宇宙航空研究開発機構(JAXA)は9月15日、小惑星探査機「はやぶさ2」に関するオンライン記者説明会を開催し、地球帰還後に実施する拡張ミッションの選定結果を公表した。はやぶさ2の新たな目的地として決まったのは、直径わずか30m程度と推測される小惑星「1998 KY26」。到着は今から11年後、2031年7月となる予定だ。

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    小惑星「1998 KY26」と、小惑星探査機「はやぶさ2」の大きさ比較 (C)Auburn University/JAXA

0.71と0.77、小さな違いが大きな差に

はやぶさ2の再突入カプセルは、12月6日に地球に帰還する予定。これで、はやぶさ2の当初のミッションは完了となるが、探査機の状態は健全で、推進剤もまだ半分以上(約55%)残っているため、運用を継続することができる。この拡張ミッションでどこに向かうか。JAXAはこれまで、2つの案まで絞り、検討を進めてきた。

「EVEEA」シナリオは、金星をフライバイ観測してから小惑星「2001 AV43」に向かう計画、一方「EAEEA」シナリオは、小惑星「2001 CC21」をフライバイ観測してから小惑星1998 KY26に向かう計画だった。どちらも、高速自転する小さな小惑星を目的地としており、途中で他の天体を観測するチャンスがある。

参考:はやぶさ2の新たな目的地は2つの小惑星が候補に、金星観測の可能性も

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    最終候補「EVEEA」と「EAEEA」の比較。どちらも設計条件を超える距離まで太陽に接近する (C)JAXA

ちなみにEVEEA/EAEEAというのは、軌道計画を表した文字列だ。似ているのでちょっと紛らわしいが、フライバイ/ランデブーの順番を示しているので、探査機の経路が分かりやすい。これを見ると、どちらも途中で地球スイングバイを2回実施。2文字目のみ、金星(Venus)か小惑星(Asteroid)かで違うというわけだ。

  • EVEEA: Earth→Venus→Earth→Earth→Asteroid
  • EAEEA: Earth→Asteroid→Earth→Earth→Asteroid

今回の選定において、結果に大きく影響したのが太陽との距離である。EVEEAは金星軌道まで降りていくため、太陽には0.71auまで接近。このとき、探査機の各搭載機器の温度がどこまで上がるか検討したところ、許容範囲を超えてしまうことが分かった。一方、EAEEAは0.77auとやや遠いため、範囲の逸脱は無かった。

探査機は元々、地球-リュウグウ間の主ミッションのみを目的として設計されており、太陽距離は0.85~1.41auを想定していた。両シナリオともこれを大きく超えた範囲での運用となるわけだが、イオンエンジンも高温の影響を受け、3台運転は想定の0.85auまでしか行えない。これより近くなると制約が生じてしまう。

EVEEAの場合、金星スイングバイ前後の140日間程度、イオンエンジンを使うことができない。EAEEAも小惑星フライバイ前後でイオンエンジンが使えなくなるものの、期間は100日間程度と、多少短い。

そしてEVEEAで特に大きく懸念されたのが、シナリオ成立性だった。EVEEAで目的地に到達するためには、金星スイングバイの成功が不可欠。最も熱的に厳しいハイリスク環境において、最もクリティカルな運用を実施する必要があるわけだ。一方、EAEEAの方は、小惑星フライバイはキャンセルしても、目的地には到着できる。

これらの評価をまとめたのが下の図だ。熱成立性、イオンエンジン運転条件、シナリオ成立性の3項目とも、EAEEAの方が上回った。探査機の熱環境も寿命も、これから先は想定外のチャレンジとなる。そういう意味でもともとリスクは高いものの、その中でもリスクを低減し、実現性を少しでも高くしようとした結果と言えるだろう。

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    選定結果。特に熱成立性とシナリオ成立性の評価で大きな差が出たという (C)JAXA

1998 KY26はどんな小惑星?

拡張ミッションでの目的地に決まった小惑星1998 KY26については、まだあまり詳しく分かっていない。ただ、この小惑星は地球に接近した際に発見され、そのときのレーダー観測により、小さい小惑星のわりに、大体の形状まで分かっている。大きさは直径30±10m。これほど小さな天体へのランデブーは、実現すれば世界初となる可能性がある。

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    リュウグウと比較すると、1998 KY26(中央やや左)はこんなに小さい (C)JAXA、東京大、高知大、立教大、名古屋大、千葉工大、明治大、会津大、産総研、Auburn University

