// Halley's Comet test explorer · ISAS · 1985-001A
さきがけ
SAKIGAKE / MS-T5
さきがけは、日本初の惑星間探査機。ハレー彗星へ向かう本番機「すいせい」の前に、ロケット、深宇宙通信、軌道決定、姿勢制御を実際の惑星間空間で通した、名前どおりの先駆けだった。
01基本情報
ハレー彗星接近を前に、日本が初めて地球重力圏の外で探査機運用を成立させた実証ミッション。
| 開発・運用 | ISAS 現 JAXA宇宙科学研究所 |
|---|---|
| 打上げ | 1985年1月8日 04:26 JST M-3SII-1、内之浦 |
| 状態 | 運用終了 1999年1月7日 |
| 国際標識番号 | 1985-001A |
| 質量 | 138 kg |
|---|---|
| 寸法 | 直径1.4 m、高さ70 cmの円筒形 |
| 軌道 | 太陽周回軌道 周期 約319日 |
| 主目的 | 惑星間軌道投入、超遠距離通信、姿勢・軌道決定、太陽風観測 |
02ミッション
さきがけは、派手な画像を撮る探査機ではない。日本が深宇宙へ出て、通信し、測り、戻らない軌道で運用できるかを試す機体だった。
なぜ「試験探査機」が必要だったのか
ハレー彗星は1986年に太陽へ近づく。日本はその機会にすいせいを送る計画だったが、惑星間空間の運用経験はまだなかった。さきがけは、本番の前にM-3SIIロケットの性能、地球脱出、深宇宙通信、軌道決定をまとめて確認する役を担った。
深宇宙通信の最初の関門
ISASの公式ページは、打上げ直後に臼田局が最初のパスの電波を受信し、その後、測距、軌道決定、軌道制御、観測機器の立ち上げが順調に行われたと説明している。遠くへ行く探査機は、まず声が届かなければ何も始まらない。
ハレー艦隊の外側で測る
さきがけは、すいせいや欧州のジオット、ソ連のベガなどと同じハレー彗星接近期に活動した。近接撮像機ではなく、太陽風、磁場、プラズマ波を測り、彗星周辺の太陽風環境を広い文脈で読むための探査機だった。
技術実証が科学観測へ伸びた
当初の目的は技術確認だったが、運用は長く続き、太陽風プラズマ波の観測を14年続けた。実証機が長寿命の科学観測機へ伸びたところに、さきがけの味がある。
距離700万kmのハレー彗星接近
さきがけはハレー彗星へ近接撮像する探査機ではなかったが、1986年3月11日に約699万 kmまで接近し、太陽風と惑星間磁場の文脈から彗星環境を測った。すいせいやGiottoのような接近観測と、離れた場所の場・粒子観測が合わさって、ハレー彗星接近期の全体像が作られた。
小さな機体で通信距離を伸ばす
138 kg級の小型機が太陽周回軌道へ出ると、低軌道衛星とはまったく違う地上運用が必要になる。測距、軌道決定、姿勢の把握、コマンド計画、深宇宙局の運用が、本体の科学機器と同じ重さを持つ。さきがけは、深宇宙通信網を使う日本ミッションの最初の実地訓練だった。
- 1985-01-08打上げM-3SII初号機で内之浦から出発。
- 1985-01-08 09:55臼田局が最初の電波を受信深宇宙探査機としての通信・測距を開始。
- 1985-02観測機器展開アンテナやブームを展開し、観測機器を立ち上げ。
- 1985-02-19観測アンテナ展開2月19〜20日にアンテナとブームを展開し高電圧投入。
- 1986-03-11ハレー彗星接近期彗星近傍の太陽風・磁場・プラズマ波を観測。
- 1986-03-11ハレー彗星へ約699万km接近太陽風・磁場・プラズマ波を彗星接近期に観測。
- 1995-11-15科学データ受信の終盤長期観測の終盤まで太陽風環境データを返す。
- 1999-01-07運用終了長期太陽風観測を終えた。
03エピソード
日本初の惑星間運用を、受信、彗星通過、その後の長期観測という三つの判断から読む。
09時55分の初受信から、42日かけて深宇宙機を完成させる
1985年1月8日04時26分JST、ISASはM-3SII-1でさきがけを打ち上げた。日本には惑星間軌道決定、超遠距離通信、姿勢・軌道制御を一機で運用した経験がなく、最初の電波を受けただけでは成功と呼べなかった。臼田深宇宙センターは09時55分のfirst pass後、健康状態、測距、軌道決定、軌道修正を順に確認し、すぐ全装置を動かさず、2月19〜20日にantennaと観測boomを展開して高電圧を投入した。段階的に不確実性を消した42日間が、日本初の惑星間探査機を「投入された物体」から観測可能な深宇宙systemへ変えた。
699万km離れて、Giottoの電波から地球大気だけを引く
1986年3月、さきがけはHalley彗星から約699万kmを通過した。核を撮像するには遠すぎたが、ESAのGiottoがcoma内部から送るradio signalを地球で受ける時、地球大気とionosphereの揺らぎが彗星由来の変化へ重なる難しさがあった。そこで同時期に彗星外側を飛ぶさきがけをreference vehicleとして使い、共通する地球側の影響を差し引く比較対象にした。接近距離の不足を単なる弱点で終わらせず、二機の位置差を測定条件へ転換した結果、Giottoのradio scienceと日本機の太陽風・磁場観測を同じHalley環境の記録として結び付けられた。
