親子衛星 & 観測機器 [SCOPE計画] 3000km 300km 斉藤義文、笠羽康正 （ISAS） 小嶋浩嗣 （京大・RASC） 親・子1+3の5機編隊 　　Spin軸：軌道面垂直 斉藤義文、笠羽康正 （ISAS） 小嶋浩嗣 （京大・RASC） 次期磁気圏衛星WG 衝撃波域 渦構造 3000km ジェット生成領域 300km

基本戦略 本ミッションの基本戦略は、 鍵領域へ “編隊” を投入し、 高い分解能で “時空” を分離する！ 　鍵領域へ “編隊” を投入し、 　　　高い分解能で “時空” を分離する！ <子/近> 数10km <子/遠> 数1000km（可変） 親・子1+3の5機編隊 　　Spin軸：軌道面垂直 軌道：赤道面 　　　　 近地点 3Re 　　遠地点　30Re 衝撃波域 本ミッションの基本戦略は、 GEOTAILで見えてきた鍵領域へ “編隊” を投入して、 高い分解能で “時間・空間” を分離し、新しい描像を提出することです。 ここでは、投入する衛星群の構成および観測システムの話を致します。 渦構造 3000km ジェット生成領域 300km

限られた資源で、誰も見ていない世界へ到達するには…… 衛星の構成 限られた資源で、誰も見ていない世界へ到達するには…… 子(遠)：～数100-数1000km 子(遠) 子(近)：数10ｋｍ 親 MHD-scaleの3次元構造 ＜Ion-scaleのMicro構造 限られた資源で、誰も見ていない世界へ到達するには、 最適な衛星の配置と各衛星の高機能化が必要です。 まず、衛星群の基本配置を示します。 空間の分解は、親衛星の周囲に置く子衛星が担います。 まず、３つの子衛星で流体近似の成り立つ遠距離へ３次元的に配置し、 その空間内にイオンの粒子性が前面に出てくる近距離をおいて１つの子衛星を置きます。 これにより、親衛星の周辺空間のマクロ・ミクロ情報を得ます。 そのうえで、親衛星に資源を集中します。 「親衛星に資源を集中」し、妥協のない観測を！

衛星の機能 [親衛星：“限界”を追求] [子衛星群：“機能性”を追求] 高速性の追求 完全性の追求 自律性の追及 軽量/高性能の追求 子(遠) [親衛星：“限界”を追求] 　高速性の追求 電子計測速度を「1000倍に」 “波動-粒子相関”の超高速観測 　完全性の追求 粒子の「全エネルギー観測」 電場の「３軸計測」 　自律性の追及 　 有効データの自動検出 [子衛星群：“機能性”を追求] 　軽量/高性能の追求 制約の中で十分な観測実現 子(近)：数10ｋｍ 親 子(遠) 子(遠)：～数100-数1000km 親衛星は、高速性・完全性・自律性の３本柱を軸にして限界を追求します。 具体的には、 　電子計測速度の画期的増大と波動-粒子相関検出による 　msec・μsec現象の追及、 　粒子の全エネルギー範囲計測と電場の３軸完全計測による 　あいまい性のない観測、 　そして取得されるデータから的確にイベントをとらえる 　自動検出システムが、主要な要求事項となります、 子衛星群は、軽量・高性能の追求によって、 超軽量で機能的観測を実現する必要があります。

