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1 国際宇宙探査計画の現状と日本の国際宇宙探査シナリオ ( 一次案 ) 2016 年 1 月 14 日 佐藤直樹国際宇宙探査推進チームシナリオ 技術検討サブチーム

2 国際宇宙探査計画調整の経緯と現状 2004 年米国ブッシュ政権が有人月探査をベースにした宇宙探査構想を発表 海外宇宙機関に参加を呼びかけ 2007 年国際宇宙探査の調整をするためのメカニズムとして ISECG を設立 ( 最終目標は有人火星探査 ) 2011 年国際宇宙探査ロードマップの第 1 版 (GER1) を合意し 公表 2013 年国際宇宙探査ロードマップの第 2 版 (GER2) を合意し 公表 2014 年政府レベル協議 (ISEF) 第 1 回会合 ( 米国 ) 2015 年 ISS 国際宇宙探査小委員会 (MEXT) が第 2 次とりまとめを公表 2017 年国際宇宙探査ロードマップの第 3 版 (GER3) 公表予定 2017 年政府レベル協議 (ISEF) 第 2 回会合 ( 日本 ) ISECG : International Space Exploration Coordination Group: 世界の主要な 14 の宇宙機関が参加 2

3 国際宇宙探査ロードマップ (GER) の位置づけ 国際協力による有人宇宙探査プログラムを立ち上げるための調整用ツールという位置づけ ( 国際約束ではない ) 機関レベルで調整された有人探査の共通ゴールと有人火星探査に至るロードマップ および各機関の宇宙探査にかかる計画などをまとめたもの 各国 / 機関は この GER を活用してステークホルダとの協議を行い 適宜 政策や宇宙開発計画に反映させる 3

4 4 GER 第 2 版の概要 1 宇宙探査の共通目的最終目標は有人火星探査 探査技術 能力開発 一般市民への広報と啓蒙 地球の安全確保 人類の活動領域拡大 有人探査のための科学 宇宙科学 地球科学 応用科学 生命探査 経済拡大 ( 英語のアルファベット順 )

5 5 GER 第 2 版の概要 2 共通の宇宙探査戦略 実現性 : 探査プログラムを長期に渡って継続するために現実的なコストであること 探査意義 : 2 章に掲げた探査目的を早期から達成し 人類へ利益 ( ベネフィット )/ 恩恵をもたらすものであること パートナーシップ : 様々なパートナーに対して早期から継続した機会を提供できること 技術発展 : 長期目標として火星有人探査を見通した段階的技術開発であること 有人 無人の連携 : 有人ミッションを安全かつ 効率的に行うために 無人ミッションを有人ミッションと相補的に行い 最大限に活用すること ロバスト性 : 社会の想定外の変化や危機的状況に対しても対処できるよう プログラム上および技術上の柔軟性を確保すること

6 GER 第 2 版の概要 3 共通の宇宙探査シナリオ ロードマップ 6

7 GER 第 2 版の概要 4 共通のミッション アーキテクチャ ( 有人月探査の例 ) 月面到達人数 4 人 着陸機にメタンエンジン 着陸船への乗換点 NRO の例 LLO 再使用型離陸船 NRO 有人月着陸船 ( クルーなし ) ( クルー搭乗 ) 深宇宙居住モジュール (HERACLES( 後述 ) で使用のものと同一 ) LLO:Low Lunar Orbit 月低軌道( 高度約 100km) NRO:Near Rectilinear Orbit ハロー軌道の一種であり 地球/ 月座標系に固定された月極付近を近月点とする超楕円軌道 7

8 GER 第 2 版の概要 5 有人宇宙探査を可能にする主なエレメント ( 既に開発 計画が進められている例 ) NASA 多目的宇宙船 (Orion) (4 人乗り ) (c) Russian Space.com NASA 重量級ロケット (SLS) LEO 打上げ能力 (70-130t) ROSCOSMOS 次世代宇宙船 (NGS) (c) Russian Space.com ROSCOSMOS 次世代ロケット (NGSLV) 8

9 GER 第 2 版の概要 5 有人宇宙探査を可能にする主なエレメント ( 今後 技術開発 / システム開発が必要なもの ) 深宇宙居住モジュール (4 人乗り 閉鎖型 ECLSS 放射線防御 ) 有人月着陸 / 離陸船 (4 人乗り ) 次世代軌道間輸送機 ( 電気推進 ) 月面与圧ローバ (2 人乗り 走行距離 200km) 貨物輸送船 ( 貨物量数百 kg) 9

