ひてん
 |
| 工学実験衛星 ひてん（MUSES-A） | |
|---|---|
 | |
| 所属 | ISAS |
| 主製造業者 | 日本電気 |
| 公式ページ | 工学実験衛星ひてん |
| 国際標識番号 | 1990-007A |
| カタログ番号 | 20448 |
| 状態 | 運用終了 |
| 目的 |
月スイングバイ実験 エアロブレーキ実験 宇宙塵観測 |
| 観測対象 | 惑星間空間,月 |
| 打上げ機 | M-3SIIロケット 5号機 |
| 打上げ日時 | 1990年1月24日20:46 |
| 運用終了日 | 1993年4月11日（月面衝突） |
| 物理的特長 | |
| 本体寸法 |
直径1.4m × 高さ0.84 m （アンテナ・スラスタを除く） |
| 質量 |
193.34 kg （燃料搭載、はごろも結合状態） |
| 発生電力 | 110 W |
| 主な推進器 |
23 N ヒドラジン1液スラスタ 3N ヒドラジン1液スラスタ |
| 姿勢制御方式 | スピン安定方式（20rpm） |
| 軌道要素 | |
| 周回対象 | 地球 |
| 軌道 | 月遷移軌道 |
| 近点高度 (hp) | 262 km |
| 遠点高度 (ha) | 286,000 km |
| 軌道傾斜角 (i) | 30.6度 |
| 軌道周期 (P) | 6.7日 |
| 観測機器 | |
| MDC | ダストカウンター |
| ONS | 光学航行装置 |
ひてん（第13号科学衛星 MUSES-A）は、文部省 宇宙科学研究所が開発した工学実験衛星である[1]。将来の惑星探査に必要なスイングバイ技術の試験、軌道の精密測定やデータ伝送の研究を目的とした[2]。
1990年（平成2年）1月に鹿児島宇宙空間観測所[注釈 1]よりM-3SIIロケット5号機で打上げられ、10回の月スイングバイや地球大気を利用した世界初のエアロブレーキ実験[3]等を成功させ[4]、1993年（平成5年）4月に月面に衝突する形で運用を終了した。搭載していた孫衛星はごろもは月周回軌道に投入され、日本初の月周回衛星となった。開発・製造は日本電気が担当した。
概要
[編集]
「ひてん」が行った月スイングバイは単純なスイングバイではなく、「近地点から月を経由し月の外へ向かうスイングバイで遠地点高度と遠地点方向を制御し、遠地点から月を経由して地球に帰るスイングバイで、次回月スイングバイの決め手となる近地点高度と方向を制御する事を繰返す」という、遠地点 - 近地点の往復間で月スイングバイを経由して軌道を変えていく「2重月スイングバイ」であった。このスイングバイは非常に高度な技術であり、ひてんで技術を確立し、磁気圏観測衛星GEOTAIL、火星探査機のぞみのミッションでも使用されている。また、地球の大気を利用して近地点での減速を行うエアロブレーキング実験にも使用された（コントロールされたエアロブレーキングは「ひてん」で初めて実現した技術である）。その他、宇宙塵観測機器や、天体を観測して自機姿勢や軌道情報を知るための光学航法センサ実験装置なども備えている他、新しいデータ送信や処理実験も行われた。
| 映像外部リンク | |
|---|---|
 MUSES-A（工学実験衛星「ひてん」）1990年打上げ｜Youtube |
運用
[編集]日時は日本時間。
- 1985年度（昭和60年度）、開発着手[5][6]。
- 1990年（平成2年）
- 1月24日
- 20:46、鹿児島宇宙空間観測所から打上げられた[2][注釈 2]。
- 打上げから477秒後、キックモータから分離されMUSES-Aが長楕円軌道に投入され「ひてん（飛天、HITEN）」と命名された[2]。
- 打上げから20分後、追跡を依頼していたNASAジェット推進研究所（JPL）がゴールドストーン局で電波を受信[7]。この追跡による軌道予報値から、投入軌道が遠地点高度50万kmの計画のところ28.6万kmに留まっており、ロケットの第3段とキックモータの速度増分が計画値よりも50m/s小さかったことがわかった。計画通りなら地球を4周半して月と会合する予定だったが、事前検討で仮に3段4段の性能が共に3σの誤差があった場合に周回数を3周半または5周半とするバックアップ案が考慮されており、これに基づいて地球を5周半周回する計画に切り替えられた[2][8]。
- 1月30日、ダストカウンターに電源投入[2]。
- 2月
- 3月19日
- 7月10日、第2回月スイングバイ実施。月の前方を横切る減速スイングバイ。増速と減速の双方を実施したことにより、二重月スイングバイを達成[9]。
ひてんは豊かの海（図中赤丸）より下の位置に衝突した
- 1月24日
- 1991年（平成3年）
