電離圏鉛直・水平構造観測を実現するロケットGNSS-TECトモグラフィ

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地球表面から高度60～800kmの領域は電離圏と呼ばれ、電離大気（プラズマ）と中性大気が混在し、宇宙空間の中では特異な領域といえる。電離大気は電磁場に拘束される一方、中性大気は電磁場に依存しない運動をする。電離圏擾乱に代表される特異な物理現象を解明するためには、電場、中性粒子の運動量に加え、プラズマ物理の基本パラメータである電子密度の観測が不可欠である。電離圏の電子密度構造は、観測ロケットに搭載した電流プローブ等を用いたその場観測で詳細な観測が可能である。しかし、プラズマ輸送過程の解明には、その場観測だけでは不十分で、より広い面的な観測が必要となる。そのため、本研究では電離圏水平・鉛直構造を観測可能な新たな計測法であるロケットGNSS-TEC法を提案し、実証実験を行う。GNSS-TEC観測を行うために、前年までに開発した観測ロケット搭載用GNSS-TEC受信機とアンテナシステムをS-520-32観測ロケットに搭載した。観測ロケットは、地上観測で中規模伝搬性電離圏擾乱（MSTID）が発生していることを確認できた2022年8月11日23時20分に、鹿児島県肝付町にある内之浦宇宙空間観測所から東南東に向けて打ち上げられた。最高到達高度は279km、太平洋に着水するまでの522秒間にGNSS-TEC観測を行った。観測ロケットはスピンするため、単一アンテナでは指向方向の変化によって衛星追尾が中断される。そのため、常にGNSS衛星を受信できるように、ロケット側面に6つ、開頭部に8つのパッチアンテナを搭載し、ノーズコーンの開頭前後でアンテナを切り替えるアンテナシステムを採用した。ロケット側面の6つのアンテナでは衛星捕捉が難しかったが、開頭部に搭載した8つのアンテナでは安定してGNSS衛星を補足することができ、複数衛星でTEC観測に成功した。この実験を通して、トモグラフィ解析に必要となるロケットGNSS-TECの観測データを取得できた。