一度の彗星通過を、14年のsolar wind記録へ伸ばす
Halley通過後、さきがけには次の彗星撮像という華やかな目標はなかった。しかし搭載したSOW、PWP、IMFは特定の地形を見るcameraではなく、どこでもsolar-wind ion、plasma wave、interplanetary magnetic fieldを測れる。ISASは実証終了で停止せずheliocentric orbit上の観測を継続し、太陽磁場のneutral planeや太陽風擾乱と地球磁気嵐の関係を調べた。138 kgのtest explorerは1999年1月7日まで14年間働き、一回のflyby用に準備した通信・姿勢・場粒子系を、長期heliophysics観測へ転用できることを結果で示した。
04軌道
約319日周期で太陽を周回し、1986年にハレー彗星へ約700万 kmまで接近。1992年の地球再遭遇では磁気圏とその尾部を横切り、長期の太陽風観測へつないだ。
05搭載機器
太陽風イオン観測器
惑星間空間の太陽風イオンを測り、彗星周辺環境の理解を助けた。
プラズマ波観測器
太陽風プラズマ波を長期観測し、磁気嵐との関係を探るデータを返した。
磁場計
太陽風と惑星間空間の磁場を測定した。
06設計
直径1.4 m・高さ0.7 m・138 kgの円筒バスに、スピン安定、機械デスパン高利得アンテナ、単液ヒドラジン推進、三つの場・粒子観測器をまとめた。
回る本体と、地球を向くアンテナ
さきがけとすいせいのバスは、通常およそ6 rpmで回るスピン安定方式を採った。回転は軽量な機体の姿勢を保ちやすい一方、そのままでは高利得アンテナの電波ビームも回ってしまう。そこでパラボラアンテナを本体の回転から機械的に切り離してデスパンし、地球方向の通信リンクを維持した。円筒本体と上面アンテナという外形は、姿勢安定と超遠距離通信を同時に成立させるための答えである。
三つの観測器は同じ環境を別々に測る
SOWは太陽風イオン、PWPは30〜195 kHzのプラズマ波、IMFは惑星間磁場を測る。三機器は直列の処理工程ではなく、それぞれが粒子、波動、磁場という独立した入口を持つ。時刻と姿勢情報をそろえて地上へ送ることで、ハレー彗星起源の水分子イオンが作る磁気流体波や、太陽風擾乱と地球磁気嵐の関係を照合できた。撮像機を持たない代わりに、場と粒子の現場測定へ質量と電力を集中させた設計である。
スピン軸を測り、ヒドラジンで直す
姿勢決定にはスピン型太陽センサーと恒星スキャナーを用い、単液ヒドラジン推進系が姿勢・軌道制御を担った。スピン安定は無制御という意味ではない。通信アンテナの指向、太陽電池の受光、観測器の視野を満たす軸へ合わせ、外乱でずれれば修正する閉ループである。観測用アンテナと磁力計ブームは1985年2月19〜20日に展開され、高電圧投入まで含む立上げ手順が後続のすいせいへ直接の実績を渡した。
側面太陽電池が小型バスを支える
円筒外周の太陽電池は、発電面であると同時に外形そのものを構成する。電力は蓄電池と分配系を介して、観測器、ヒーター、姿勢系、テレメトリ、アンテナ駆動へ供給される。三つの科学機器を少数に絞ったことは、単に機能を削ったのではない。138 kgという制約の中で、地球重力圏脱出、太陽周回、深宇宙通信、軌道決定を確実に実証し、さらに14年間の太陽風プラズマ波観測を続ける電力・熱・運用余地を残した。
機体・M-3SII・臼田局で一つの探査システム
M-3SII-1は地球脱出に必要な速度を与え、探査機は分離後に姿勢を確立し、臼田深宇宙センターが最初の電波を受信して測距と軌道決定を始めた。日本初の惑星間飛行では、機体だけ完成してもミッションにならない。打上げ機の投入誤差、地上局の感度、コマンド手順、軌道計算を一体で検証する必要があった。さきがけの設計成果はハレー接近の科学データだけでなく、すいせい以後の日本の深宇宙探査が使える運用系を実地で成立させたことにある。
07写真・図版
公式画像とロケット画像で、日本初の惑星間探査を具体的な機体として見る。
08関連文献
さきがけは公式資料で諸元を確認しつつ、ハレー彗星遭遇と太陽風・磁場観測はDOI付き論文で追える。すいせいとの連携成果も併記する。
- Japanese Halley missions with Sakigake and Suisei
- The Sakigake and Suisei encounters with comet Halley
- Interaction between comet Halley and the interplanetary magnetic field observed by Sakigake
- The Sakigake and Suisei Encounters with Comet Halley