この要求を満たす、現在のモデル観測システムを示します。 親衛星 子衛星　[近:1, 遠:3] 粒子 電子 FESA （低エネルギー・高時間分解） EISA （低エネルギー） MESA （中エネルギー） HEP-E （高エネルギー ） イオン FISA （低エネルギー・高時間分解） IMSA （低エネルギー・質量分析） MEMS （中エネルギー・質量分析） HEP-I （高エネルギー） 粒子＆電磁場 WPC （波動・粒子相関器） 電磁場 磁場 MGF　　 （DC・低周波磁場　＜128Hz) MGF　　 （DC・低周波磁場　＜64Hz) WFC-B （高周波磁場　 ＜10kHz) 電場 EFD　　 （DC・低周波電場　＜128Hz) EFD　　 （DC・低周波電場　＜64Hz) WFC-E （高周波電場　 ＜100kHz) WFC-E （高周波電場　 ＜20kHz) SPECTRUM （高周波電場 ＜10MHz) この要求を満たす、現在のモデル観測システムを示します。 親衛星は、７つのプラズマ粒子計測、５つの電磁場計測によって、 これまでにないmsec-orderでの高速・高感度・広カバレッジの観測を実現します。 また、この両者を相関処理することにより、 オンボードでのμsec-orderの現象を狙います。 子衛星群は、軽量化した必要最小限の機器によって マクロの時空分解観測を実現します。 また、近い位置におく子衛星は、親衛星との間で ミクロ量の高速時空分解観測を実現します。 SI: ~80kg, 75W SI: ~15kg, 6W

この要求を満たす、現在のモデル観測システムを示します。 親衛星 子衛星　[近:1, 遠:3] 粒子 電子 FESA （低エネルギー・高時間分解） EISA （低エネルギー） MESA （中エネルギー） HEP-E （高エネルギー ） イオン FISA （低エネルギー・高時間分解） IMSA （低エネルギー・質量分析） MEMS （中エネルギー・質量分析） HEP-I （高エネルギー） 粒子＆電磁場 WPC （波動・粒子相関器） 電磁場 磁場 MGF　　 （DC・低周波磁場　＜128Hz) MGF　　 （DC・低周波磁場　＜64Hz) WFC-B （高周波磁場　 ＜10kHz) 電場 EFD　　 （DC・低周波電場　＜128Hz) EFD　　 （DC・低周波電場　＜64Hz) WFC-E （高周波電場　 ＜100kHz) WFC-E （高周波電場　 ＜20kHz) SPECTRUM （高周波電場 ＜10MHz) 高速 高感度 eV-MeVをカバー 波動-粒子の 　“超高速観測” この要求を満たす、現在のモデル観測システムを示します。 親衛星は、７つのプラズマ粒子計測、５つの電磁場計測によって、 これまでにないmsec-orderでの高速・高感度・広カバレッジの観測を実現します。 また、この両者を相関処理することにより、 オンボードでのμsec-orderの現象を狙います。 子衛星群は、軽量化した必要最小限の機器によって マクロの時空分解観測を実現します。 また、近い位置におく子衛星は、親衛星との間で ミクロ量の高速時空分解観測を実現します。 高速 高感度 E/B各３軸をカバー SI: ~80kg, 75W SI: ~15kg, 6W

この要求を満たす、現在のモデル観測システムを示します。 マクロ量の“時空観測” 親衛星 子衛星　[近:1, 遠:3] 粒子 電子 FESA （低エネルギー・高時間分解） EISA （低エネルギー） MESA （中エネルギー） HEP-E （高エネルギー ） イオン FISA （低エネルギー・高時間分解） IMSA （低エネルギー・質量分析） MEMS （中エネルギー・質量分析） HEP-I （高エネルギー） 粒子＆電磁場 WPC （波動・粒子相関器） 電磁場 磁場 MGF　　 （DC・低周波磁場　＜128Hz) MGF　　 （DC・低周波磁場　＜64Hz) WFC-B （高周波磁場　 ＜10kHz) 電場 EFD　　 （DC・低周波電場　＜128Hz) EFD　　 （DC・低周波電場　＜64Hz) WFC-E （高周波電場　 ＜100kHz) WFC-E （高周波電場　 ＜20kHz) SPECTRUM （高周波電場 ＜10MHz) この要求を満たす、現在のモデル観測システムを示します。 親衛星は、７つのプラズマ粒子計測、５つの電磁場計測によって、 これまでにないmsec-orderでの高速・高感度・広カバレッジの観測を実現します。 また、この両者を相関処理することにより、 オンボードでのμsec-orderの現象を狙います。 子衛星群は、軽量化した必要最小限の機器によって マクロの時空分解観測を実現します。 また、近い位置におく子衛星は、親衛星との間で ミクロ量の高速時空分解観測を実現します。 ミクロ量の“高速時空観測” SI: ~80kg, 75W SI: ~15kg, 6W

