太陽系外から飛来する未知の天体の探査に向けた中性粒子・イオン質量分析器の開発

开发中性粒子/离子质谱仪用于探索太阳系外未知天体

• 批准号: 21H04509
• 负责人: 笠原 慧
• 金额: $ 27.62万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04509/
• 关键词: その場質量分析; イオン計測; 深宇宙探査; 中性粒子計測; 恒星間天体

本申請課題の先にある最終的なゴールは，太陽系外から地球近傍に飛来する恒星間天体を人類として初めて直接探査し，系外惑星系の組成を詳細に解析して「太陽系はどれくらい特別な（あるいはありふれた）世界なのか？」という問いに答えることである．東京大学およびJAXAの工学系研究者との議論では，恒星間天体を超小型探査機でフライバイ観測する現実的な探査シナリオが得られている．しかしながら，最大の問題は，天体の組成分析を行う上で肝心かなめの質量分析器の準備が出来ていないことである．本研究では，これまで地球，月，水星，火星の探査に向けて開発してきた宇宙機搭載用のイオン・電子分析器のヘリテージを生かして，小天体近傍の主成分である中性ガス分子・原子をフライバイ探査で分析できる新たな質量分析器の開発を目的としている．当該年度は，研究実施計画に沿って，(1)中性粒子分析器に用いる電離部，および(2)イオン質量分析器での分子イオンの計測を実施した．(1)については，酸化イットリアをイリジウム線に塗布したタイプのフィラメントを用いることで，当初の目標通り，1e-3 Paにおいて1 nAのイオン電流が得られた．消費電力についても，目標であった3W程度に抑えることに成功した．(2)については，質量分析器を設計・製造し，イオン質量スペクトルの取得に成功した．そして，この分析器において，フライト実績のある非晶質カーボンフォイルを用いた場合，分子イオンが解離せずに検出されることは極めて少ない（ノイズレベル以下）であることがわかった．

The subject of this application begins with, and ends with, direct human exploration of interstellar objects from outside the solar system near the Earth, and detailed analysis of the composition of the extraterrestrial star system.という问いに答えることである. A researcher from the Faculty of Engineering at the University of Tokyo, JAXA, said that the current exploration of interstellar objects by ultra-small exploration vehicles has been completed. The biggest problem is that the composition analysis of celestial bodies is on the way to the center of the liver and the preparation of mass analyzers is on the way out. This study is aimed at exploring the Earth, Moon, Mercury, and Mars, and developing new mass analyzers for spacecraft applications. During the year, the study was carried out according to the following plan: (1) the ionization part of the neutral particle analyzer was used, and (2) the measurement of the molecular mass analyzer was carried out. (1)However, the acidified initration cable can be coated with itait Consumption of electricity (2)Quality Analyzer Design·Production·Quality Analyzer Selection·Success When the analyzer is in use, the molecule is dissociated from the amorphous state.

项目成果

Miniaturization of energetic electron sensor for future planetary explorations using ASIC

使用 ASIC 实现未来行星探索的高能电子传感器小型化

• 发表时间: 2021
• 作者: Shin Sugo;Satoshi Kasahara;Hirokazu Ikeda;Hirotsugu Kojima;Takahiro Zushi;Motoyuki Kikukawa
• 通讯作者: Motoyuki Kikukawa

Performance of Medium-Energy Particle experiments (MEPs) onboard ERG: a long-term view

ERG 上中能粒子实验 (MEP) 的性能：长期观点

• 发表时间: 2021
• 作者: 笠原慧;横田勝一郎;桂華邦裕;堀智昭;山本和弘
• 通讯作者: 山本和弘

Development of a miniature ion-trap Fourier-transform mass spectrometer for future space missions

为未来太空任务开发微型离子阱傅里叶变换质谱仪

• 发表时间: 2021
• 作者: O. Kawashima;S. Kasahara;Y. Saito;S. Yokota;M. Hirahara and S. Sugita
• 通讯作者: M. Hirahara and S. Sugita

将来の惑星探査に向けたASIC技術による10-100 keV電子観測器の小型化

利用ASIC技术实现10-100 keV电子观测设备的小型化，用于未来行星探索

• 发表时间: 2021
• 作者: 菅生真;笠原慧;池田博一;小嶋浩嗣;頭師孝拓;菊川素如
• 通讯作者: 菊川素如

In situ observations of ions and magnetic field around Phobos: the mass spectrum analyzer (MSA) for the Martian Moons eXploration (MMX) mission

• DOI: 10.1186/s40623-021-01452-x
• 发表时间: 2020-12
• 期刊: Earth, Planets and Space
• 作者: S. Yokota;Naoki Terada;A. Matsuoka;Naofumi Murata;Yoshifumi Saito;D. Delcourt;Y. Futaana;K. Seki;M. Schaible;K. Asamura;S. Kasahara;H. Nakagawa;M. Nishino;R. Nomura;K. Keika;Y. Harada;S. Imajo