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「はやぶさ」は、平成17年11月20日に、着陸および試料採取を目的に、第1回目の緩降下
を試みました。以下は、取得されたデータとその経緯に関する速報です。

「はやぶさ」は、日本時間平成17年11月19日の午後9時にイトカワから高度約 1kmの地点
で降下を開始し、接近から降下、および垂直降下にいたる誘導と航法は順調に行われ、翌20
日の午前4時33分に地上からの指令で最終の垂直降下を開始して、ほぼ目的とした着地点
に「はやぶさ」を緩降下させることに成功しました。目標点との誤差は、現在解析中ですが、
おおむね30m 以内であったものと推定されています。接近状況を示す、準慣性座標系とイトカ
ワに固定した座標系での軌道を(資料−1)に掲げます。また、高度およびドップラー計測に
よる降下中の高度と速度に関する状況を(資料−2)に示します。

垂直降下開始時の速度は毎秒12cm でした。午前5時28分、高度54m の地点に到達した時
点で、ターゲットマーカの拘束解除の指令を出し、同30分、高度 40m の地点で、探査機自身
が毎秒 9cm の減速を行って、同マーカを切り離しました。同マーカが分離されて降下したこと
は、画像(資料−3)や減速時の探査機の降下速度の値から確認されています。同マーカは、
イトカワ表面上のミューゼスの海の南西側(画像上では右上側)に着地したものと推定されま
す。「はやぶさ」はその後、高度35m地点でレーザ高度計を近距離レーザ距離計(Laser
Range Finder: LRF) に切り替え、高度25m の地点で、降下速度をほぼゼロにして浮遊状態
(ホバリング)に入りました。その後、「はやぶさ」は自由降下を行い、日本時間午前5時40分
頃、高度17m 付近で、地表面にならう姿勢制御のモードに移行しました。この時点で、探査
機は自律シーケンスにより、地上へのテレメトリの送信を停止し、ドプラー速度の計測に有利
なビーコンのみの送信に切り替えるとともに、送信アンテナを覆域の広い低利得アンテナに
切り替えました。以降、実時間での搭載各機器の状態の把握はできませんでしたが、探査機
上で記録されたデータを再生した結果によれば、「はやぶさ」はまもなく、障害物検出センサ
が何らかの反射光を検出したため、降下の中断が適当と自らが判断して緊急離陸を試みた
もようです。しかし、この時点では探査機の姿勢が離陸加速に関する許容範囲を逸脱してい
たため、結果として安全な降下の継続が選択されました。その結果、「はやぶさ」は、着陸検
出機能を起動しませんでした。

当初、「はやぶさ」は表面への着陸を行っていなかったと判断されていましたが、再生したデ
ータによれば、「はやぶさ」はその後ゆるやかな2回のバウンドを経て、およそ30分間にわ
たりイトカワ表面に接触を保って着陸状態を継続していたことが確認されています。これは、
近距離レーザ距離計の計測履歴や、姿勢履歴データから確認することができます。
(資料−4)この事象が生じたのは、米国航空宇宙局(NASA)の深宇宙局(DSN) から臼田局
への切り替えの間であったため 、地上からのドップラー速度計測では、これを検知できませ
んでした。2回の接地時の表面への降下速度は、毎秒約10cm でした。現時点では探査機
への大きな損傷は確認されていませんが、ヒータセンサの一部に点検を要すると思われる
項目があるもようです。「はやぶさ」は、日本時間午前6時58分に地上からの指令で緊急
離陸を行うまで、その間安定に着地を継続しました。試料採取のための着陸検出機能は、
上記の理由で起動されていなかったため、実際に着陸が行われていながら、プロジェクタの
発射は行われませんでした。着陸した姿勢は、サンプラーホーンと探査機の+X 軸側下面
端または太陽電池パネルの先端を表面に接した形態であったと推定されています。「はや
ぶさ」は、小惑星から離陸した最初の宇宙船となりました。

「はやぶさ」は指令を受け離陸した後、通信回線の不確実な状況と機上の計算機間の制御
権の競合に起因するセーフモードに移行し、これを立て直すために、11月21,22日の両
日を要しました。このため、本日現在でも、20日に記録したデータの再生はなお中途の段階
にあり、なお今後の解析でさらに新たな事実が出てくる可能性もあります。現時点では、着地
点の詳細画像や、正確な着地点を推定するための画像の再生にはいたっていません。「は
やぶさ」は、現在、再度の着陸・試料採取シーケンスを開始できる地点に向かって飛行して
いるところです。日本時間の11月25日夜から降下を開始できるかどうかは微妙であり、
明日(11月24日)の夕方に改めてお知らせいたします。

