「第61回JAXAタウンミーティング in となみ」（平成23年4月10日開催）
会場で出された意見について

第二部「『はやぶさ』小惑星探査機のイオンエンジン」で出された意見

＜キセノンを使用した理由について＞
参加者：イオンエンジンの説明を聞いた中で、真空管の技術によく似ていると思いました。イオンエンジンの推進剤にキセノンを選んだ理由を教えてください。
國中：技術としては、おっしゃるとおり真空管と大変近いところがあります。真空管は電子を加速して使います。質量は電子に比べてイオンは大変重いですが、質量を変えればほとんど同じ物理で制御されています。またなぜ推進剤にキセノンを使うかというと、人工衛星を汚さないためです。昔はセシウムや水銀という粒子を使っていましたが、人工衛星の表面は大変冷たいので、液体や固体に戻る可能性がある。それがほんの少しでも人工衛星に付くと、人工衛星が汚れてしまう。キセノンは常温でも低温でも気体のままです。固化とか液化はせずに、そのままガスとしてどこかに飛んでいきます。そういった特徴をかんがみて、現状ではほとんどキセノンばかり使うようになりました。

＜イオンエンジンのトラブルの対処について＞
参加者：イオンエンジンが故障して、トラブルを起こしたときに、自分で新しい回路を見出したとのこと。これは、ロボット機能的な形で自分で直したのでしょうか。
國中：何か問題があると、探査機が自分で考えて、事前に書いてあったプログラムを起動させて、とりあえずできる安全化処置をします。あとは地上からの指令を待っています。いろいろなエラー、事故や故障がありましたが、そのたび起きた現象を地上で理解して、それを直すような処置を地上から命令を送って対処しました。イオンエンジンのトラブルのケースについては、安全を確認した上でクロス運転というものを選択し、地上からの命令でその操作がされました。
参加者：管制官の皆さんは24時間態勢で仕事をするのですか。
國中：忙しい時は3交代ないし2交代のシフトを組んで、24時間のオペレーションをします。オペレーションのコストの関係や、使えるアンテナの関係もあり、通常は1シフト、8時間程度の勤務です。主に長野や鹿児島にあるアンテナを使います。ほかの衛星でもアンテナを使いますので、調整は必要です。日本から探査機が見える時間、約8時間だけ追跡ができます。ただ、朝の9時から夕方の5時までで仕事が終われば良いですが、夜にしか見えない場合は、夜勤をします。非常に難しいオペレーションの場合は、アメリカが世界中に持っているアンテナを借ります。それを切り替えながら、常に「はやぶさ」が見えるアンテナを選んで追跡します。

＜宇宙空間で働く力について＞
参加者：宇宙空間ではどういう力が働くのか教えてください。
長谷川：宇宙空間は無重力と言われています。一番大きな力がかかるのは打ち上げのときです。大きい加速度がかかりますし、もっと大きい問題は音響です。激しい音は1つの大きい外力になります。

＜イオンエンジンで行けるところについて＞
参加者：イオンエンジンは、一体宇宙のどこまで行けることを想定しているのでしょうか。
國中：日本の技術で目指しているのは、木星です。木星は太陽から7.5億キロあります。地球は1.5億キロです。ということは太陽の光が自乗で弱くなっていくので、25分の1になります。ただ、現状太陽電池の性能というのは格段に上がっていて、実現した太陽電池の発電効率でいうと40％ぐらいまであります。それは重いので、そのまま使えるかどうかわかりませんが、はやぶさの太陽電池も10年以上前の技術で、27％あります。ですから、現状太陽電池でできるのは、常識的な範囲で、木星以内の太陽系の宇宙は、現状の技術で到達できると考えます。その先は太陽の光ではかなり難しいです。何か別のパワーを使わないと、その先は難しいと考えます。

＜次世代のエンジンについて＞
参加者：今後木星の先を目指す場合、現状ではイオンエンジンを使っているが、ほかの技術も検討しているのでしょうか。それともイオンエンジンを突き詰めて、もっと遠くまで行けるようにするのかお聞かせください。
國中：太陽を回る宇宙系は高速噴射型のシステムが適当であろうと思います。したがって、イオンエンジン系の技術が、深宇宙では今後も利用されるだろうと思います。一方、地球を回る宇宙というものもあります。ここは地球の重力が比較的強いので、燃費のいい型式のエンジンよりは推力が少しでも大きい型式の電気ロケットが有用であろうと考えられています。ヨーロッパ、アメリカが使っているのは、ホールスラスタという推進装置です。これはイオンエンジンほど燃費はよくないですが、力が出る型式のものです。今後、人を運ぶロケットは、なるべく速やかに現地に着くというのが結果として効率的になるので、LE-7や、液酸液水のような大型ロケットを使うことになると思います。例えば月に人を居住させようと思うと、事前に大量の物資を1、2年かけて、運んでおく可能性はあると思います。その場合には、電気ロケット技術が地球周回でも十分に使えると思います。そういう方向で技術研究開発を進めて行きたいと思います。