10 月近傍ミッション (2022~2028 年頃 ) 2020 年代前半に月近傍の軌道に小型宇宙ステーションを建設 月面の無人ローバの遠隔操作による月の裏側の科学探査などを実施 滞在期間は 30 日程度から 300 日程度まで順次増加予定 火星探査に向けて放射線防護機器の実験や火星有人飛行に向けた医学データ取得などを行う

11 有人月面探査ミッション (2028 年頃 ~) 2020 年代後半に 5 回程度の有人探査を行う計画 極地方に与圧ローバや電力システムを予め輸送 / 設置 与圧ローバを活用して数 100km 移動しながらの科学探査等を行う 滞在期間は 1 週間から 4 週間程度まで順次増加予定 火星探査に向けて ISRU などの実証も行う その後 (2030 年代以降 ) は民間での利用活動を想定

12 12 GER 第 3 版に向けての検討状況 主に 2020 年代の有人月 (+ 近傍 ) 探査のシナリオを具体化すべく 下記の 5 つの調整を進めている 1 無人月面探査ミッションの調整 特に 水があるとされる月南極付近への各国の水探査 / 水抽出実証ミッションの調整 月近傍に設置される深宇宙居住モジュール ( と宇宙飛行士 ) を利用したサンプルリターンミッションの具体化 2 有人月面探査ミッションとアーキテクチャ ( 全体システム構成 ) 有人月面探査ミッション ( 月でそのような探査をするか ) 有人月面探査に必要なシステム 有人月着陸船のコンセプト 軌道計画 ( 有人宇宙船 (Orion 等 ) からの乗換 ( 中継 ) 点検討含む ) など 有人月面探査の全体システム構想を検討する 3 キー技術開発項目の識別 探査に必要となる技術について 各国での研究開発状況を整理 分析し 今後注力すべき技術項目を抽出する作業を実施中 4 有人で強化される科学の整理 宇宙飛行士がいることによって強化される科学テーマについて分析中 2016 年秋には報告書としてまとめる予定 5 月近傍ミッション計画 月近傍に小型の深宇宙居住モジュールを設置して 有人火星探査に向けた技術実証を行うとともに それを有人月面探査の中継点として使うことを検討する ISS の枠組みの中で検討中 ( ISS Exploration Capability Study Team)

13 無人月面探査ミッションにかかる調整状況 (1) NASA/JAXA 共同 RP ミッションコンセプト ミッション : 極域揮発性物質探査 および ISRU 実証 打上げ時重量 : 5000 kg ( 推進薬込 ) 月面へのペイロード搭載重量 : 340 kg 打上時期 : ローバ (NASA) 近赤外線スペクトロメータ 中性子検出器 酸素抽出器 揮発性物質分析器 着陸船 (JAXA) 打上げロケット (NASA) 放射線計測機 地震計 熱流量計 分光顕微鏡カメラ X 線解析装置 推進モジュール (JAXA) 打上げ時コンフィギュレーション JAXA の科学観測機器候補 着陸船ローバ 月面上での展開予想図 13

14 NRO 無人月面探査ミッションにかかる調整状況 (2) WSB:Weak Stability Boundart( 長時間だが低エネルキ ーで遷移できる軌道 ) HERACLES( 有人支援サンプルリターン ) コンセプト 深宇宙居住モジュール 1~6 を数回 (3 回程度 ) 繰り返すことを想定 ただし サンプルリターン機とローバは再使用 サンプルリターン機 着陸機 1 有人宇宙船 (Orion) サンプルリターン機が離陸し 深宇宙居住モジュールにドッキング 6 サンプルを Orion に載せ替えて飛行士とともに帰還 サンプルリターン機および着陸機を有人フライトの前に打上げ 2Orion 打上げ 3 着陸機 + サンプルリターン機が月面着陸 ( 着陸場所はシュレーディンガ盆地が主候補となっている ) 4 ローバを展開し探査 ( 遠隔操作 ) 地上からの遠隔操縦 14

15 無人月面探査ミッションにかかる調整状況 ミッション : 深宇宙居住モジュールをベースとする有人支援サンプルリターン 打上げ時重量 : kg ( 推進薬込 ) 月面へのペイロード搭載重量 : 2300kg 打上時期 : 2020 年代中頃 HERACLES 用着陸船概要 ローバ ローバ (0.5t) (CSA) 300 Conecter Weight:25kg Stirling Stirling Cooler Cooler Battery Electrical Unit φ350 Stirling Stirling Cooler Cooler Battery サンプルコンテナ (JAXA) 4800 離陸船 (0.6t) (ESA) JAXA 着陸船 ( 着陸後 ) JAXA 着陸船 7.7t(wet) 30kN 級エンジン 着陸地候補 ( 南極近くのシュレーディンガ盆地 ) 15

