金星到着まであと26日 - 探査機「あかつき」記者会見を詳細レポート

金星探査機「あかつき」の金星周回軌道投入への再挑戦を約1カ月後に控えた2015年11月9日、宇宙航空研究開発機構(JAXA)は、「あかつき」の最新の状況と、投入日である12月7日当日の運用計画などについて記者会見を行った。

「あかつき」は今から5年前に金星を回る軌道に入ることに失敗。その後、再挑戦できる目処が立ち、太陽の回りを周りながら準備を行ってきた。

現在、探査機に大きな問題は発生していないが、予定よりも長い航海となったことで探査機には疲労がたまっており、軌道投入は難易度の高い挑戦となる。

今回は9日に行われた記者会見から、「あかつき」の現状や、12月7日の計画、今後への期待や決意の声などをお伝えしたい。

「あかつき」のこれまで

「あかつき」は日本初の金星探査機として、2010年5月21日に種子島宇宙センターから打ち上げられた。そして同年12月7日に金星に接近し、金星を回る軌道に入るためにスラスター(小型のロケット・エンジン)を噴射した。プロジェクト・マネージャーを務める中村さんが「楽勝だと思っていた」と語るほど、「あかつき」に問題はまったくなく、順調にここまでやってきたものの、肝心の軌道投入でスラスターが故障し、失敗した。

スラスターは完全に壊れ、もう使うことはできない。しかし、運用チームはなんとかして再挑戦の機会を掴もうと検討を重ね、その結果「あかつき」の姿勢を制御するために使う、より小さなスラスターを使って軌道投入する方法が編み出された。

この小さなスラスターは、探査機本体の上面と下面の4隅にそれぞれ搭載されており、「プシュ」と噴射することで、探査機を姿勢や向きを制御する。そのため1基あたりの力はすごく小さい。軌道投入では4基を同時に噴射するが、それでも本来使うはずだったスラスターの20%の力もない。難しい方法だったが、道筋は見えた。

再挑戦は2015年の冬ごろに設定され、そして2011年11月、それに向けて軌道を調整するため、この小さなスラスターを使った軌道修正が行われた。その後、投入日を2015年12月7日に設定することが発表され、また2015年7月には、金星を周る軌道への投入後の観測を有利にするための軌道修正も行われた。

さらに「あかつき」は、太陽の熱にも耐えなければならなかった。投入に失敗したことで、当初想定していなかった近さにまで太陽に近付く軌道を回ることになり、最も近付くところ(近日点という)を9回も通過しなければならなくなった。そのたびに想定を超える熱にさらされ、探査機の全体に貼られている金色の断熱材の劣化が進んでいたこともあり、きびしい状況が繰り返された。

それでも大きな問題は起きず、「あかつき」は航行を続け、金星周回軌道投入への再挑戦は、もう目前まで迫っている。

2015年12月7日の計画

「あかつき」は、金星よりも太陽側、つまり内側の軌道を回って金星を一度追い越し、現在は金星の前方を飛んでいる。このあと12月1日ごろになると、「あかつき」は金星の軌道よりも外側に出るため、自然に速度が落ち、金星が追い付いてくる。そして12月7日になると追い越されるため、この瞬間を狙ってスラスターを噴射し、探査機の速度を落とすことで、金星の周りを回る軌道に入ることができる。

12月7日の金星軌道投入に先立ち、12月6日には、7日当日の行動を「あかつき」自身の判断で行えるよう、新しく作成されたプログラムが送信される。その後、探査機の姿勢を変える作業も行われる。現在「あかつき」は太陽の熱に耐えるため、機体の中で最も熱に強い面を常に太陽の方向に向ける姿勢で飛んでいる。そのままでは軌道に入るためのスラスターが噴射できないので、あらかじめ姿勢を変えなければならない。

そして12月7日の4時30分に、長野県にある臼田宇宙空間観測所の大きなパラボラ・アンテナを使い、「あかつき」との通信が始まる。8時22分に「あかつき」は地球から見て金星の裏側に入る。そして8時51分に、「あかつき」は前日に送られたプログラムにしたがって、機体の上面にある4基の小さなスラスターの噴射を開始する。噴射時間は20分間。この噴射は「VOI-R1」と呼ばれており、VOIとは「金星軌道投入」を意味する「Venus Orbit Insertion」の頭文字から取られ、「R」は「Re-何々」とか「Revenge(雪辱)」といった単語を想定しているという。

やがて「あかつき」は金星の裏側から出てくる。そこで噴射の状況などを確認し、もし20分よりも早く噴射が止まってしまった場合など、必要なら追加の噴射を行うように地上から指示が出される。この追加の噴射は「VOI-R1c」と呼ばれている。この「c」は「correction(補正)」や「contingency(万一の)」といった単語を想定しているという。

なお、VOI-R1が成功したかどうかにかかわらず、探査機は必ず決められたタイミングで機体をほぼ反転させることになっている。もしVOI-R1が失敗したとすれば、それは上面側スラスターに原因である可能性が高いので、下面側を使ってVOI-R1cが行えるように、あらかじめ下面側を噴射する方向に向けておくための処置である。

