山本 高行

深宇宙探査技術実証機デスティニー・プラス（DESTINY PLUS(＋)）は，理工一体でふたご座流星群母天体である小惑星(3200) Phaethonの高速フライバイ観測に挑む計画である．2025年度の打ち上げを目指し，現在開発を進めると共に，目標天体Phaethonの地上観測を継続的に行っている．本連載では，DESTINY+の計画概要，目指すサイエンス，プロジェクト化の経緯，搭載観測装置，地上観測，地上研究や他の探査計画との連携，サイエンス推進に係る活動などを紹介していく．

DESTINY+ is an upcoming JAXA Epsilon medium-class mission to fly by the Geminids meteor shower parent body (3200) Phaethon. It will be the world's first spacecraft to escape from a near-geostationary transfer orbit into deep space using a low-thrust propulsion system. In doing so, DESTINY+ will demonstrate a number of technologies that include a highly efficient ion engine system, lightweight solar array panels, and advanced asteroid flyby observation instruments. These demonstrations will pave the way for JAXA's envisioned low-cost, high-frequency space exploration plans. Following the Phaethon flyby observation, DESTINY+ will visit additional asteroids as its extended mission. The mission design is divided into three phases: a spiral-shaped apogee-raising phase, a multi-lunar-flyby phase to escape Earth, and an interplanetary and asteroids flyby phase. The main challenges include the optimization of the many-revolution low-thrust spiral phase under operational constraints; the design of a multi-lunar-flyby sequence in a multi-body environment; and the design of multiple asteroid flybys connected via Earth gravity assists. This paper shows a novel, practical approach to tackle these complex problems, and presents feasible solutions found within the mass budget and mission constraints. Among them, the baseline solution is shown and discussed in depth; DESTINY+ will spend two years raising its apogee with ion engines, followed by four lunar gravity assists, and a flyby of asteroids (3200) Phaethon and (155140) 2005 UD. Finally, the flight operations plan for the spiral phase and the asteroid flyby phase are presented in detail.

A nitrous oxide (N₂O) / ethanol propulsion system has been studying in ISAS/JAXA since 2003. The propellant combination can be characterized as a bi-propellant with extremely low toxicity, room temperature storability, low freezing point, and high energy density, which is applicable to spacecraft propulsion systems. So far, seven series of captive firing tests including high altitude tests were performed with a breadboard model (BBM) of 2 kN thrust class propulsion system which was built for evaluating its propulsive performance and system operability. In these tests, the capabilities of prototype of a like-doublet impingement injector and the durability of a combustion chamber made of a heat resistant fiber-reinforced ceramic composite (SiC/SiC) were evaluated. From the viewpoint of the engine system design, a relationship between the wall heat flux determined with the water cooling combustion chamber and the propellant mixture ratio was examined from the test results. Findings and issues to be associated with the injector design and the engine operation were also obtained in the present study. This paper presents an overview of the achievements of the technology demonstrations with the BBM.

<p>本稿では，観測ロケットを機体のベースとする超小型衛星打上げ機（SS-520 5号機）で実施した飛行安全について概説する．この機体は超小型であるため，搭載や重量における制約条件を受けたり通常の観測ロケットで用いている既存の地上設備を利用する上での制約条件を受けたりする中での飛行安全運用となった．そのため，本打上げ機は我が国の基幹ロケットに適用されている飛行安全基準を遵守しつつ，長年観測ロケットで培った飛行安全手法を最大限活用し，本打上げ機特有の制約条件を満足しつつ独自の飛行安全運用方法を適用し確実な飛行安全を行った．また，内之浦での軌道投入型ロケットの飛行安全運用はM-Vロケット以来となったため，新たな飛行安全管制システムが必要となった．今回新たに導入した飛行安全管制システムやシステム検証方法および実際のフライトにおいて新システムを適用した結果についても紹介する．</p>

<p>本稿では，観測ロケットベースの超小型衛星打上げ機による地球周回楕円軌道への軌道投入について，その飛行計画について概説する．本打上げ機による目標軌道は，遠地点高度約1,800 km，近地点高度約180 kmであり，近地点高度が低いために期待される軌道寿命は短い．飛行計画に対するミッション要求の一つとして，軌道寿命30日以上の軌道に衛星を投入することが挙げられる．機体誤差源や飛行環境の誤差が達成される軌道に対して大きく影響するため，これらの誤差が十分に小さくなるように管理しなければならない．ここでは観測ロケットをベースにして，どのように超小型衛星打上げ機としての要求を満足する軌道計画を立案したか，およびノミナル軌道に対する飛行分散や飛行安全に対する解析結果を示す．また飛行結果およびポストフライト解析を示し，将来的な能力向上の一案を紹介する．</p>

<p>本解説では，超小型衛星打上げ機（SS-520 4，5号機）の機体システム開発の概要を示す．本ロケットの開発意義は，搭載した宇宙用機器に品質の高い民生部品を活用して超小型衛星打上げシステムを作り上げたことと，従来の開発手法に加え新たに取り組んだ民生品の品質保証の考え方を構築してフライト実証したことである．また，既存の観測ロケットに衛星打上げ能力を持たせるためには，いくつかの課題を克服する必要があった．抜本的な構造軽量化，搭載機器の小型軽量化，衛星とロケット一体となった機能の最適配分，誘導制御系の工夫，飛行安全，Test as Flyをベースとした検証試験等々，限られたリソースと開発期間の厳しい制約条件のなかで随所に創意工夫を施した．本解説では，その開発におけるポイントを総括した．</p>

<p>In this paper, anomaly detection that is configured as a combination of state observer and Mahalanobis-Taguchi (MT) method is proposed for real time fault detection of rapid and dynamic phenomena such as rocket engine operation. Real time anomaly detecting is recognized as one of the most important elements to realize advanced reusable space transportation system. Conventionally, bottom-up type anomaly detecting logic based on failure mode and effect analysis (FMEA) is usually used for this purpose, however, it requires large amount of time and labor. The proposed method can improve this process. In the present method, error values between calculated ones through rocket engine simulator constructed on autoregressive moving average model and extended Kalman filter (EKF) and measured ones are standardized with existing normal operation data of the rocket engine so as to compute Mahalanobis' distance, which expresses degree of anomaly. We performed engine hot firing tests in simulated anomaly conditions. The obtained data was processed with the present method, and the simulated anomaly in the tests was detected as expected.</p>