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岡山理科大 / 11 Sep. 2008 日本天文学会2008年秋季大会

スペース重力波アンテナ DECIGO計画（11）

スペース重力波アンテナ DECIGO計画（11）

KAGAYA studio

安東正樹，川村静児，高橋龍一，中村卓史，坪野公夫，田中貴浩，瀬戸直樹，沼田健司，船木一幸，森本睦子，

佐藤修一，青柳巧介，我妻一博，阿久津智忠，阿久津朋美，浅田秀樹，麻生洋一，新井宏二，荒瀬勇太，新谷昌人，

井岡邦仁，池上健，石川毅彦，石徹白晃治，市來淨與，伊東宏之，伊藤洋介，井上開輝，植田憲一，榎基宏，戎崎俊一，江里口良治，大石奈緒子，大河正志，大橋正健，大原謙一，奥冨聡，小野里光司，鎌ヶ迫将悟，河島信樹，川添史子，神田展行，雁津克彦，木内建太，桐原裕之，工藤秀明，國中均，國森裕生，クラウス・ヴェルナー，黒田和明，小泉宏之，郡和範，苔山圭以子，古在由秀，小嶌康史，固武慶，小林史歩，西條統之，坂井真一郎，阪上雅昭，阪田紫帆里，佐合紀親，佐々木節，佐藤孝，柴田大，真貝寿明，杉山直，宗宮健太郎，祖谷元，高野忠，高橋走，高橋忠幸，高橋弘毅，高橋竜太郎，高森昭光，田越秀行，田代寛之，谷口敬介，樽家篤史，千葉剛，辻川信二，常定芳基，徳田充，徳成正雄，豊嶋守生，内藤勲夫，中尾憲一，中川憲保，中須賀真一，中野寛之，長野重夫，中村康二，中山宜典，西澤篤志，西田恵里奈，西山和孝，丹羽佳人，橋本樹明，端山和大，原田知広，疋田渉，姫本宣朗，平林久，平松尚志，福嶋美津広，藤本眞克，二間瀬敏史，細川端彦，堀澤秀之，前田恵一，松原英雄，三浦純一，蓑泰志，宮川治，三代木伸二，向山信治，武者満，森岡友子，森澤理之，森脇成典，柳哲文，山崎利孝，山元一広，横山順一，吉田至順，吉野泰造

安東正樹，川村静児，高橋龍一，中村卓史，坪野公夫，田中貴浩，瀬戸直樹，沼田健司，船木一幸，森本睦子，

佐藤修一，青柳巧介，我妻一博，阿久津智忠，阿久津朋美，浅田秀樹，麻生洋一，新井宏二，荒瀬勇太，新谷昌人，

井岡邦仁，池上健，石川毅彦，石徹白晃治，市來淨與，伊東宏之，伊藤洋介，井上開輝，植田憲一，榎基宏，戎崎俊一，江里口良治，大石奈緒子，大河正志，大橋正健，大原謙一，奥冨聡，小野里光司，鎌ヶ迫将悟，河島信樹，川添史子，神田展行，雁津克彦，木内建太，桐原裕之，工藤秀明，國中均，國森裕生，クラウス・ヴェルナー，黒田和明，小泉宏之，郡和範，苔山圭以子，古在由秀，小嶌康史，固武慶，小林史歩，西條統之，坂井真一郎，阪上雅昭，阪田紫帆里，佐合紀親，佐々木節，佐藤孝，柴田大，真貝寿明，杉山直，宗宮健太郎，祖谷元，高野忠，高橋走，高橋忠幸，高橋弘毅，高橋竜太郎，高森昭光，田越秀行，田代寛之，谷口敬介，樽家篤史，千葉剛，辻川信二，常定芳基，徳田充，徳成正雄，豊嶋守生，内藤勲夫，中尾憲一，中川憲保，中須賀真一，中野寛之，長野重夫，中村康二，中山宜典，西澤篤志，西田恵里奈，西山和孝，丹羽佳人，橋本樹明，端山和大，原田知広，疋田渉，姫本宣朗，平林久，平松尚志，福嶋美津広，藤本眞克，二間瀬敏史，細川端彦，堀澤秀之，前田恵一，松原英雄，三浦純一，蓑泰志，宮川治，三代木伸二，向山信治，武者満，森岡友子，森澤理之，森脇成典，柳哲文，山崎利孝，山元一広，横山順一，吉田至順，吉野泰造