16 国際宇宙探査全体シナリオ (2020 年代 ) : 日本が提供できる可能性があるもの 月面 極域揮発性物質探査ミッション NASA RP 等 着陸機 有人支援 SR/ 月近傍ミッション有人月面探査ミッション ( 年 1 回 ) HERACLES 着陸機 ローバ 大型貨物輸送船 与圧ローバ等の月面探査システム 4 人最大 28 日滞在 月近傍 Orion 4 人 30 日滞在 深宇宙居住モジュール #1 4 人 45 日滞在 深宇宙居住モジュール #2 遠隔操作 サンプルリターン機 4 人 60 日滞在 4 人 日滞在 有人月着陸船 ( 打上げは無人 ) 離陸船 火星 Orion 補給船 ISS (HTV-X ベース ) ECLSS モジュール 40kW 級 or 化学推進機電気推進機 ECLSS モジュール移設 補給船 150kW 級電気推進機 F-9 SLS 1B( 有 ) SLS-1B( 貨 ) 代表的なミッションを掲載しており すべてのミッションを掲載してはいない 有人フライトは Orion の場合は年 1 回が標準 ロシア宇宙船完成後は年 2 回程度になる見込み 16

17 ISS 国際宇宙探査小委員会第 2 次とりまとめ (2015 年 7 月 ) 国際宇宙探査にかかる要点 ISS を出発点として 月 火星へと段階的に進むステップ バイ ステップアプローチ 長期的視点で持続性を高める 有人 無人探査の相補的 有機的な共同や国際協力を活用して費用対効果を高める 月南極域を最優先に取り組む 重点的に取り組む技術課題 重力天体着陸技術 重力天体表面探査技術 ( エネルギー ロボティックス 自動走行 自動作業 人工知能 ) 深宇宙補給技術 有人宇宙滞在技術 (ECLSS 放射線防御 健康管理 ) 17

18 火星 国際宇宙探査における我が国の探査シナリオ 月 地球低軌道 エネルギー技術 かぐや こうのとり (HTV) きぼう ISS ロボティクス技術 JAXA ピンポイント着陸技術 小型月着陸実証機 (SLIM( 仮称 )) (2019 年度 ) HTV-X( 仮称 ) 地上の最先端技術 火星衛星サンプルリターン (2020 年代前半 ) 着陸機輸送技術 JAXA 重力天体表面探査技術 月南極探査 (2020 年代初頭 ) 月の利用可能性調査 ( 水氷等 ) 月の科学探査 物資補給技術 研究開発プラットフォームとしての幅広い利用 (~2020 年 ) (2021~2024 年 ) 自動走行 自動作業技術 人工知能 JAXA 無人火星探査 火星の利用可能性調査 火星の科学探査 生命維持 環境制御技術 長期間滞在 活動技術 JAXA 月の本格的な利用 NASA 火星の本格的な利用 長期にわたる火星の科学探査 多種多様な主体による火星表面活動 長期にわたる月の科学探査 火星探査を目指した宇宙技術実証 多種多様な主体による月面活動 民間企業を含めた多様な主体による低軌道利用 宇宙旅行 災害地用ロボット 高効率再生エネルギー 創薬研究 材料研究 地上への成果還元 再生医療研究 新薬創製 宇宙開発利用の拡大 国際動向等を踏まえて実施を検討 JAXA/ISAS にて検討中 新機能材料の創出

19 国際宇宙探査推進チーム 2017 年に日本で開催される国際宇宙探査フォーラム (ISEF)#2 に対応するため JAXA として有人 無人を含めたシナリオ 技術の検討等を実施するとともに 国際宇宙探査に関し 政府 経済界 国際機関等との調整及び対応方針等を検討することを目的として 理事長決定にて本推進チームを設置 (2015 年 9 月 30 日 ) チーム長 : 国際宇宙探査推進チーム 遠藤副理事長 チーム長代理 : 山浦理事, 伊東執行役 アドバイザ : 常田理事 浜崎理事 今井理事 戦略サブチーム 各国の活動状況の情報収集 各府省庁との調整方針の検討 経済界及び国際機関等との調整方針の検討 シナリオ 技術検討サブチーム 機構としてのシナリオの検討 シナリオに伴う技術の検討 チームメンバー 有人宇宙技術部門 ISAS( 太陽科学研究系 宇宙機応用工学研究系 科学推進部 SE 推進室 ) 研究開発部門 宇宙探査イノベーションハブ 19