- 1992年（平成4年）2月15日、第11回目の月再接近で10分間ガスジェット装置を作動させ、82m/sの減速により、ひてんが月周回のホーマン軌道に投入される[9][8]。ホーマン軌道を使った月周回軌道への投入は世界初[8]。計画ではエアロブレーキ実験の際に衛星が高温に曝されるためミッション終了となる予定だったが、スイングバイ等が順調に推移したこともあって搭載燃料の余裕もあり、エアロブレーキ実験の後のミッションも検討することとなり、NASAジェット推進研究所（JPL）からの軌道の提案もあって月の公転軌道に近い軌道をとることで月周回が可能なことがわかり実現した[8]。
- 1993年（平成5年）
ミッション
[編集]軌道制御実験
[編集]打上げ後、1990年3月19日に月を利用した最初のスイングバイを行い、孫衛星「はごろも」を分離した。後述のように月周回軌道へ投入されたと推定されている。その後1991年10月にかけて、加減速を伴うスイングバイを合計10回行っている。5回目のスイングバイでは後のGEOTAILと同様の高度135万 km に一時停留する軌道へ試験的に投入された。
1991年3月には、世界初の試みとして地球大気を使って減速し軌道を変更するエアロブレーキ実験を2回行った。さらに追加ミッションとして、非常に少ない燃料で月周回軌道に到達できる航路を実証するため、9回目のスイングバイで一度地球から153万 kmまで離れ、地球引力圏の境界付近に到達した。そこで太陽からの引力を利用して近地点高度を上昇させ、10回目のスイングバイで月公転軌道に近い軌道に乗った。この後ひてんは1992年2月15日に11回目の月接近で月周回軌道へ入った後、1993年4月10日に月のステヴィヌス・クレーターとフレネリウス・クレーターの間に衝突させ、計画は終了した。
ひてんの運用で得られたスイングバイによる軌道制御技術は、磁気圏観測衛星GEOTAIL、火星探査機のぞみ、工学実験探査機はやぶさ等で活用された。
宇宙塵観測
[編集]ひてんは工学実験機であるが、理学目的のセンサとしてドイツ[注釈 3]のミュンヘン工科大学が開発した宇宙塵カウンタMDC（Munich Dust Counter）を搭載し、地球・月周辺軌道の宇宙空間における宇宙塵分布を観測した。月周回軌道に投入される遷移軌道で通過したラグランジュ点 L4 、L5 ではトロヤ衛星に相当する星間塵の検出が期待されたが、ダストのカウント増加は特に見られなかった。ひてんでの調査は回数が少ないため最終的な結論ではないとされたが、元々コーディレフスキー雲のような例を見ても観測成功例が少なく、その存在が疑われている。
月探査
[編集]ひてん・はごろもは米ソ以外の宇宙機としては初の月周回機であり、月探査機と見なされる場合がある。ひてんは月スイングバイや月周回軌道投入の「月ミッション」をこなしながら月周辺の宇宙塵を観測した他、科学的意義のある解像度ではなかったものの、光学航法センサを用いて月面の写真も得られた。最後の月面落下は意図的に月の表側で行い、その様子が地球上から「観測」され、1959年ソ連のルナ2号、1962年アメリカのレインジャー4号に続く3か国目の衝突による月面到達国となった[10]。しかし、ひてんでは月の探査らしい探査をほとんど行っていないため、後年のかぐやは「日本初の本格的月探査機」ないしは「日本初の大型月探査機」などとして報道された。
衛星諸元
[編集]
電源系
[編集]- 太陽電池パネル[11]
- 発生電力：110W（スピン軸黄道面垂直・1年後）
- シリコン系、2cm×2cm×約5900枚、ボディマウント方式
- バッテリ
- 角形ニッケルカドミウムセル、16セル直列
- 定格容量：8AH
- 出力電圧：17.6 - 26.08V
通信系
[編集]姿勢・軌道制御系
[編集]
- センサ
- スピン型サンセンサ（SAS）：視野170°×2台
- スタースキャナ（SSC）：Vスリット型、視野10°×10°
- 加速度計（ACM-B/C）：RCSのΔV計測、レンジ：-40mG - +40mG
- 加速度計（ACM-D）：縦加速度計測、KM-MのΔV計測、レンジ：-20G - +20G
- 地球センサ（SHCI）：ペンシルビーム状視野（0° - 360°を3°ステップ可変）
- アクチュエータ
- リアクションコントロール装置（RCS）
- アキシャル：23N×4
- ラジアル：23N×4
- タンジェンタル：3N×4
- 燃料：ヒドラジン、30.65リットルタンク×2、ブローダウン方式（ヘリウムガス）
- ニューテーションダンパ（ND）：シリコンオイル封入型円環ダンパ、時定数：3分
- リアクションコントロール装置（RCS）
- ミッション系
