要 特徴 : 衛星の機械的外乱:       ドラッグフリー制御により低減 電磁気的外乱: シールドにより低減 温度変化: シールド (+能動制御) DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 (7) 重力波に対する感度 光源パワー : 100mW, フィネス : 100, 鏡質量 : 1kg 鏡Q値 : 106, 温度 : 300K DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 (8) 他の重力波検出器との比較 本格的な将来計画と比較すると見劣りするが,過去のものよりはやや良い         ドップラートラッキング h ~10-15  (10-4-10-2 Hz)     パルサータイミング h ~10-14  (10-8 Hz) DECIGO-PF1 大質量 ブラックホール連星合体 中性子星 連星合体 LISA 重力崩壊型 超新星爆発 銀河系内連星 銀河系内連星 バックグラウンド雑音 初期宇宙 からの重力波 (Wgw=10-14) パルサー    (1yr) ScoX-1 (1yr) DECIGO 基線長 107 m, マス 100kg, レーザー光 10W, 波長 532nm テレスコープ径 1m LCGT 重力場変動雑音 (地上検出器) DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 (9) 重力波源 連続重力波, バックグラウンド重力波 (1年間の観測, 2台での観測を仮定) (1年間の観測) 重力波源  連続重力波, バックグラウンド重力波 (1年間の観測, 2台での観測を仮定) (1年間の観測) DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 (10) バースト的重力波 BH準固有振動からの重力波 1Mpc程度の観測可能距離 m = 105 Msun のとき f ~ 1 Hz 1Mpc程度の観測可能距離 DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 検討会 参考資料: LPF (Gerhard氏より)  LPF goal  10-10 m/Hz-1/2 (10-2 Hz) Prototype <10-12 m/Hz-1/2 (10-2 Hz) (低膨張率ガラスで組まれたマイケルソン干渉計) DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 検討会 参考資料: れいめい重量配分 (坂井氏より) DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 検討会 参考資料: 光源安定化 (武者氏より) 2段振り子懸架 垂直保持 熱シールド 20Hz/√Hz@1Hz 参考資料: 光源安定化 (武者氏より) 2段振り子懸架 垂直保持 熱シールド 101 101 101 10-1 M.Notcuff,Opt.lett.30(2005)1815 M.Musha Opt.Comun180(2000)166 V.Leonhardt&J.Camp LISA WG 2005/12/5 20Hz/√Hz@1Hz 2Hz/√Hz@1Hz 20Hz/√Hz@0.1Hz ●宇宙空間での動作 無重力下での保持 衛星本体の振動 打ち上げ時の振動 機械的安定性 DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 検討会 参考資料: 観測とデータ取得 観測方法 : 衛星の軌道に依存する 地球重力場(潮汐力)による雑音    地球重力場(潮汐力)による雑音 (軌道高度, 検出器の設置方向) 0.1-1Hz 付近の重力波をメインターゲットとする 周波数帯の切り分けによって, 信号成分と雑音成分を区別する   データの取得   主なデータの取得 : 20Hz, 16bit, 8チャンネル データレート --- 2560bps (27.6MByte/day, 830MByte/month) モニタデータの取得 : 1Hz, 16bit, 64チャンネル データレート --- 1024bps 太陽指向極軌道 DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)

DECIGO-PF1 検討会 参考資料: 研究計画 (旧バージョン) 1年目 : 概念設計およびブレッドボードモデルの開発 参考資料: 研究計画 (旧バージョン) 1年目 : 概念設計およびブレッドボードモデルの開発    ブレッドボードモデルを作製し,その動作を行なう.衛星本体とインターフェース部の 基本設計を取りまとめ、それら結果を元に,DECIGOパスファインダーの基本設計を固める. 2年目 : ブレッドボードモデルの性能評価とエンジニアリングモデルの設計    ブレッドボードモデルの性能の評価と感度の向上実験を行い,雑音に関して所定の要求値を満たすよう 改良を行う (歪み感度で10-16/Hz1/2) .また,それらを元にエンジニアリングモデルの設計に取り掛かる. 3年目 : エンジニアリングモデルの製作    他の開発要素 (ドラッグフリー制御技術、Nd:YAGレーザー光源、外部共振器による周波数安定化)    の開発成果の供与を受けて,重力波観測装置部のエンジニアリングモデルを製作し,各種試験を行う.    それらの結果を踏まえて,実際に打ち上げる衛星全体の詳細設計を完成させる. 4年目 : フライトモデルの開発    これ実際に打ち上げる衛星(フライトモデル)の製作に取り掛かる. 5年目 : 実機の最終試験    フライトモデルの振動試験・宇宙環境試験を行なう. 6年目 : 打ち上げと動作    打ち上げと重力波観測を行なう.  DECIGO-PF1 検討会 (2006年08月04日)