20 1. サブチームの検討目標 日本の宇宙探査 ( 有人及び無人 ) の骨格となる全体シナリオおよび科学 技術のロードマップを包括的に整理しつつ 個々のミッションの全体シナリオでの位置づけを明確にすることにより これまで個別に議論 調整されていた探査に関わるシナリオ 個別ミッションを統合的にまとめる これは 宇宙政策実施機関としての JAXA からの日本の宇宙探査政策への提案となることを目指している 20

21 2. サブチームの検討方針 下記のフローに則り システマティックに検討を進める 10 月末までに 1 サイクルの検討を完了するとともに SLIM 総括審査でのアクションである 我が国の月探査の全体シナリオにおける具体的なミッションを明確にする ことにも応えるものとする 10 月末までに 1 サイクルの検討を完了 その後 適宜必要部分を繰り返す (2016 年 1 月末までに 2 サイクル目 2016 年 5 月末までに 3 サイクル目完了を目標 ) 科学ロードマップ検討 科学 宇宙探査目標設定 有人科学ミッション検討 (*) 滞在 全体アーキテクチャ ( 全体システム構成 ) システム要求設定コンセプト検討 環境 資源データ整理 (*) 飛行士が居ることで強化される科学ミッションの検討 ( 例 : 飛行士のその場対応能力を生かした地質探査ミッション ) 技術ロードマップ検討 全体シナリオ ロードマップの統合 21

22 3-1. 宇宙探査の目標 宇宙探査の目的は これまでの地球上の探査 ( 探検 ) とのアナロジーから考えると 1 新しい科学的な発見を求めること ( 科学 ) と 2 新しい拠点と活動の地域を求めること ( 滞在 ) と捉えるのが適当 そこで 科学 と 滞在 それぞれの目的について具体的な目標を設定することとした 宇宙探査 科学 滞在 新しい科学的発見を求める ( より豊かな知的生活 ) 有人の能力を生かした科学探査 新しい拠点と活動の地を求める ( 人類の活動領域拡大 ) ( 注 ) 資源を地球へ持ち帰って利用することは 現段階で非現実的と考えられる 一方で拠点での活動 ( 及びそのための飛行士輸送 ) のためのその場資源利用は十分にあり得るシナリオであり 滞在の一部として目標を設定する 22

23 3-2. 宇宙探査の目標設定 ( 滞在 ) 月近傍空間ミッション (<15 年後 ) 有人火星探査での深宇宙航行 (0G: 片道 300 日程度 ) を模擬する 滞在 (0G): 4 人 300 日滞在 火星有人滞在 (25 年後 ) 滞在 (1/3G): 6 人 500 日 航行 (0G): 6 人 300 日 ( 片道 ) 資源利用 : 燃料現地調達 地球低軌道 (0G) 6 人 常時滞在 宇宙探査に向けた技術実証 及び 0G( 地球低軌道 ) での有人火星探査での深宇宙航行を模擬する 有人月面探査 (15 年後 ) 有人火星探査での低重力滞在 (500 日程度 ) を模擬する 滞在 (1/6G): 4 人 500 日滞在資源利用 : 燃料製造実証 23

24 3-3. 宇宙探査の目標 ( 科学 ) 3 大目標 24

25 3-3. 宇宙探査の目標 ( 科学 ) 太陽系の形を意識するとき 太陽系探査の戦略指針は, 初期状態 ( 原始太陽系円盤 ) を理解する探査 ( 小天体 ) 巨大惑星とその衛星系を理解する探査 ( 木星, 土星 ) 地球型惑星領域での惑星形成を理解する探査 ( 月, 火星 ) のそれぞれにおいて 大目標を意識して策定されるべきである 月 火星探査は, 主に 地球型惑星領域での惑星形成を理解する探査 に貢献する. 水星, 金星, 地球, 火星 スノーライン 小惑星, 彗星 巨大惑星との潮汐作用により活動する氷衛星 25

