竹内 央

深宇宙探査機との通信にはX-bandを用いることが定められている.しかし,帯域は既に混み合っておりX-bandの使用は徐々に困難になりつつある.そのような状況でKa-bandを高速伝送のために使用することは魅力で,今後の深宇宙探査には必須と言われている.宇宙航空研究開発機構の深宇宙局は64mを擁するが,X-bandまでの対応で鏡面精度などKa-bandには使用できない.そこで,より小型のアンテナをアレイ化し64mと等価な機能を持たせ,更にKa-bandへの対応を図る考えが生まれてきた.システムの実現性を検討するにあたり,受信信号の位相差推定の方法が鍵となる.本稿では,これまでに調査・研究してきた深宇宙通信用アレイ地上局のダウンリンク合成の手法について報告する.

我々はこれまで火星探査機NOZOMIと小惑星探査機HAYABUSAをターゲットして、VLBI(Very Long Baseline Interferometry)をR&RR(Range and Range Rate)計測と併用して軌道決定精度を向上する技術の獲得を目指し、VLBI観測を行ってきた。しかし残念ながら現在のところVLBIの観測量を加えることでR&RR計測の軌道決定精度を向上させるまでに至っていない。主な要因としては、宇宙機からの信号帯域幅が狭いためにVLBIの群遅延の計測精度が制限を受けているという問題がある。高精度の遅延計測が期待できる他の観測量として位相遅延量が考えられるが、一般には波長の整数倍の位相不定性の問題により、絶対遅延量盧計測ができない。しかし、2005年11月にHAYABUSAがイトカワに接近した際には、このような位相不定性の問題を回避して位相遅延量を使用することが可能となった。そしてこの実験では位相遅延量を観測量として、相対VLBIによるクロック、大気遅延量の補正精度の評価を行うことができた。資料番号: AA0063223016レポート番号: JAXA-SP-06-015

近年、JAXA、NICT(National Institute of Information and Communications Technology)、国土地理院、国立天文台などを中心とする国内VLBI(Very Long Baseline Interferometry)機関の間で、相対VLBI技術(Delta-DOR)による深宇宙飛翔体軌道決定の高精度化実験が続けられている。国際的にはESAがNASAとは独立に独自のDelta-DORシステムを開発中であり、また、中国の月計画でもVLBIによる飛翔体位置決定を計画中である。このようにVLBI技術による飛翔体位置決定の試みが世界中で隆盛を極めている中、異なる機関間のデータ交換を促すために、宇宙データシステム諮問委員会(CCSDS; Consultative Committee for Space Data Systems)においてDelta-DOR規格の標準化を行おうという機運が高まっている。本稿では、国際的なDelta-DORの動向を踏まえた上で今後の我々の開発方針について示す。資料番号: AA0063223017レポート番号: JAXA-SP-06-015

情報通信研究機構では、宇宙飛翔体の準リアルタイム軌道決定技術の獲得を目指して、相対VLBI実証実験を行っている。火星探査機「のぞみ」や小惑星探査機「はやぶさ」のVLBI実験において、ISAS/JAXAによるR&RR結果に対する群遅延残差は、最大数10ナノ秒にも及ぶものの双方の結果は調和的であった。また、広帯域のレンジ信号送出の時間帯に限定すれば、双方の残差は10ナノ秒程度のばらつきにおさまる。「のぞみ」位相遅延データによる暫定的な解析では、「のぞみ」の赤道座標系推定位置が約40ミリ秒角以下の誤差で決定できた。その他、測地GPSデータにより相対VLBI法での中性大気による伝搬遅延誤差の軽減効果についても評価した。