サイエンス側で見積もった現在の衛星システム重量です。 これは、最新の宇宙研衛星群のサブシステム重量などをベースにした Total: ~750kg +衛星間分離機構 +Kick Motor 親衛星 子衛星　[近:1, 遠:3] DHU DR TCIU MGA/LGA TMS TMX max:4Mbps SDIP/SSW SBR BAT SCP PCU/DIST SSR [kg] 3 1 2 1.3 12 9 5 SSAS SSC AOCE ND WHN HCE TINT STR PI 15 2.5 49 80 4.5 7 23 RCS FUEL 25 103 …… 2液, Isp=300s main-S/C dV = 510m/s sub-S/C dV = 400m/s 10 11 …… 1液, Isp=180s dV=200m/s この見積もりをベースに、 サイエンス側で見積もった現在の衛星システム重量です。 これは、最新の宇宙研衛星群のサブシステム重量などをベースにした 比較的「固い」ものですが、 親衛星３３０ｋｇ、子衛星で１００ｋｇ、トータル７５０ｋｇのWet重量で、 なんとか嵌るものができるのではないかと考えています。 Total: ~326kg, 300W Total: ~105kg, 100W

高速性の追求: GEOTAIL(=12sec) の “20-1000倍” 電子・イオン計測 高速性の追求: GEOTAIL(=12sec) の “20-1000倍” 親衛星 電子 FESA : 低エネルギー・高時間分解 MESA : 中間エネルギー HEP-E : 高エネルギー イオン FISA : 低エネルギー・高時間分解 IMSA : 低エネルギー・質量分析 MEMS : 中間エネルギー・質量分析 HEP-I : 高エネルギー 子衛星 電子/イオン EISA : 　低エネルギー 8msec 1spin 500msec 1/2spin 時間分解能 ８台 １台 ４台 FESA FISA 搭載数の増大 大きな開発項目を伴うものがいくつかあります。 一例は、高速のイオン・プラズマ粒子計測です。 センサーを新規開発していくとともに、 電子８個、イオン４個を揃えて衛星側面に配置し、 それぞれ３桁・１桁の速度向上を実現する、という基本戦略で、 量を確保するかという点も含め、検討を実施してきました。 φ200 300 電子 衛星パネル 高圧電源 プリアンプ MCP or SSD センサーの 高速・高感度化

完全性の追求: “鍵領域”で初の電場３成分計測 電場計測 完全性の追求: “鍵領域”で初の電場３成分計測 案1： Nominal 親衛星 黄道面垂直 子衛星（近） 子衛星（遠） Merit 同一の「子・孫衛星」 Demerit 短いZ軸アンテナ Spin速度低 Despun部の配置 2対のWire probe(>15m) 1対の電場boom(>7m) 親 システムに大きなインパクトをもたらす項目もあります。 一例は、スピン軸に平行に伸ばす３軸目のアンテナで、 これはスピンを用いて進展するワイヤ式では実現できません。 また、長さが短い、スピン速度に制限が出る、デスパン部の配置に困る、 という問題もあります。 マクロ的には同一場所にいると思える 子衛星か親衛星自身を太陽指向として、 二衛星のペアで３軸をカバーするという考え方もあります。 この点はサイエンス面も含めてトレードオフの検討中ですが、 こちらは「二種類の子衛星を作ることによるコスト増」 こちらは「地上との通信方式」 また、異なる姿勢の衛星をどう分離していくのか、 といった問題があります。 親 磁場boom(5m) 磁場boom(2m) 子 2対のWire probe(>7m)

