「はやぶさ2」帰還時の軌道を音で決定

【2022年3月25日 高知工科大学】

探査機「はやぶさ2」は2020年12月6日に、小惑星リュウグウのサンプルを格納したカプセルを地球に送り届けた。この際、カプセル着陸地点となったオーストラリアでは正確な着地点を突き止めるために、カプセルが発するビーコン電波の測定や光学観測が実施されていた。

同時にこれは、人工天体の大気圏突入を様々な手法で分析することで新たな知見を得る機会でもあった。

高知工科大学の西川泰弘さんたちの研究チームは、カプセルが突入するときの「音」に着目した。高速で大気圏に突入したカプセルからは衝撃波が生じ、音速で広がっていく。そこで、長距離を伝わるインフラサウンド（人間には聞こえないほど周波数が低い音）をとらえるセンサー28台などを、予想経路に沿って地面に配置し、この衝撃波をとらえようと試みた。

現地に設置された小型インフラサウンドセンサー（提供：高知工科大学リリース、以下同）

研究チームが開発したインフラサウンドセンサーは従来よりも小型で、移動や設置が簡単であるため、観測したい場所を選んで観測することが可能だ。西川さんたちは4台ずつ7つの地点に配置されたセンサーを用いて、カプセルの軌道を高度角0.5度、方位角1度の精度で決定することに成功した。

これにより、ビーコンの受信やカメラによる光学観測に次ぐ、新たな軌道決定手法が確立した。インフラサウンドの観測は、対象のビーコンが故障したり、そもそもついてなかったりする場合でも、また悪天候でカメラが使えない場合でも活躍が期待できる。

衝撃波の広がり方（黒の実線）と帰還カプセルの軌道（青い点線）。▲は観測地点

カプセルを音でたどった場合と光でたどった場合では、ほぼ同じ軌跡を描いたものの、音を出す時間の方が約1秒、距離にして10km程度長かったことが判明した。つまり、カプセルが光ってはいないが音（インフラサウンド）を出している区間があったことになる。「聞く」という新たな観測手段を得たことで、流星などの飛行物体が超音速で大気中を通過したときのエネルギー放出や崩壊について、これまで以上に理解が深まりそうだ。

従来の流星観測と今回の帰還カプセルの観測の違い