- オプティカルナビケーションセンサ（ONS）：2次元CCD、視野：10.0°×7.3°
- 月・星の方向を高精度に検出する。画像データの処理、制御はAOCで実行。
- オンボードコンピュータ（OBC）：クロック8MHz、ROM256kbyte、RAM64kbyte
- ダストカウンタ（MDC）
- 検出対象ダスト：10-15 - 10-5g、1 - 45km/s
- オプティカルナビケーションセンサ（ONS）：2次元CCD、視野：10.0°×7.3°
はごろも
[編集]| 月周回孫衛星「はごろも」 | |
|---|---|
 地上試験モデル（相模原市立博物館展示品） | |
| 所属 | ISAS |
| 主製造業者 | 日本電気 |
| 国際標識番号 | 1990-007B |
| カタログ番号 | 20618 |
| 状態 | 運用終了 |
| 目的 | 月周回軌道投入実験 |
| 打上げ機 | M-3SIIロケット 5号機 |
| 打上げ日時 | 1990年1月24日20:46 |
| 軌道投入日 | 1990年3月19日04:37 |
| 消滅日時 | 不明 |
| 物理的特長 | |
| 本体寸法 | 40 cm（対面寸法） × 36. 5cm （26面体） |
| 質量 | 11.96 kg |
| 発生電力 | 10 W |
| 主な推進器 | キックモータ KM-L |
| 姿勢制御方式 | スピン安定方式（120rpm） |
| 軌道要素 | |
| 周回対象 | 月 |
| 軌道 | 楕円軌道 |
| 近点高度 (hp) | 7,400 km |
| 遠点高度 (ha) | 20,000 km |
| 軌道周期 (P) | 2.01日 |
はごろも（ルナ―オービター、LO）は、ひてん上部に結合された子機であり、40 cm×36.5 cmの26面体構造をした月周回実験機である。特に観測機器は搭載せず、軌道投入用キックモーターと、軌道投入確認手段として通信機（ビーコン）を搭載していた。しかしひてん打上げ後、分離前の1990年2月21日には通信系不具合が確認され、ビーコンによる軌道投入確認ができないことが早々に判明していた。それまでの数度に渡る確認では正常であったため、電源系を子機内蔵のものへ切替えた際の瞬間的な負荷により故障したものと考えられている。軌道投入の確認をどう行うかが課題となったが、子機軌道投入実験は実行された。
ひてん最初の月接近の直前、3月19日4時37分3秒に地上からのコマンドでひてんより分離された。その後、タイマーによって同日5時4分3秒にキックモーターが自動点火された。装置の故障で軌道投入の確認ができなかったが、周回軌道にのる時のロケットの光を国立天文台木曽観測所が捉えたことで、成功したと推定されている。「飛天」の初孫という見立てにより、「はごろも」と名付けられた。[12]
諸元
[編集]- 太陽電池：InP系、2×1cm×1000枚、発生電力約10W[11]
- タイマ：KM-L点火信号出力、1800秒（分離から点火）
- データ処理装置
- PCMビットレート：64bps
- 伝送データ：16ワード（同期コード3、タイマモニタ1、アナログデータ12）
- テレメータとしてバス電圧、KM-L圧力・温度、各部温度を送信。
- トランスポンダ（S帯）
- CMデータ伝送、RARR（レンジアンドレンジレート、信号の折り返し伝搬時間による測距）
- オムニアンテナ：1本、半球をカバーする。
- スケルチ信号の受信によりテレメトリモードとレンジングモードを切り替える。レンジングとテレメトリの同時伝送はしない。
- KM-L（キックモータ）
- ΔV：763m/s
- 平均Isp：292sec
- 推進薬：2.76kg
- 分離機構：スプリングアクチュエータ方式、分離速度1.0m/s
その他
[編集]プロジェクト名称
[編集]計画初期には工学実験衛星シリーズの名称としてSTAR (Space Technology and Astronautics Research)という仮のシリーズ名も用いられ、初号機の仮称はSTAR-Aであったが、最終的には野村民也所長（当時）の提案でMUSES（Mu Space Engineering Satellite ミュー・ロケットで打ち上げる工学実験機）というシリーズ名に決まった。シリーズ初号機であるMUSES-Aには、音楽の神でもあるMUSESに近い東洋の概念として「ひてん（飛天）」の愛称が与えられた。なお、「ひてん」は"Celestial Maiden"と言う公式英名が命名されている。また、海外の宇宙関係のwebサイトなどでは、孫衛星の「はごろも」は"Maiden's robe","Angel's robe"などと紹介されている。
