惑星探査機搭載・非冷却赤外カメラの開発研究

行星探测器非制冷红外相机的研制

• 批准号: 14740289
• 负责人: 今村 剛
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Institute of Space and Astronautical Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14740289/
• 关键词: 惑星探査; 赤外線; ボロメータ; 惑星大気; 光学観測; 非冷却

惑星探査機に搭載する赤外カメラを開発するための基礎研究を行った。検出器としでは、極低温への冷却を要する従来の量子型素子ではなく非冷却ボロメータ素子を採用し、軽量化を図る。大規模なボロメータ素子(240×320画素)が近年開発され、そのような観測装置が現実的となったが、まだ宇宙での実績は乏しい。まず検出器の特性を把握するために、日本の金星探査計画(2009年)で採用を検討しているボロメータ素子を用いて、基礎実験を行った。非冷却ボロメータ素子は通常は常温物体(300K)を対象とするが、金星探査では大気上層の冷たい雲(230K)が撮像対象となるため、ノイズ低減のために工夫を要する。実験では、ヒータで温度制御可能な黒体塗装アルミ板を冷凍庫に入れて撮像対象とし、230Kから300Kまでの様々な温度において画像データを取得した。その結果によれば、低温対象物の撮像画像には次の3種類のノイズが含まれている。(1)時間的に安定した縞状の固定パターンノイズ。検出器の読出し方式に起因すると思われる。(2)画像の周辺の増光。光学系からの熱放射に起因すると思われる。(3)ランダムな時間変動ノイズ上記のうち(1)(2)はオフセットを適切に較正することにより除去可能であり、(3)は数十枚の画像積算により低減できることが実験で確かめられた。これらの結果から、金星探査機搭載の赤外カメラ(波長域9-11μm)において0.3K程度の透過雑音温度を達成できる見込みが得られた。さらに、高エネルギーの放射線が降り注ぐ宇宙空間で長期の使用に耐えるために、耐放射線性の試験を行った。放射線医学総合研究所の粒子線照射施設において、検出器がONの状態で約30kRadを照射したところ、2度ラッチアップしたものの深刻な影響は生じないことが分かった。以上の結果をもとに、搭載機器の試験モデルの設計と試作を行った。

我们进行了基础研究，以开发用于安装在行星航天器上的红外摄像头。检测器使用未冷的钢计元件，而不是需要冷却至极低温度的常规量子元件，从而减少了重量。近年来已经开发了大规模的重测元素（240 x 320像素），使这种观察设备更加现实，但是空间中仍然几乎没有记录。首先，为了了解检测器的特征，使用钢计元素进行了基本实验，日本一直在考虑在金星勘探项目（2009年）中采用这些元素。未冷的高仪元件通常针对室温物体（300K），但是在金星探索中，大气上方的冷云（230K）受到成像的影响，因此有必要降低噪声。在实验中，将可以用加热器控制的黑体涂层铝板放在冰箱中以作为图像捕获，并在230k至300​​k的各种温度下获取图像数据。根据结果​​，对物体的图像中包括以下三种噪声。 （1）及时稳定的条纹固定图案噪声。这可能是由于检测器读数方法。 （2）闪电在图像周围增加。这可能是由于光学系统的热辐射引起的。 （3）可以通过适当校准偏移来消除上述上述时间变化的噪声，并且可以通过积累数十个图像来减少（3）。这些结果提供了一种有可能在配备有金星探针的红外摄像头（9-11μm的波长范围）中达到约0.3K的传输噪声温度。此外，测试了辐射抗性，以承受在外太空中的长期使用，其中高能辐射倒入其中。在放射学研究所的粒子照射设施上，当检测器被打开并用约30krad辐射时，发现尽管闩锁是两次，但未产生严重的影响。基于上述结果，我们为安装设备设计和生产了测试模型。

项目成果

中村正人: "金星大気ミッションの現状と方向性"日本惑星科学会誌 遊星人. 12(4). 276-279 (2003)

Masato Nakamura：“金星大气层任务的现状和方向”日本行星科学学会杂志 12(4) 276-279 (2003)。

K.-I.Oyama: "Feasibility study for Venus atmosphere mission"Advances in Space Research. 29(2). 265-271 (2002)

K.-I.Oyama：“金星大气层任务的可行性研究”空间研究进展。

Takeshi Imamura: "SCIENCE GOALS OF THE VENUS MISSION PLANET-C"Lunar and Planetary Sciences. XXXIII(CD-ROM). (2002)

Takeshi Imamura：“金星使命 PLANET-C 的科学目标”月球和行星科学。