2004/01/23 (ISAS/JAXA) SPICA WG · 系外惑星 の探査 宇宙 ... 結晶／非晶質 系外惑星形成現場の観測 組成 我々の太陽系の成り立ちの追及...

SPICAの進捗状況

2004/01/23(ISAS/JAXA)

SPICA WG

SPICA計画望遠鏡: 3.5m, 4.5 K

JWST(20-40K), HSO(80K)Core λ: 5-200 μm軌道候補 S-E L2 Halo放射冷却+冷凍機冷媒なし

Total Weight: 2.6 tTotal Power: 2.5kWLaunch

2010 年代初頭HIIA

SPICA目的すべての計画のめざすもの

SPICAが果たす特別な役割技術ブレイクスルー

実現のための技術要素

組織日本のコミュニティー

JAXA国際協力

実現性仕様の要求

SPICAの果たす役割宇宙の進化の歴史ー現代天文学の目標銀河の誕生と進化

星と惑星系の誕生と進化

物質の輪廻

SPICAが焦点をあわせるものはなにかSPICAで狙うサイエンス研究会

2003/12/15,16 国立天文台にて114名の参加、29講演

SPICAでは何を狙うのか

観測装置への要求はなにか

テーマ

活動する銀河

系外惑星の探査

宇宙鉱物学－物質科学との融合

5-200μｍという波長域での超高感度と解像力

多くの高解電離輝線と透過力

ダストの吸収の影響をさけて電離領域の物理量を詳しく調べることができる[NeIII]15.6/36.0 [SIII] 18.7/33.5

[ArIII] 8.99/21.8

[NeII]12.8 [NeIII]15.6,

[ArIII]8.99 [ArII] 6.99

[SIV]10.5 [SIII] 18.7

活動する銀河

活動的銀河核現象と爆発的星形成

銀河中心核BHへの質量降着大規模で活発な星形成

大質量星の形成系内の観測で詳細

銀河の活動性の変遷高分散分光と高解像撮像

5-80μｍでの高感度分光

系外惑星の探査－探索域伴星の質量

log(

M/M

Jup)

SPICAによる探索域0.5

0.0

-0.5

2.0

1.0

軌道長半径 log(天文単位)-1 0 1 2

系外惑星の探査－木星型惑星

自身で熱放射しているものなら検出可能年齢10億年程度まで

検出できれば、分光による分析他の検出法ではできない

PSFのきれいな望遠鏡

コロナグラフ（＋分光）SPICA検出限界

MIR-FIRは固体物質の指紋領域

HD100546

Hale-Bopp

10 20 30 40波長（ミクロン）

鉱物フィーチャ：組成・物性・形状・サイズ

炭素系ダストの放射

鉱物フィーチャ

宇宙鉱物学－物質の輪廻

AGB stars

Diffuse Interstellar Medium

Dense Cloud

SNe SNeShock

Star Formation

星間ダストダスト形成 破壊

鉱物：組成・非晶質/結晶

氷の付着

宇宙鉱物学

鉱物的特長から惑星形成を解明する

手にとって調べる天体観測での追求

隕石、IPD、

サンプルリターン

彗星、太陽系内天体

系外惑星形成現場の観測結晶／非晶質

組成

我々の太陽系の成り立ちの追及

惑星系の形成の一般論

5-200μｍでの高分散分光と高解像撮像

SPICAで狙うサイエンスの今後SPICAにおけるLegacy Programはどんなもの？それぞれのフィールドでの検討が必要

観測装置への要求をまとめていくべき撮像と分光(計画当初からの標準的リスト)コロナグラフ with 分光機能(計画当初から)高分散分光への要求(2003 SPICA WS)

短波長への要求JWST、地上巨大望遠鏡に勝ち、SPICA Legacyたりうるものは何か

SPICAのための技術開発

熱制御

望遠鏡

検出器

衛星

観測装置

運営

Others

冷却方法: 効率的な放射冷却＋機械式冷凍機

Mirror

Baffle

FPI

TelescopeTube

Shield #1

Shield #2

Shield #3

Sun Shield

Bus Module

4.5K Stage Cooler

Conduction

Radiation

1.7 K Stage Cooler

Stressed Ge:Ga

20K Pre-coolerBus MLI

Sun Shield MLI

冷却方式検討の現状

メーカとの定期的な打ち合わせ

SAPの取り付け位置、熱輸送をめぐる検討最終案を2004年にはまとめたい

CryocoolersStirling Cooler (Precooling)

200 mW @ 20 Ksimilar to those onboard ASTRO-F

JT Cooler (1) To cool Telescope and MIR instrument30 mW @ 4.5 K similar to those onboard SMILES

JT Cooler (2) To cool FIR instrument10 mW @ 1.7 K Under development

Stirling Cooler

→ Ok !

ASTRO-F

Goal: 200 mW @ 20 KWorking for more than 3 years !To be flight-proven in 2004

JT Cooler (1) Developed for SMILES(Superconducting Submillimeter-wave Limb-emission Sounder)

Goal: 30 mW @ 4.5 KWorking for more than 8,000 hours !To be flight-proven in 2005

→ OK !