＜「みちびき」の軌道について＞
参加者：日本が打ち上げるGPSの衛星について教えてください。地図上で見ると、日本からオーストラリアにかけて8の字を描いているように飛ぶというのを新聞で見ました。
舘：人工衛星は地球の周りを回っています。地球も自転しています。静止衛星は地球の自転のスピードと人工衛星が回るスピードが同じなので、常に同じ場所に見えます。それを斜めに少し回転すると、日本とオーストラリアの間で8の字を描くように見えます。人工衛星はこの軌道を1日に1周します。そのうち日本の上空で見えるのは8時間だけです。日本上空を24時間カバーするためには、3基の人工衛星が必要です。

＜通信できなくなったときの「はやぶさ」の捜索方法について＞
参加者：はやぶさが見つかったとき、予定通りの場所にいたのか。どのように探したのか。
國中：まず、通信を失ったときは予測です。通信を失う前までの場所がわかれば、通信を失っても太陽の重力が支配しているので、計算だけでどのように運動していくかを追いかけます。そうすると、大体の場所が分かります。地球からは大変遠いので、多少計算がぶれても電波のビーム幅の中には十分に入りますので、1年間ぐらいは追跡ができます。地球から電波を送り、電波が返って来る。すると光の速さを基に、どの距離にいるかがわかります。これが「測距」といいます。もう一つは方向を割り出します。地球の自転を基に、地球の回転速度と、はやぶさが送る電波の速度差（ドップラーシフト）を使って、電波が飛んできた方向を計測します。電波の周波数は打った電波と返ってきた電波の周波数が変わって見えます。その変わり方を計測すると、どこから電波が飛んできたかがわかります。つまり、地球からの距離と地球からの方向がわかれば、場所が特定できるわけです。実際に小惑星に着陸するレベルだと、この方法ではとても足らないので、探査機に乗せたカメラを使います。イトカワと背景の星を同時に写真に撮ります。星座の地図を基に、星の位置関係のここにイトカワがあるとわかれば、小惑星の位置がぴったりとわかるわけです。先ほどの電波航法とカメラによる光学航法の2つを組み合わせて、精密な場所を特定するという技術を使います。

＜通信中のスタッフについて＞
参加者：地球からはやぶさに通信を送ってから、はやぶさが通信に働きかけるまで数十分かかると聞きました。その間、スタッフの方々は何をしているのでしょうか。
國中：待機の状態です。コマンドが1つであればそうです。一連のコマンドをどんどん送り続けているので、例えば非常に忙しいときはいろいろ人が自分の機械のために、次々に来ます。それを時系列に並べてコマンドを送る。コマンドは矢継ぎ早にどんどん送ります。ただ、その答えが返ってくるのが30分後なので、結果をじりじりしながら待っています。そのコマンドが非常に重大なコマンドであればあるほど、じりじりしながら待つことになります。

＜JAXAの航空開発について＞
参加者：JAXAではどのような航空機をつくっているのですか。
舘：正確に言うと、JAXA自身は航空機をつくってはいません。JAXAの前身の1つに航空宇宙技術研究所があり、そこで「飛鳥」というランディングの距離を短くするジェット機をつくりました。しかし残念ながら実用化はしませんでした。
参加者：スペースプレーンもJAXAが担当しているのですか。
舘：そういう研究は今もしています。スペースプレーンそのものをつくるとなると、技術的にも非常に難しく、研究レベルで本体をつくるのは相当先になると思います。

＜イカロス後継機のミッションについて＞
参加者：イカロスの後継機は「はやぶさ」のように地球に帰還するのですか、観測して終了ですか。
國中：イカロスの技術を発展させて、次世代ソーラー電力セイルというプログラムを考えています。そして木星に到達したい。木星でスイングバイをしてトロヤ群小惑星を観測しようと考えています。トロヤ群というのは木星と太陽の線を結んで、ちょうど正三角形の軌道の場所に安定なラグランジュの4番目と5番目、L4、L5という安定的な領域があって、そこにたまっている小惑星です。それについては、ワンウェイのミッションで、地球にもう一度帰ってくることは考えていません。

＜イオンエンジンの発展について＞
参加者：「はやぶさ2」（仮称）のイオンエンジンは「はやぶさ」のエンジンに対して、どのような発展系を考えているのでしょうか。
國中：「はやぶさ2」（仮称）にもイオンエンジンを投入しようと思います。8mNという推力のものを「はやぶさ」では利用しました。これを2割方向上させた10mN級のイオンエンジンを既に実験室では実現しています。「はやぶさ」は2003年に打ち上げて、「はやぶさ2」（仮称）は2014年に打ち上げ予定です。10年に一度しか出番がありません。もっとたくさん打ち上げるチャンスがほしいと思います。そうすると、日本の中だけではとても船の数が足りないというのが実情で、もっと積極的に海外に船を求めて、我々のつくったエンジンを乗せて宇宙に乗り出して行きたいと思います。

＜電波の見分け方について＞
参加者：宇宙から飛び込んでくる数多い電波の中から、「はやぶさ」の返答の区別は、どのような技術を使っているのでしょうか。
國中：まず周波数があります。それから、方向です。それから、復調すると言いますが、意味のある0と1の情報に直します。それと、何々探査機のヘッダーというものがあり、それで見分けます。「はやぶさ」には、はやぶさ特有の0と1というパターンがあり、あとにある情報が並んでいます。ヘッダーを読み取れば、これは「はやぶさ」だ、ヘッダーが違えば読まないというソフトウェアが書いてあり、それで区別しています。