26 3-3. 宇宙探査の目標 ( 科学 ) 地球型惑星領域での惑星形成を理解する探査における課題 課題何を調べるか? 現行 準備中の計画 1 地球型惑星領域への水や有機物の供給過程を把握する スノーラインが太陽系の形に及ぼした影響は? スノーラインを跨いでの物資輸送はどういうものか? 小惑星 SR OSIRIS-REx (NASA) はやぶさ 2 火星衛星 SR 2 地球型惑星形成過程の骨格をなす天体衝突過程を理解する 3 金星 火星と地球は, その表層環境の進化過程において, どのように道を違えたのかを把握する 月探査からの 天体初期進化の理解 太陽系年代学を確立させる月からの SR 計画 両端の水星と火星が小さいのは何故か? 火星地下圏探査 地球型惑星の活動史を解読する探査 水星探査 MESSENGER (NASA) かぐや SLIM あかつき 水星探査 BepiC 火星衛星 SR 火星衛星 SR PioneerVenus (NASA) Venus/MarsExpress (ESA) MAVEN, Curiosity (NASA) 26

27 4. 科学ロードマップ 課題 1 地球型惑星領域への水や有機物の供給過程の把握 小課題 太陽系 ( 地球型惑星 ) へのスノーラインの影響 スノーラインを跨ぐ物資輸送の理解 探査目標 始原的小惑星に含まれる水 有機物の把握 ( 地球物質との比較 ) 始原的小惑星内の水 有機物の輸送過程の理解 探査ステージ地球近傍天体 SR 遠方天体 SR 小惑星 SR OSIRIS-REx (NASA) はやぶさ 2 C 型小惑星の始原的物質 ( 水 有機物 ) の採取 火星衛星 SR 彗星 SR 土星衛星エンセラダス SR スノーライン近傍での物質採取による水 有機物輸送過程理解 はやぶさ 2: 始原的小惑星からのサンプルリターン始原的小惑星は内部に水を有し, その水が鉱物 有機物と反応し, 物質進化を促したと考えられる. 始原的小惑星は地球にもたらされた水や有機物の起源天体なのか? 火星衛星サンプルリターン計画 : 火星の衛星フォボスからのサンプルリターン. フォボスの起源として 火星に捕獲された始原的小惑星 との説がある. サンプル分析の結果は, この説を支持するのか? その場合, フォボスは太陽系形成時の水 有機物 ( 定温物質 ) 輸送の証人となる. 27

28 4. 科学ロードマップ 課題 2 地球型惑星形成過程の骨格をなす天体衝突過程を理解する 小課題 月探査からの天体初期進化の理解 太陽系年代学を確立させる月 SR 計画 両端の水星と火星が小さい理由の解明 巨大衝突の理解 天体初期分化の理解天体進化 ( 火成活動 ) の理解 水 揮発性成分の付加 クレータ年代学の確立 地球 月 惑星間の比較 探査目標地殻とマントル, コアの化学成層の把握 冥王代地球試料の探索 火星活動の多様性と年代の把握 キークレータの年代確定 水星 火星の組成 構造把握 リモセン かぐや 探査ステージ 着陸 水星探査 MESSENGER (NASA) 水星探査 BepiC SR 火星衛星 SR 有人 +SR 天体衝突過程 テーマは月の探査から推進する部分の多いテーマである. 次ページに整理して示す. 将来の着陸探査などへ 火星衛星 ( フォボス ) サンプルリターン計画 : フォボスの起源として 火星への巨大衝突 説がある. サンプル分析の結果はこの説を支持するのか? その場合, フォボスは火星形成プロセスの証人となる. 28

29 4. 科学ロードマップ 課題 2 地球型惑星形成過程の骨格をなす天体衝突過程を理解する 小課題 月探査からの天体初期進化の理解 巨大衝突理解 天体初期分化の理解 探査目標 地殻, マントル, コアの化学成層把握 冥王代地球試料の探索 着陸 SLIM 探査ステージ SR 有人 +SR 天体進化 ( 火成活動 ) の理解 火星活動の多様性と年代の把握 月極域探査ミッション 太陽系年代学を確立させる月 SR 計画 水 揮発性成分の付加 クレータ年代学の確立 極域の水 揮発性成分探査 キークレータの年代確定 将来の SR などへ 29