特徴は、10.7分という周期で高速に自転していること。30mの物体が10分で1回転というと、地上では「高速」というイメージではないものの、宇宙ではこれでも、遠心力の方が重力を上回り、「地表に立っていられない」という奇妙な世界になる。このような天体がどうなっているのか、非常に興味深い。

砂は地表にとどまれないため、基本的には1枚岩の可能性が高いだろうが、砂が結合して固まっている可能性もある。もしランデブーしてこれが分かれば、プラネタリー・ディフェンス(スペースガード)にも大きく貢献するという。

1枚岩であれば、地球大気圏へ突入した際の高熱にも耐え、地表まで届いてしまう可能性が高くなるし、砂であればバラバラになって燃え尽きやすい。この数10mクラスの小惑星は、100年~200年に1回程度の頻度で地球に落下することが分かっている。もし将来、衝突コースにいる小惑星を見つけた場合にも、この知見は役立つだろう。

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    プラネタリー・ディフェンスの観点からの期待。まだこのサイズの小惑星についてはほとんど分かっていない (C)JAXA

また拡張ミッションでの科学観測について、プロジェクトサイエンティストの渡邊誠一郎氏(名古屋大学大学院環境学研究科 教授)は、「ラグビーのワールドカップで2回トライを決めた選手が、引退後にフィギュアスケートに転向してオリンピックを目指すようなもの」と説明する。はやぶさ2はリュウグウの観測に特化した設計になっており、他の小惑星向けには最適化されていないのだ。

ただ、1998 KY26はリュウグウと同じC型小惑星の可能性があると見られており、その点では、はやぶさ2の観測装置を活かしやすいといえる。1998 KY26は、リュウグウの30分の1という小ささ。渡邊氏は「サイズが違う天体にどういう特徴があるのか確認したい」と、リュウグウとの比較に期待する。

しかし気になるのは、到着がさらに11年後ということだ。宇宙空間では、強い放射線などにより、センサーの劣化が進む。これについて、吉川真ミッションマネージャは「現状ではそれほど大きな劣化はない。10年後でもデータは取れると思う」と見通しを述べる。これは耐久試験としても意味があり、劣化のデータそのものも貴重な知見となりそうだ。

はやぶさ2は、2027年12月と2028年6月に、地球スイングバイを実施する。センサーについては、このとき月を観測することで、較正を行う予定だ。この時点までしっかり使えていれば、ランデブー時の科学観測がかなり期待できるのではないだろうか。かなり先の話になるが、(覚えていれば)注目したい。

フライバイ観測にも期待!

前述のように、小惑星1998 KY26への到着は2031年7月と、かなり先になるものの、その前のイベントとして楽しみにしたいのが、2026年7月に行う小惑星2001 CC21のフライバイ観測だ。この小惑星の素性は、1998 KY26以上に分かっていない。形状は不明。アルベド(反射率)が分からないため直径も不明だが、0.15と仮定すると700m程度と推測される。

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    ミッションの各フェーズにおいて、それぞれ科学観測を実施する計画だ (C)JAXA

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    訪れる2つの小惑星について、これまでに分かっているのはこの程度 (C)JAXA

小惑星のタイプはL型。このタイプは小惑星の中でも数が少ない“変わり者”で、探査機による直接観測の前例はまだ無い。地上からのスペクトル観測では、太陽系の最初期にできたと思われる白色包有物(CAI:Ca-Al-rich inclusion)との類似が見られるそうで、近くから観測して確かめられれば、「サイエンス的な成果は大きい」(渡邊氏)という。

ただ難しいのは、これがフライバイ観測であることだ。秒速5kmという相対速度で通過する、すれ違いざまに観測することになるのだが、はやぶさ2はもともと、ランデブー向けに設計されており、カメラだけを回転させるようなフライバイ観測向けの機能は持っていない。どうやって観測するかについては、今後検討していく。

接近する距離も未定だが、航法誘導制御担当の三桝裕也氏は、「アイデアの1つとして、たとえば100kmとか非常に近いところからの撮影に挑戦することを考えている」とコメント。しかし最接近するタイミングだと、向きが急激に変わって観測が難しいため、撮影はその前後の少し離れた場所から行う可能性が高いようだ。

拡張ミッションにおいて、フライバイ観測までの期間は5年半ほどあるが、この間は、黄道光観測や系外惑星観測にも利用する計画だという。はやぶさ2の冒険は、地球帰還後も、まだまだしばらく楽しめそうだ。

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  • 黄道光観測(左)や系外惑星観測(右)も実施する予定だ (C)JAXA