JT Cooler (2)Goal: 10 mW @ 1.7 K3He for Low Temp.Under Development

JT Cooler (2)

It is Working !Results: 10mW @1.66 K

C.f. Goal: 10mW @ 1.7K

今後の開発計画

「原理実証モデル」から「搭載可能モデル」へ

平成15年度(搭載方式の確立)構成の単純化(後段２段の一体化)冷却能力の向上(Stirlingの能力向上)

平成16年度(搭載モデルの検証)高信頼性化

振動対策

低温対策

軽量望遠鏡

二つのグループでの競争的検討

軽量化の実現

ミラー材料 SiC vs C/SiC低剛性ミラーの多点補正方式は捨てた

重力のかかる地上での実証

冷却に伴う歪みの対策、検証

２００４年にdown selection

中間・遠赤外検出器開発状況

128x128クラスの画像センサーが欲しい!2-5[um] InSb or MCT 入手性良(Raytheon/Rockwell)

412x512 for ASTRO-F1Kx1K or 2Kx2K for JWST

5-26[um] Si:As 入手性良(Raytheon)412x512 for SUBARU1Kx1K or 2Kx2K for JWST

-38[um] Si:Sb(DRS)128x128 for SST

遠赤外域（40-300um）の検出器開発が急務

検出器開発

保守的、確実な道

ASTRO-Fからの延長Photoconductor arrays

新しいテクノロジーへの挑戦

Ge:XX BIBGaAs photoconductor

ISASで進行中

検出器開発

もっと、新しいものへの挑戦

BolometerTES,HEB等の研究が海外で進行中

Quantum dotSTJ photon detector

• ASTRO-F/FIS5ｘ20 pixels Ge:Ga monolithic5ｘ15 pixels stressed Ge:Ga

•• CRE readout noise limitedCRE readout noise limitedNEP~10^(-17) W//√√HzHz

•• heat power ~ 10heat power ~ 10μμW/pixel

ASTRO-F Photoconductor arrays

monolithic Ge:Ga

W/pixelstressed-Ge:Ga

GaAs photoconductorISAS, Tokai Univ.GaAs photoconductor

Higher mobility than GeLonger wavelength ~300 um

In-house growth of LPE GaAsPurity: currently Nd~Na~10^14 cm-1ηG ~ a few 10^-5 for 50um-thick GaAs layer

expected: Nd~10^14cm-1, Na~10^13 cm-1200um thick layer → ηG ~ 0.1NEP ~ 10^(-17) W/rHz would be achieved in 1 year

開発状況

１．５Ｋ１NA－１７ (expected)

ＧａＡｓ

２Ｋ－－１９～－１８

(expected)Waveguide Ｇａ：Ｇａ

０．７Ｋ９

1000 in a year－１６

－１７ (expected)ＳＴＪ

０．３Ｋ１－２２～－２１Ｑuantum dot

０．１Ｋ

０．１Ｋ

０．３Ｋ

２Ｋ

temperature

１００００－１７

－１９ is possibleＴＥＳ

（SCUBA2, SPIRE）

１－２０

(expected)Superconducting ＨＥＢKinetic inductance

２０００－１７～－１８

－１９ is possibleSemiconductor bolometers

１０００

（１００）

－１８

（－１７）

Ｇｅ：Ｇａ

(ASTRO-F)

# of pixelsLog(ＮＥＰ)

検出器開発

ASTRO-F後継まずはASTRO-F

新しいものへの挑戦

投資(人材と資金)をどう確保するかが課題

国際協力

SST(SIRTF)後、SAFIRまでの間のステップ

Satellite

Two Critical Issues高精度ハイブリッド姿勢制御系

衛星全体としての構造・熱設計の最適化

システムメーカとの検討を実施中

観測装置

コロナグラフ

Integral Field Unit による分光高分散分光

サイエンスの検討とカップルした装置仕様の検討と要素技術の開発が必要

体制、予算

従来の科学衛星の枠組みを越える

宇宙開発委員会・長期計画に合致…数年に一度の大型科学衛星…

Community からの強いサポートが必要スペース、地上の枠組みを越えた長期計画将来ミッション、計画へのつながり(JTPF, JELT)

宇宙三機関統合効果を活かしたい科学ミッションへの様々な可能性

国際ミッション

SPICAに対する強い関心国際会議 (2000年、2004年)他のミッションとの協力観測協力 JWST, HSO技術協力 SAFIRE, SPECS

SPICA 国際協力韓国 (KAO, Seoul National University)近・中間赤外線観測器

米国 (JPL)遠赤外線分光器、検出器

UK (Cardif Univ., RAL)遠赤外線観測器

Netherlands (SRON)検出器

ロードマップ

基礎技術開発2004年度までにシステム全体の成立性の検討

Critical Components の実証2005年度以降

Flight Model に向けた開発

プロポーザル提出 (2004年度)基礎開発の成果

PM, FM （合計５－６年）

2010年代初頭の打ち上げを目指したい