なお、12月7日の時点では、「スラスターの噴射が実施できたかどうか」しかわからず、「軌道投入に成功したかどうか」は、その後数日かけて確認をしないとわからない。

JAXAでは、12月9日の18時から、軌道投入の成否に関する記者会見を行うとしている。

無事に軌道投入に成功すれば、まず観測機器の試験が行われ、試験的に撮影された金星の画像も、このころに公開できる見込みだとしている。その後、探査機の軌道を徐々に科学観測に適した軌道へと変え、2016年3月以降から、本格的な科学観測を開始する予定だという。

軌道の関係で、当初期待されていた観測の一部ができなくなったり、また一部のデータの質が落ちるといった点はあるものの、たとえば金星の自転よりもはるかに速く大気が動く「スーパー・ローテーション」という現象など、謎の部分が多い金星の大気の様子について、多くの発見が得られることが期待されている。

難易度の高い挑戦

11月9日の記者会見では、現在「あかつき」は、5年前に損傷したスラスターを除けば、特に不具合は出ておらず、探査機は健全であることを確認しているという。

しかし、「あかつき」の設計寿命は4.5年という前提で造られているため、現在ではすでに超えており、いつどこかが故障してもおかしくはない状態にある。また、前述のように想定以上の太陽熱にさらされていたことで、探査機には疲労がたまっている。

「あかつき」のプロジェクト・マネージャーを務める中村さんは、「この5年間で衛星も疲労していますので、投入中にどこかが故障するといったことが起これば、計画を達成できない。その意味では、(5年前と比べて)難易度は高いと考えています」と語る。

中村さんによると、「もし何か起きるとすれば、VOI-R1の開始直後、噴射し始めのときが一番危険性が高い」という。4基の小さなスラスターは、機体の姿勢を変えるためのものなので、機体の重心を通っていない。そのため、もしこの4基の噴射の力がバラバラだったりすると、姿勢が崩れてしまう可能性がある。ある程度は「あかつき」自身で立て直すこともできるが、それにも限界がある。立て直しが不可能となれば、「あかつき」は噴射を止めることになっている。この場合、VOI-R1ではほとんど噴射ができないことになるが、VOI-R1cで挽回することは可能だという。

また仮に、20分の間噴射ができたとしても、その間に探査機の姿勢が少しでもずれていれば、必要なだけの減速をすることができず、失敗に終わる可能性もないわけではない。

「あかつき」はすでに設計寿命を超えている上に、残っている燃料は今回の投入でほとんど使い切ってしまうため、もし今回も失敗すれば、再々挑戦の機会は無い。

探査機のエンジニアリングを担当する廣瀬さんは「さまざまなエンジニア的な準備を行ってきました。考え漏らしなどがないように、これまでも準備していますが、12月7日までよくよく不具合への対策を取っていけたらと思っています」と語る。

中村さんは「実は探査機にはそれほど壊れる不安は無い。それより地上の設備のほうが壊れるかも」とも語る。探査機の運用に使うコンピューターは旧式のものが多く、またプログラムなどもそれ専用に造られているため、代わりを用意するのが難しい。実際にリハーサルでは、地上設備のトラブルが起きたという。

観測機器も健全、士気も高い

一方、「あかつき」に搭載されている科学観測機器も同様に、不安は残る。この5年間、「あかつき」は観測機器を太陽の熱から守るような姿勢で飛行していたが、やはり設計寿命を超えていることから、故障してもおかしくはない。

ただ、こちらも現在まで大きな問題は出ておらず、また搭載されている5台のカメラのうち、LIR(中間赤外カメラ)とUVI(紫外イメージャ)、IR1(1μmカメラ)の3台に関しては、10月中に試験を行い、最低限ながら健全性を確認することができたという。残る2台のR2(2μmカメラ)とLAC(雷・大気光カメラ)については、現在の探査機の姿勢では確認することができないため、金星軌道投入後に確認試験を実施するという。

プロジェクト・サイエンティストの今村さんは「5年前と状況は違います。軌道も当初の最適と考えていたものと違います。観測機器も、気付いていないような不具合があるかもしれない」と語る。

しかし、「サイエンス・チームはこの5年間、遊んでいたわけではなく、観測データを解析するプログラムの改良をしたり、海外のミッションに参加して腕を磨いたりと、みんないろんな形で知恵をつけてきています。もちろん5年前と比べて厳しい面はありますが、何とか知恵と努力で乗り切りたいと考えています。今のサイエンス・チームの士気はとても高いです」と、期待を寄せる。

「あかつき」は決して楽観的な状況ではない。けれども、悲観するほどでもない。中村さんは「やるべきやることはやりました。すべてがうまく行けば、必ず成功すると考えています。人事を尽くして天命を待つという心境です」と決意を述べる。

2015年11月10日で、「あかつき」は打ち上げからちょうど2000日を迎えた。11日現在、金星到着の日まであと26日である。

参考

・https://www.youtube.com/watch?v=nyPkuy9hCyY
・http://fanfun.jaxa.jp/jaxatv/files/20151109_akatsuki.pdf
・https://www.wakusei.jp/book/pp/2011/2011-1/2011-1-068.pdf
・https://www.wakusei.jp/book/pp/2012/2012-1/2012-1-071.pdf
・https://www.wakusei.jp/book/pp/2015/2015-2/2015-2-126.pdf