30 4. 科学ロードマップ 課題 3 金星 火星と地球は, その表層環境の進化過程において, どのように道を違えたのかを把握する 小課題 火星地下圏探査 地球型惑星の活動史を解読する探査 探査目標 生命居住可能性理解のための水圏変遷の理解 惑星の表層環境変遷の理解 リモセン MAVEN(NASA) Mars Express (ESA) あかつき 探査ステージ PioneerVenus (NASA) Venus Express(ESA) 火星衛星 SR あかつき : 金星気象学ミッション. 地球の兄弟惑星である金星は, どこで道を間違えて, 全く異なる表層環境を持つことになったのか? その課題に, 金星気象学を探ることからアプローチする 火星着陸探査 : 火星表層環境の初期進化を探求する計画. 火星への視点は, 生命居住可能性 が大きな重みを持つ. 現在進行中の欧米の大型ローバによる火星探査は,35 億年前に火星表層に液体の水が大量に存在した時代に集中している. この時代以前, 地下に熱水圏という形で水が存在した時代も, 同様に重要な探査対象である. 着陸 SR Curiosity (NASA) 火星 SR 金星気象学による地球と金星比較 有人 +SR 水圏の変遷把握 / 生命探査など 30

31 5. 有人科学ミッション検討 5-1. 科学探査における有人の意義 人類活動領域の拡大という目的のもと宇宙飛行士が月や火星に滞在するという機会をとらえ 科学探査を効率的に行うことができる 科学探査における有人の意義を下記 5 項目にまとめた ( ア ) 高度な発見への対応科学探査では 最適なサンプルの選定がその価値に直結する 事前に予測できない地質 地形において 新たな事実に気づき その場で柔軟に判断し取捨選択を行うのは人間の役割である 無人では 事前に想定される範囲で一定レベルのサンプルを選定できるが 高い成果を上げるには選りすぐったサンプルが必要であり 有人探査が不可欠である ( イ ) 精密 複雑な作業の実施サンプル収集では 研磨や破砕 掘削やコアリングも必要になるが 対象となる岩石のサイズ 形状等は様々である その場の状況に合わせ 限られた道具で作業を行うだけでなく 研磨や破砕の度合いを調整するなど柔軟で確実な対応が可能なのは人間である 無人では ツールの予定外の使用や事前検証していない手順の実施は基本的に困難である ( ウ ) 無人では近づけない地点へのアクセス能力ローカルな地形は近づいて初めて分かるが 隙間を通る 岩石の間に手を入れてみるといった地上のフィールド試験では普通に見られる状況では その場での判断が不可欠となる さらに 探査範囲についても 有人車は無人車に比べ格段に広がるため ( アポロ LRV は約 30km ルノホートは 5 か月で 37km) 短時間で広範囲の探査が可能となる ( エ ) 高度な機材 設備類の設置 運用その場分析装置 観測装置 プラントなど 高度で複雑な機材 設備類の運用 保守には 人間の存在が不可欠である 不定型なサンプルのスライス 故障に対応する補修作業などは 事前に手順を洗い出すことは難しく 自動化は基本的に困難であることから人間の存在が不可欠である アポロでも 多様な機材の設置 調整を人が行い成果につながった ( オ ) 全体把握と判断能力人間は 物事の全体的な状況や流れに対する見方 判断 ( 大局観 ) が優れる点が機械とは本質的に異なる 上記のア ~ エの根底にあるのはこの大局観であるとも言え 並行作業や作業手順の入れ替えなど 状況に即した対応が可能な有人探査は ミッションの効率を格段に向上させ確実な成果につながる 31

32 前頁の表 1 の 地殻 マントル コアの科学成層把握 を例に探査イメージとその要求をまとめる 探査地点: South Pole-Aitken(SPA) 盆地に3か所の候補領域 ( 図 1(a)) そのうちの1 領域に7 地点の探査地 点がある ( 図 1(b) ) 探査対象: 盆地内のSPA 放出物 ( 地殻 マントルもしくは地殻下部 ) 衝突溶融物 玄武岩の露出 移動量: 7 地点で各々数十 km 百 km 程度を移動 (7 地点トータルで数百 km 後半 1000kmを要求 ) サンプル種類 : 選別により地殻 マントル起源の岩片を採取する 場所によってはコアリングが必要 ( 図 2 参照 ) サンプル量 : 5. 有人科学ミッション検討 5-2. ミッションと探査要求 ( 地質探査の例 ) 連続的に ( 数 km おきに ) 数十箇所 数百 g 探査期間 : 1 地点につき数日 数十日 ( 移動速度に依存するが 3 日以上 与圧ローバが必要 ) 有人のメリット : 盆地形成年代は基本的に非常に古く地質が複雑であるため 予期しない地質 地形から最適なサンプルを選定するなど 有人の対応能力が必要 また探査地点数が多く長期に渡る探査が必要 (a) 露頭からのサンプリング (b) コアリング 候補領域 ( かぐや データによる SPA の地質 Ohtake et al., GRL, 2014 に加筆 ) 500 km (a) 探査領域 (3か所) (b) 探査地点 (7か所) 図 1 探査地点例 100 km * 探査の例であり, 国内コミュニティーで合意した案ではない (c) 岩の選定 図 2 有人作業の想像図 32