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ミッション

目的

根幹技術の宇宙実証銀河系内観測

重力波の検出　　(最小限のスペック) S/C間でのFP干渉計実証

重力波天文学

構成

小型衛星1機　短基線長FP共振器 1台

S/C 3機干渉計 1台

S/C 3機干渉計 3台

(3-4 ユニット)

DECIGOのロードマップ Figure: S.Kawamura

DICIGO Pathfinder (DPF)

Pre-DECIGO DECIGO

R&D Fabrication

R&D Fabrication

R&D Fabrication


Local Sensor

Actuator

Thruster

DECIGOのための第一前哨衛星最短2012年度打ち上げを目指す

小型衛星 1 機 (~300kg)

地球周回低軌道 (軌道高度 500km, 太陽同期軌道)

基線長30cmのFabry-Perot光共振器

目的1：DECIGOのための基幹技術の宇宙実証

安定化レーザーシステム

レーザー干渉計を用いた精密計測

衛星のドラッグフリー制御（フリーマスの実現）

試験質量のクランプ・リリース機構（打ち上げ・軌道上）

目的2：低周波重力波の観測レーザー干渉計重力波検出器による軌道上観測

（世界初の試み）

地上での観測が困難な 0.1-10Hzの重力波を観測

ターゲット : 銀河中心付近の巨大・中間質量ブラックホール

DECIGOパスファインダー(DPF)


軌道:地球周回低軌道（LEO）軌道高度~500km 太陽同期極軌道：1周約 100分

地球の影に入らない連続的な電力供給高度は高い方がよい地球の影響をできるだけ低減

(重力場, 地磁気, 残留大気)

姿勢制御重力傾度安定による受動制御

＋ドラッグフリー制御

500km

DPF ミッション概要打ち上げ目標：2012（最速の場合）

ミッション期間：1 年（小型衛星計画公称）ロンチャー：次期固体ロケット

JAXA/ISASにて開発中＋PBS (Post-Boost stage)

精密軌道投入のため


DPF 衛星概略 Stabilized Laser

Interferometer Module

Thruster Control Unit

Solar Paddle

Interfererometer Control Unit

Housing Control Unit

Mission Thrusters

Central Processing Unit

Bus Thrusters

衛星バス部（「標準バス」諸元）サイズ : 900mm立方

重量 : 200kg

SAP : 800W

バッテリー: 50AH

ダウンリンク : 2Mpbs

データ容量: 2GByte

3N スラスタ : x4

3軸姿勢制御

DPF ミッションペイロードサイズ : 900mm立方

重量 : 100kg

電力 : 200W

データレート: 600kbps

ミッションスラスタ : x16

電源

SpW 通信


DPFミッション機器構成

ファブリー・ペロー共振器フィネス : 100 基線長 : 30cm テストマス : 質量 1kg

レーザー光源 Nd:YAGレーザー(1064nm) 出力 25mW 沃素による周波数安定化

ドラッグフリーローカルセンサで相対変動検出スラスタ・ホイールにフィードバック

ミッション機器重量 : 100 kg ミッション機器空間 : 900 mm立方


鏡基材 : 溶融石英鏡Qファクター : 106

運用温度 : 293K 衛星重量 : 300kg, Area: 2m2

軌道高度 : 500km スラスタ雑音 : 0.1μN/Hz1/2

干渉計諸元

レーザー光源 : 1064nm レーザー出力 : 25mW 共振器長 : 30cm フィネス : 100

試験マス質量 : 1kg 試験マス基材 : 金属

DPF 感度

10–2

10–1

100

101

102

10–18

10–17

10–16

10–15

10–14

10–13

10–12

10–11

10–19

10–18

10–17

10–16

10–15

10–14

10–13

10–12

No

ise l

evel

[1

/Hz1

/2

]

Frequency [Hz]