“子を横に” “親を横に” Merit Demerit 案1： Nominal 案2：子衛星を横転 案3：親衛星を横転 親 黄道面垂直 子衛星（近） 子衛星（遠） Merit 同一の「子・孫衛星」 Demerit 短いZ軸アンテナ Spin速度低 Despun部の配置 案2：子衛星を横転 案3：親衛星を横転 黄道面垂直 黄道面平行(太陽指向） 「Z方向」の高精度計測 「 Z方向」の高精度計測 異なる「子衛星」 　　　　　　　　（コスト増・分離） 親衛星の難易度増　 　　　　　　（通信・電力・分離） 親 “子を横に” “親を横に” 2対のWire probe(>15m) 1対の電場boom(>7m) 親 システムに大きなインパクトをもたらす項目もあります。 一例は、スピン軸に平行に伸ばす３軸目のアンテナで、 これはスピンを用いて進展するワイヤ式では実現できません。 また、長さが短い、スピン速度に制限が出る、デスパン部の配置に困る、 という問題もあります。 マクロ的には同一場所にいると思える 子衛星か親衛星自身を太陽指向として、 二衛星のペアで３軸をカバーするという考え方もあります。 この点はサイエンス面も含めてトレードオフの検討中ですが、 こちらは「二種類の子衛星を作ることによるコスト増」 こちらは「地上との通信方式」 また、異なる姿勢の衛星をどう分離していくのか、 といった問題があります。 親 磁場boom(5m) 磁場boom(2m) 子 2対のWire probe(>7m)

検討課題： 衛星システム SCOPE in M-V “編隊”飛行のために・・・ 現実的で 時代を画する 衛星の実現へ “編隊”のHardware検討 　　　軽量化、特に子衛星群 　　　　衛星の形：姿勢・電力 　　　　　通信の方式・周波数 　　　　　　結合・分離の方式・手順 　　　　　　　　・・・・・・ “編隊”のSoftware検討 　　衛星群の製造方法 　　　　　　　　　試験方法 　　　　　　　　　　　運用方法 　　　 　　・・・・・・ このあたりから、我々だけの検討では埒があかなくなりつつあるので、 広い範囲を巻き込んだシステムの成立性の検討を月末より開始予定です。 特に、ここに挙げましたHardware面、 また、Software面の諸問題にある程度見通しをつけることが、 ２００３年の目標となります。 編隊プロジェクトはISASとして初の経験であり、 現実的で時代を画する衛星を実現したいと考えております。 現実的で 　時代を画する 　　衛星の実現へ

Schedule １９９０ １９９５ ２０００ ２００５ ２０１０ ２０１５ ２０２０ Launch! Mission提案 FM PM AKEBONO 磁気圏編隊計画：SCOPE GEOTAIL １９９０ １９９５ ２０００ ２００５ ２０１０ ２０１５ ２０２０ あけぼの（極軌道） INDEX （極軌道） SCOPE （編隊飛行衛星） GEOTAIL（尾部赤道面） 現在考えているスケジュールです。 打上げ時期としては。２０１２年初頭を考えております。 Launch! Mission提案 総合試験 FM PM 衛星システム検討・開発 観測機器検討・開発 Schedule

NASA MagCon との共同観測 スケールをまたいで 展開する宇宙プラズマダイナミクスの把握 MagCon衛星群による 全体像の把握 鍵となる領域を ズームアップするSCOPE編隊 この時期ですと、NASA Magnetosphere Consteration計画との コンジャンクションが実現します。 MagCon計画は、多数の超軽量衛星をマクロにばらまいて、 全体スナップ写真をとるというものですが、 SCOPE編隊をこの中へ投入してズームアップ像をとるという形にでき、 スケール間をまたぐダイナミクスにより一層大きな成果を期待することができます。 スケールをまたいで 展開する宇宙プラズマダイナミクスの把握 ～1000 km

Schedule １９９０ １９９５ ２０００ ２００５ ２０１０ ２０１５ ２０２０ Launch! Mission提案 FM PM AKEBONO 磁気圏編隊計画：SCOPE GEOTAIL １９９０ １９９５ ２０００ ２００５ ２０１０ ２０１５ ２０２０ あけぼの（極軌道） INDEX （極軌道） SCOPE （編隊飛行衛星） GEOTAIL（尾部赤道面） いろいろお知恵を拝借していきたいと思いますので、 よろしくお願い申し上げます。 Launch! Mission提案 総合試験 FM PM 衛星システム検討・開発 観測機器検討・開発 Schedule