33 6-1. 環境 資源データ整理 ( 月 ) 項目 今後取得すべきデータ 安全性 優先度付け アーキテクチャへの影響度 緊急性 総合 水 着陸ミッションにてその場での直接的に存在分布を計測することが必要 放射線 太陽活動による変動も考慮した LTE スペクトルデータが必要 また 被ばく線量評価用シミュレーションモテ ル構築も必要 レゴリス安全性 実レゴリスのサンプルリターンによる動物実験でのデータ取得 レゴリス土壌特性 ( テラメカニクスデータ ) 土壌測定の直接測定 ( 経験則を介さずに導出 ), および走行データを組み合わせて 1/6G 下でのテラメカニクスモデル ( 地盤と車両間の力相互作用 ) の構築 レゴリスによる汚染 月面活動, 及び月面電位分布で浮遊するレゴリス量を定量的に測定する. 地形 ( 特に無し ) 温度 将来探査地点における温度の連続時間変化データ 日照 ( 特に無し ) プラズマ 将来探査地点における帯電, 電界, 粒子速度等の時間 日照条件変化の影響の測定 隕石 隕石のサイズ, 速度, 質量, 飛来方向等を測定 重力 ( 特に無し ) クリティカリティ低中高

34 6-2. 環境 資源データ整理 ( 火星 ) 月と同様な整理を今後行っていく なお 水に関しては下記のような状況 マーズオデッセイのリモートセンシング観測で 極冠周辺の表面にほぼ純粋な水氷が存在し 高 ~ 中緯度の地下 (1m 程度 ) にも水素 ( 水氷と考えるのが合理的 ) の存在 ( 最大数十 wt%) を示すデータが得られている ( 下図参照 ) 米国 Phoenix により地下の水氷の存在が直接確認されている ( 北緯 68 度 ) マーズオデッセイの中性子分光計データ ( 地下 1m 以内 ) (NASA JPL ウェブサイトより ) 34

35 7. 全体アーキテクチャ 主なトレードオフ検討結果 1. 火星からの帰還燃料調達 火星での燃料製造 vs 地球から輸送 全て地球より燃料輸送した場合は 火星で燃料調達した場合に比べてミッション質量 ( 打上げ質量 ) 費用も 2 倍以上と見込まれる ( マーズオデッセイデータから火星には水が相当程度あることを前提 ) 2. 火星までの燃料調達 月での燃料製造 vs 地球から輸送 ( 但し要現地 ( 月面 ) 調査 ) 有人火星ミッション 3 回以上で 月の水の含有率が 1% 以上であれば月での燃料製造が有利だが 含有率が不確定なため地球から輸送をベースライン ただし 水含有率に左右されるため早期に現地調査が必要 3. 火星からの帰還における月近傍でのステージング 月近傍でのステージング vs 地球へ直接帰還 月近傍でのステージング ( 帰還時に月近傍で待機していた地球帰還船へ乗換 ) は推薬量で約 100t コスト 2000 億円のペナルティ 火星航行モジュール再使用のメリットを上回ると予想されるため 地球への直接帰還をベースライン 4. 火星周回軌道投入方法 エアロキャプチャ (*1) vs 動力での周回軌道投入 火星への航行モジュールを 70t と想定すると エアロキャプチャシステムは重量 30t 程度と推定され 化学推進で投入する場合の推進機重量 110t 程度 ( 液酸 / 液水 ) に比して十分メリット有 5. 火星着陸方法 エアロブレーキ (*2) + 動力降下 vs 動力降下のみ 有人機の短時間 / 高精度の着陸という条件から 火星低軌道 (110km) から降下軌道を検討すると 空気抵抗による ΔV 分は数 % 程度と推定されるため 動力降下のみをベースラインとする その場合の推力は 300kN 程度 ( 着陸船重量 70t と仮定 ) (*1) 火星遷移軌道から火星周回軌道に火星の大気による減速で投入する技術 35 (*2) 火星への着陸時に大気による減速を利用する技術