なお「STAR計画」の名は、その後JAXAでアジア太平洋地域のための衛星技術計画（Satellite Technology for the Asia-Pacific Region (STAR) Program）として用いられている[13]。
ミッション検討
[編集]少し先を見据えた工学ミッション実験機であるMUSESシリーズは計画段階において3種類の候補が検討されていたが、当時はGEOTAILのミッションが控えていることが重視され、スイングバイ実験機として月や惑星探査などに必要な軌道制御技術を習得するために使用されることが決定した。他の2つの候補はランデブードッキング実験機と電気推進実験機であったが、後者は後にMUSES-Cで採用されることとなる。
脚注
[編集]注釈
[編集]出典
[編集]- ↑ “科学衛星と探査機について / よくある質問”. ISAS. 2016年8月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年6月10日閲覧。
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 “第13号科学衛星（MUSES-A）及び海洋観測衛星1号-b（MOS-1b）の打上げ結果の評価について（報告）｜宇宙開発委員会第四部会” (1990年6月). 2026年8月9日閲覧。
- ↑ “ISASニュース No.380” (2012年11月). 2026年8月11日閲覧。
- ↑ “ガイドコンテンツ｜工学実験衛星「ひてん」”. 音声ガイド | 宇宙科学探査交流棟. 2026年8月9日閲覧。
- ↑ “第一部会 衛星系分科会報告書｜第21回宇宙開発委員会資料5” (1984年8月6日). 2026年8月11日閲覧。
- ↑ “飛天から磁尾艇留へ ～日本の宇宙工学に残したもの～ | 宇宙科学研究所”. www.isas.jaxa.jp. 2026年8月11日閲覧。
- 1 2 3 NECマネジメントパートナー株式会社 編『NEC技報 = NEC technical journal』44(9)(270)』日本電気、1991年10月、34-41頁。
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 “ISASニュース No.154 特集：「ひてん」宇宙でスウィング” (1994年1月). 2026年8月11日閲覧。
- 1 2 3 4 5 “第29回工学実験衛星「ひてん」その2｜ISAS | 浩三郎の科学衛星秘話 / ISASコラム”. www.isas.jaxa.jp. 2026年8月9日閲覧。
- ↑ 工学実証衛星「ひてん」～スイングバイ。軌道への挑戦～（SPACE Media）
- 1 2 “平成元年度第2次飛翔実験 科学衛星MUSES-A（M-3SII-5）計画書｜宇宙科学研究所 SESデータセンター” (1989年12月). 2026年8月16日閲覧。
- ↑ “月オービターの軌道投入実験”. ISAS. 2022年8月19日閲覧。
- ↑ “STAR計画について”. JAXA (2009年7月1日). 2022年8月19日閲覧。
関連項目
[編集]
- ミッション関連
- 後継機・後続機
- GEOTAIL
- MUSESシリーズ
- MUSES-B（はるか）
- DASH：MUSES-Cの回収カプセル実験機（失敗）
- MUSES-C（はやぶさ）
- IKAROS：旧仮称「MUSES-D」（木星圏トロヤ群ソーラー電力セイル）からプリプロジェクトとして分離した小型実証機
- OKEANOS：上記の木星圏トロヤ群ソーラー電力セイル構想が具体化したもの。
外部リンク
[編集]- ひてん - ウェイバックマシン（2007年5月15日アーカイブ分）：JAXA 宇宙情報センター
- はごろも - ウェイバックマシン（2007年5月12日アーカイブ分）：JAXA 宇宙情報センター
- MUSES-A/1990.1.24-1993.4.10/M-3SII-5関連年譜：ISASニュース No.200
- ISAS｜工学実験衛星「ひてん」MUSES-A / 科学衛星：JAXA宇宙科学研究本部
- 特集:「ひてん」宇宙でスウィング (PDF) ：ISASニュース No.154 （PDF）
- MEF小天体フォーラム一般公開ページ｜「ひてん」の旅：日本惑星科学会誌「遊星人」Vol.10.No.3，p146-148，2001
| ||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||
 Category:日本の宇宙探査機・Category:日本の人工衛星 | ||||||||||||||||||||