なお、当日の着陸・降下飛行にあたっては、米国航空宇宙局(NASA) の深宇宙追跡局網(D
SN)の使用を基本とさせていただきました。バックアップ局の確保などを含めて、協力をいた
だいたNASA およびに DSN にあらためて深く感謝いたします。

 

 
 
 

(資料―1) イトカワへの接近、降下軌道

11月20日に行われた「はやぶさ」の降下着陸飛行における、接近軌道を示します。
1a 図は、軌道をほぼ慣性系に近い座標上で描いたもので、Z 軸方向(図上の下方向)が地球
の方向です。1b 図は、軌道をイトカワ固定座標系で描いたものです。運用中に軌道計画は更
新されていますが、事前の計画に十分近い軌道を飛翔できたことがわかります。

 


   

図1a予定降下軌道と適応して定めた実際の降下軌道
(準慣性座標系)

図1b予定降下軌道と適応して定めた実際の降下軌道
(イトカワ座標系)

 
 

1c 図は 1a 図に対応するもので、時々刻々の状況に適応して逐次更新された軌道計画に
対して、実際に採られた軌道を重ねて表示したものです。各点の情報は、時々刻々圧縮さ
れて送られてくる画像をもとに、表面地形から地上で推定した探査機位置を示しています。
ほぼ完全に軌道計画に沿って、誘導が達成され、降下と接近が行われたことがわかります。

 

 

図1c 誘導航法のあらまし (準慣性系)

   

距離が遠い地点では、この表面地形から推定される位置のばらつきは大きくなりますが、
高度が約1km を下回ると、ほぼ十分に安定した情報が得られています。

この図から、逐次更新された軌道計画に沿って、正確に誘導されたことがわかります。

 

 
 

(資料―2) イトカワへの降下時の高度と降下率の履歴

2a 図は、臼田局とDSN 局で計測されたドップラー速度履歴で、おおむね「はやぶさ」のイトカワ
への降下速度を示しています。図から、「はやぶさ」が最終の垂直降下を開始した時点では、
降下速度は毎秒約 12cm であったこと、また垂直降下中に探査機の判断で重力により加速さ
れる速度の増加分を抑えて、ゆるやかに減速を行っていたことがわかります。

2b 図は、ドップラー速度情報を積分して、適切なタイミングで地形から推定された情報で高度
を更新して表示したものです。ほぼ高度(イトカワの質量中心からの距離)を与えています。
図中の緑の線(点列)は、レーザ高度計の計測値(イトカワの表面からの高度)を示しています。
ドップラー速度情報とを同時にみることで、各イベントが発生した時点の状況をおおまかに把
握することができます。

 

探査機時刻11月19日世界時(UTC)
図2a 「はやぶさ」降下中のドップラー計測値(降下率)



探査機時刻11月19日世界時(UTC)
図2b 「はやぶさ」降下中の高度履歴(または質量中心からの距離履歴)


   

探査機がターゲットマーカを分離した時点は、高度が計画通りに約40m 地点であったこと、
降下速度は毎秒約 9cm であったことがわかります。また、高度が約20 m の地点で降下
速度をほぼゼロとする操作が行われホバリングに移行したことや、高度17m 地点でなんら
かの姿勢変更が行われて、地形にならう制御が行われたこともわかります。(後述)ドップ
ラー速度情報からは、その後、ほぼ時間に線型に降下速度が上昇していることがわかり
ますが、これは地表面付近でのイトカワの重力(正確には重力の地球視線方向への成
分)によるものです。ドップラー速度を積分した視線方向への「はやぶさ」の移動量は数
十m に達していて、これは当初着陸予定地点の地表面位置よりも下方にあたることにな
りますが、これは、探査機が傾斜したミューゼスの海の表面に沿って南側(図3a の上側)
に移動した結果であると考えられています。

日本時間午前5時40分(世界時21時40分)のドップラー速度の増加は、後述するイト
カワ表面への着地に伴うものです。

以降は、臼田局へ引き継がれたために、しばらくの間、ドップラー速度情報は取得できま
せんでしたが、近距離のレーザ距離計の情報などにより、その後の運動についても、一部、
解析を行うことができています。


 
 

(資料―3) 分離された署名入りのターゲットマーカと、その機上での追尾状況

ターゲットマーカは、探査機から相対速度、毎秒 9cm で分離されました。イトカワ表面との
相対速度は毎秒約 9cm でした。投下された地点は、ミューゼスの海の南西側(図3a 画面
上ではほぼ真下)にあたります。