Shot noise

Mirror thermal

Laser Radiation

Laser: 1064nm, 25mW

Finesse: 100

Mirror mass: 1kg

Q–value of a mirror: 106

Cavity length: 10cm

pressure noise

Thru

ster noise

PM acceleration Noise

Geogra

vity

Laser Frequencynoise

Dis

pla

cem

en

tN

ois

e[m

/Hz1

/2


10–2

10–1

100

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10210

–17

10–16

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10–14

10–13

10–12

GW

ch

ara

cte

ris

tic

am

pli

tud

e

Frequency [Hz]

Dopplar10

5Mo

DPF

(Ob

s.

ban

d =

Cen

ter

freq

uen

cy)

tracking

BH QNM(1Mpc)

BH chirp

(103Mo, 10kpc)

DPFFundamental noise

106Mo

104Mo

Estimated noises

103

104

105

10610

–1

100

101

102

Ob

serv

ab

le R

an

ge

Mass [Msolar]

[kp

c,

SN

R=

5]

Galactic Center

BH QNM

BH Inspiral

中間質量ブラックホール合体合体までのチャープ波形歪み振幅 h ~10-15 合体周波数 f ~4 Hz 距離 10kpc 質量 m=103 Msun

観測時間(~数千秒)

BH準固有振動からの重力波衝突後のリングダウン波形歪み振幅 h ~10-15 リングダウン周波数 f ~0.3 Hz 距離 1Mpc 質量 m=105 Msun

DPFでは、我々の銀河中心でのイベントを

SNR~5 で検出できる

DPF で期待される重力波源


2015年までに3-5機の小型衛星を打ち上げる開発期間とコストを圧縮する

宇宙科学への敷居を下げる次期個体ロケット（M-V後継機：開発中）

標準バスシステム

初号機ミッション (2011) : TOPS (惑星科学)

二号機ミッション：2008年度末に選択・決定

15 候補ミッション（理学＋工学） DPF : 重力波観測衛星

DIOS : ダークバリオン探査のためのX線望遠鏡

ERG : Plasma and particle detector for geo-space investigation

FFAST : 小型衛星の編隊飛行による高エネルギー領域広天走査衛星

CAST : 高感度ガンマ線望遠鏡

ELMOS : 地球電磁環境モニター衛星

POLARIS : Ｘ線ガンマ線偏光観測小型衛星

PPM-Sat : 超小型精密測位衛星

Satellite for Magnet-plasma sail technology demonstration

…..

JAXA 小型科学衛星シリーズ

TOPSイメージ図 (JAXA Webページより)


DECIGOイメージ図

DPF の現状DPF の現状タイムライン

2005/1 小型重力波検出器の提案書を提出

2006/11 DECIGO pathfinder (DPF)として重力波

検出器のミッション提案書を提出

2007/8 Pre-Phase-Aミッションとして選定

　　　 ISAS小型科学衛星戦略的開発経費採択

（4-6重点ミッションの一つに挙げられる）

2008/6 ISAS小型科学衛星戦略的開発経費採択

2008/9 Phase-A 提案書提出予定

….. ……

2012/? Launch?

2008年度中に Phase-A 提案書を提出

それまでに基礎技術開発を完了していることが必要

重点開発要素のR&Dを行う

レーザー光源の安定化

小型低雑音スラスタ

ハウジング干渉計 (鏡、センサー、アクチュエータ、打ち上げロック機構)

ドラッグフリーと衛星制御

ミッション部熱構造設計


Local Sensor

Actuator

Thruster

DECIGO Pathfinder: DECIGOのための第一前哨衛星 1機の小型衛星：「JAXA小型衛星シリーズ」搭載を想定

衛星重量300kg, 地球周回低軌道

30cm Fabry-Perot 光共振器


ドラッグフリー制御

目的 DECIGOのための基幹技術の宇宙実証


レーザー干渉計を用いた精密計測

衛星のドラッグフリー制御（フリーマスの実現）

試験質量のクランプ・リリース機構（打ち上げ・軌道上）

低周波重力波の軌道上初観測観測周波数帯 : 0.1Hz-1Hz

ターゲット : IMBHs at the Galactic center

現状

JAXAの小型衛星シリーズミッション（重点）候補として挙げられる 2008/9 Phase-A申請書提出

最速で2012 - 2013の打ち上げを目指す

まとめ


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計画（ decigo - tamago.mtk.nao.ac.jptamago.mtk.nao.ac.jp/decigo/file/scientific/asj32008.pdf ·...

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