小型衛星パスファインダーによる総合的試験

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1 小型衛星パスファインダーによる総合的試験
安東 正樹 (東京大学 理学系研究科 物理学教室) DECIGO-WG 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」　第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台,　東京)

2 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」 第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台, 東京)
小型衛星実験 (1) - 位置付け - DECIGO-PF 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 新特定 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 目標 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」　第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台,　東京)

3 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」 第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台, 東京)
小型衛星実験 (2) - 概要 - 小型衛星実験 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-PF) で試験 　　衛星のサイズ : 30cm立方, 10kg, 1 機 　　開発期間 : 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 基礎物理実験のための装置 ドラッグフリー実験のためのテストマス, レーザー干渉計 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 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」　第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台,　東京)

4 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」 第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台, 東京)
小型衛星実験 (3) - 実験コンセプト - 小型衛星 (DECIGO-PF) 実験案 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 実験内容 : 　　 DECIGOの基本設計, 必要な開発項目に依存 重量・時間・リソースの制約との兼合いを考慮して目標を設定 実験案 　　短基線長重力波検出器 : 　　 基線長 10cm程度の小型重力波検出器による観測 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」　第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台,　東京)

5 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」 第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台, 東京)
短基線長重力波検出器 (1) - 概要 - 短基線長重力波検出器 基線長10cm程度のファブリ・ペロー共振器による重力波観測 　　地上での観測が困難な Hz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 熱雑音スペクトルの直接測定 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 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」　第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台,　東京)

6 短基線長重力波検出器 (2) - 干渉計の構成 -
テストマス : 溶融石英, 質量 1kg レーザー光源 : Nd:YAGレーザー, 出力 200mW 周波数安定化 : 外部共振器を基準 パウンド・ドレーバー法により信号取得・制御 代案 テストマス : Au-Pt, 質量 1kg レーザー光源 : DFB半導体レーザー ファイバ・レーザー 　周波数安定化 : 固定鏡共振器を基準　 アクチュエータ : コイル-マグネット 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 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」　第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台,　東京)

7 短基線長重力波検出器 (3) - 機械系の構成 -
主干渉計 : シールドに覆われる (磁気, 脱ガス, 宇宙線の遮蔽) 　　　　　　　 ドラッグフリー制御 によりシールド内に保つ 磁気シールド部 : S/C本体から柔らかく支持 　　　　　　　　　　　　　→ 防振効果 (必要に応じて多段化) 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 : ドラッグフリー制御により 共振器を衛星内に保つ 光路長制御により共振状態を保つ 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」　第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台,　東京)

8 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」 第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台, 東京)
短基線長重力波検出器 (4) - 感度 - 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 : 107, サスペンションQ値 : 107, 温度 : 300K 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」　第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台,　東京)

9 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」 第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台, 東京)
短基線長重力波検出器 (5) - 感度の比較 - 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 　( Hz) 　　　 パルサータイミング h ~10-14 　(10-8 Hz) 小型衛星検出器 大質量 ブラックホール連星合体 中性子星 連星合体 重力崩壊型 超新星爆発 LISA 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) DECIGO (量子限界) 基線長 108 m, マス 100kg, レーザー光 10MW, テレスコープ径 3m LCGT 重力場変動雑音 (地上検出器) 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」　第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台,　東京)

10 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」 第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台, 東京)
まとめ 小型衛星 (DECIGO-PF) によって、 宇宙空間における基礎技術の総合的な試験と動作検証 ドラッグフリー技術の検証 干渉計を用いた計測システムの宇宙での検証 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 を行なう 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」　第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台,　東京)

11 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」 第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台, 東京)
おわり 終 新特定領域 「全波長重力波天文学のフロンティア」　第5回会合 (2005年7月30日 国立天文台,　東京)