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37 8. 主なシステム要求設定 1 重力天体着陸技術 エアロキャプチャ技術 動力着陸エンジン : 推力 300kN 以上 着陸精度 : 100m 以下 2 重力天体表面探査技術 発電能力 : 原子力 (Fission) で 160kW 以上 走行技術 : 与圧ローバで連続 1000km 以上 3 有人宇宙滞在技術 ECLSS: 水補給不要システム 放射線防御 : 有人火星ミッション (940 日 ) でも生涯制限値を超えない放射線防護技術最大の太陽フレアでも生涯制限値を超えない退避方法の確立 4 深宇宙補給技術 深宇宙ランデブドッキング技術 (GPS を使用しない相対位置 / 速度同定 ) と標準化 信頼性向上 輸送効率向上 上記は ISS 宇宙探査小委員会で重点項目と識別された4つの技術の主要項目について掲げた それ以外の技術目標については 次回検討サイクルで検討予定 37

38 9. 全体シナリオ ロードマップの統合 ミッション 環境 ISS 実証 / 無人月面探査有人支援 SR/ 月近傍ミッション有人月面探査ミッション有人火星探査ミッション SLIM 放射線環境 水分布 ( 月面 ) 月極域探査ミッション レゴリス安全性 土壌特性 汚染 プラズマ 隕石 長期滞在ミッション火星衛星 SR 有人支援 SR 有人科学ミッション 有人科学ミッション 科学 1 地球型惑星への水 有機物の供給過程 2 天体衝突過程の理解 3 表層環境進化過程の違い 重力天体着陸技術 月 エンジン推力 地球近傍天体からの SR (C 型天体 ) 地質 ( 地殻 ) 調査 ( 着陸 ) 極域揮発性物質探査 ( 着陸 ) 若いクレータ年代探査 ( 着陸 ) 火星水圏 生命探査 ( リモセン ) 500 N 級 5 kn 級 30 kn 級 ピンポイント着陸技術 遠方天体からの SR ( 火星衛星 ) 高信頼性化ロバスト化 ( 暗時 不整地対応 ) 彗星 SR マントルからの SR 若い溶岩州地域からの SR 古いクレータからの SR 火星水圏 生命探査 (SR) 100 kn 級 超高精度着陸技術 SPA 等の内部構造探査 300 kn 級 大気中での高精度誘導技術 火星水圏 生命探査 ( 有人探査 ) 技術 重力天体表面探査技術 高エネ密度 LIB 開発 再生型燃料電池 RFC 開発 実利用 原型炉開発実証炉開発実用炉開発 火星仕様化 実利用 10km, 100kg 級開発 100km, 500kg 級開発 1,000km, 8,000kg 級開発火星仕様化 火星仕様化 要素技術の ISS 実証モシ ュールレヘ ル実証深宇宙での発展型 ECLSS モジュールとして運用 有人宇宙滞在技術 深宇宙補給技術 能動型線量計開発 深宇宙 RVD 技術研究 被ばく線量予測システムの維持 更新 居住モジュール設計のための環境データ蓄積 線量計 / 遮蔽材料 ISS 実証 深宇宙 RVD 装置開発 有人火星ミッション向け線量計 / 遮蔽材料研究開発 深宇宙 RVD 装置高度化 38

39 10. まとめと今後の進め方 科学と滞在に分けて具体的な目標を設定した 現時点での知見および想定可能な事項を前提にトレードオフを行い 当面のレファレンスとする全体システム構成 ( アーキテクチャ ) を設定 そのアーキテクチャを成立させるための主な技術要求 および環境や資源データの有無について分析した 主な技術要求についてはそれぞれのロードマップを整理し 特に着陸技術では SLIM を有人火星着陸に向けた我が国としての第 1 ステップと位置づけ 環境 資源データに関しては 今後取得すべきデータの優先度付けを行った結果 月の水分布 月の放射線環境について追加のデータ取得が重要であることが分かった 科学目標に対しては 太陽系科学探査の課題ごとにロードマップを作成し 月に関しては天体衝突過程の解明のため着陸による地質探査 サンプルリターンが重要な次のステップとした 2016 年 1 月末までに追加検討を実施し 第 2 次中間とりまとめとしてまとめる (2016 年 2~9 月頃に開催が予定されている ISS 国際宇宙探査小委員会へのインプットとなることを想定 ) また 2016 年 5 月末までには さらに検討を深め 最終報告書としてまとめる予定 39