粒子計測 完全性の追求: 初の“eV～MeV”完全カバー 親衛星 子衛星 電子 FESA : 低エネルギー・高時間分解 MESA : 中間エネルギー HEP-E : 高エネルギー イオン FISA : 低エネルギー・高時間分解 IMSA : 低エネルギー・質量分析 MEMS : 中間エネルギー・質量分析 HEP-I : 高エネルギー 子衛星 電子/イオン EISA : 　低エネルギー FESA MESA MEMS HEP-ele EISA FISA・IMSA HEP-ion センサー開発：Avalanche Photo Diode T=１５℃ EISA 10 102 103 104 105 106 107 (eV) Energy range 「加速された粒子」の検出に 適したセンサーがない！

粒子計測 検討課題 親衛星 子衛星 孫衛星 FESA : 低エネルギー・高時間分解 電子 MESA : 中間エネルギー 検出器、高圧電源、センサー構造 MESA : 中間エネルギー 高感度の検出器 HEP-E : 高エネルギー センサー構造 イオン FISA : 低エネルギー・高時間分解 IMSA : 低エネルギー・質量分析 高H＋フラックス下での質量分析 MEMS : 中間エネルギー・質量分析 高感度と時間分解能の両立 HEP-I : 高エネルギー センサー構造、信号処理回路 子衛星 孫衛星 電子& EISA : 　低エネルギー ２次電子放出板、センサー構造 検討課題

DC磁場計測 フラックスゲート磁力計 親衛星 子衛星 5m MAST 2m BOOM [検討課題] 高速性の追求 64-128Hz - 新センサーの開発：良温度特性、低ノイズ（アモルファス合金など） - 回路系：耐放射線多ビット A/D、アナログ回路改良 - ２センサーを使った人工ノイズ除去 高速性の追求 64-128Hz 完全性の追求 20bit化へ

電磁場計測 [親衛星] E 初の電場・磁場 全成分の網羅 B 親衛星 子衛星 “鍵領域”での 垂直電場構造 磁場 　　全成分の網羅 “鍵領域”での 　　垂直電場構造 親衛星 磁場 MGF : 　DC-128Hz 3軸 WFC-B : 　<10kHz 3軸 電場 EFD : 　　　DC-128Hz 3軸 WFC-E : 　<100kHz 3軸 Spectrum : 10k-10MHz 　1軸 子衛星 磁場 MGF : DC-128Hz 　3軸 電場 EFD : 　　DC-128Hz 　2軸 WFC-E : <100kHz 　2軸

波動計測 [親/子衛星] 初のμsec-order 電子スケール構造の観測 親衛星 子衛星 MHD-scaleの3次元構造 子(遠)：～数100-数1000km 子(遠) 子(近)：数10ｋｍ 親 MHD-scaleの3次元構造 ＜Ion-scaleのMicro構造 波動計測 [親/子衛星] 初のμsec-order 電子スケール構造の観測 親衛星 磁場 MGF : 　DC-128Hz 3軸 WFC-B : 　<10kHz 3軸 電場 EFD : 　　　DC-128Hz 3軸 WFC-E : 　<100kHz 3軸 Spectrum : 10k-10MHz 　1軸 子衛星 磁場 MGF : DC-128Hz 　3軸 電場 EFD : 　　DC-128Hz 　2軸 WFC-E : <100kHz 　2軸

波動-粒子 相関計測 オンボード処理で “μsec”で進む 波動-粒子相関現象”を検出! 特定の「プラズマ不安定現象」を自動検出 電磁場の振幅波形 波動-粒子 相関計測 電子・イオンの カウント オンボード処理で “μsec”で進む 波動-粒子相関現象”を検出! 特定の「プラズマ不安定現象」を自動検出 試験ボード