ターゲットマーカは、はねかえりが極端に少ないよう、アルミ製球殻内に微小な高分子材料
でできた微小球を適度に充填させて多重衝突を起こさせ、それによりエネルギ消散率を高
める設計がされており、地上においても、無重量落下実験施設にて真空条件下でくりかえ
し試験を行い、その低反発性を実測して確認して開発されたものです。

ターゲットマーカは、はやぶさ搭載のフラッシュランプで2秒間隔で照射され、照射されず
に撮影された画像との差の画像を取得することで、小惑星(背景)像を相殺させてターゲッ
トマーカだけが抽出されるよう機上の画像処理が行われました。

 

図3a 「はやぶさ」から切り離された、署名入りターゲットマーカ
(日本時間午前5時33分、高度 32m 付近で撮影(左)。)


図3b ターゲットマーカの機上での追跡処理状況

   

切り離されたターゲットマーカは、日本時間午前5時33分頃から、「はやぶさ」によって機上
の計算機でその位置を認識・追跡されはじめました。その後、ホバリングへの移行をはさみ、
世界時20時39分(日本時間午前5時39分)前まで順調に追跡されました。(上の図で
RES_X, RES_Y が追尾制御の誤差を示しています。)「はやぶさ」は、続いて、予め決められ
たオフセット量を考慮して、ターゲットマーカ上空へ自らを誘導する、実際の制御を開始し、
正常にこれが実施されたことが確認されています。午前5時41分頃には、障害物検出セン
サーが何らかの反射光を検出し、この制御を中止しましたが、上の図で示すように、その後
も同マーカの位置計測は正常に継続されました。これにより、機上での画像の自動処理と、
それを用いた探査機のターゲットマーカ上空への位置制御の両方が正常に機能したことが
確認されました。

 

 
 

(資料―4) 近距離レーザ距離計の計測履歴

4a 図は、搭載の近距離レーザ距離計の計測値を示したものです。

 

図4a 着陸時の近距離レーザ距離計の計測値履歴(D ビームのみ。単位:m)


図4b 着陸時の姿勢制御誤差の履歴(Y 軸のみ。単位:度)

    距離計の情報が示すことは、一旦17m 付近で地形にならう制御への移行が行われた際に、
やや高度を上げる現象が見られ、その後予定どおりに重力による自由落下が行われて、
日本時間の午前6時10分頃に距離がほぼゼロとなって、着陸が行われたことです。
それ続いてさらにもう1回のバウンド現象がみられた後、高度をほぼゼロに保ったまま推移
した期間が約30分間持続しました。
 
 

図4c 着陸時の化学エンジンの通算噴射時間の履歴(単位:秒)

   

4c 図は、この間の化学エンジン通算噴射時間の履歴を示したものです。これらから、

1) 世界時20時40分(日本時間午前5時40分)頃
2) 同21時10分(同6時10分)頃、
3) 同21時30分(同6時30分)頃に、大きな姿勢トルクが作用し、これを補償すべく
噴射が集中したことがわかります。

第1回目は、地形アライメント制御の開始に対応していますが、第2回、第3回目の点の
様相は、近距離レーザ距離計の計測値の履歴からもわかるように、着陸によってもたら
されたことがわかります。

世界時21時40分(日本時間午前6時40分)頃から同22時10分(同7時10分)すぎま
での約30分間は、化学エンジンが一定の頻度で特定方向に噴射を繰り返しているとともに、
LRF 計測距離も十分に小さく、また姿勢角が安定に保たれていることから、「はやぶさ」の
姿勢は着地した姿勢をそのまま維持していたことがわかります。化学エンジンは、1秒間に
15ミリ秒だけ噴射を行うようプログラムされていたため、一旦、地表面に着陸してしまうと、
重力にうちかって離陸ないし姿勢変更を行う能力はなく、噴射可能な時間いっぱいの噴射を
行っていました。(なお、離陸時は連続噴射を行います。)これを図2a, 2b と合わせて解釈す
ると、「はやぶさ」は着地した姿勢を保ったまま、イトカワ表面に静止していたことがわかります。
姿勢の履歴から、この区間では、ほぼイトカワの自転に一致した姿勢変化が計測されており、
着陸して保たれた姿勢が、ほぼイオンエンジン側をイトカワのほぼ東方向(3a 図画像上で左
方向)として、安定な姿勢をとっていたものと推定されます。

 
   
 
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