JP3982595B2 - 宇宙漂流物体の衝突情報検知方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスペースデブリ、コスミックダストの如き宇宙漂流物体が捕獲器に衝突して捕獲されたときの宇宙漂流物体の衝突情報を検知するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙空間には数多くの物体（ゴミ）が漂い続けており、その中には、役目を終えた人工衛星やロケットの残がい、これらが爆発したときの破片や塗料片等の人工的な飛行物体であるスペースデブリ、あるいは、星間や惑星間を飛び交っている直径１〜数百μｍ前後の微粒子であるコスミックダスト（宇宙塵）がある。
【０００３】
これらの宇宙漂流物体のうち、スペースデブリは、宇宙開発が進むにつれて増加するものであり、これらが現在宇宙で稼動中の人工衛星や宇宙ステーション等の宇宙飛翔体に衝突するおそれがある。
【０００４】
そのため、上記宇宙空間を漂い続けている物体が宇宙飛翔体に衝突する状況を観測したり、宇宙漂流物体を捕獲することが必要であり、従来より宇宙漂流物体の衝突状況の観測と捕獲が行われている。
【０００５】
上記宇宙漂流物体の衝突状況の観測は、宇宙漂流物体が或る物体に衝突するときに発せられるプラズマ化された光を利用して宇宙漂流物体の衝突個数等を計測するようにしたダストカウンターなる計測装置が用いられている。又、宇宙漂流物体の捕獲は、エアロジェル（ＡＥＲＯＧＥＬ）の如き低密度物質をブロック状にしてボックス状のケース内に収納保持させて１つの面（前面）を露出させ、前面より衝突して来る宇宙漂流物体を低密度物質に突入させることにより宇宙漂流物体の衝突エネルギーを緩和させて、該宇宙漂流物体を捕獲するようにしてある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の衝突状況を観測する場合は、ダストカウンターなる計測装置の如き電力を消費する機器が必要であり、又、従来の捕獲器は、宇宙漂流物体を捕獲するのみで、宇宙漂流物体の衝突情報（物体の大きさ、衝突速度、衝突エネルギー、物体の質量等）を得ることはできなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、捕獲器に衝突して捕獲されたときの宇宙漂流物体の衝突情報を、電力を消費する機器を用いることなく検知する方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、ホルダーの内部に捕獲材としての低密度物質が収納してあり、更に、該低密度物質の表面に低密度物質の劣化防止と宇宙漂流物体の衝突位置の確認の容易化のために金蒸着部が施してある捕獲器に宇宙漂流物体が衝突して表面の金蒸着部を破って通過し低密度物質の途中位置まで突入して捕獲されると、上記捕獲器に生じた上記宇宙漂流物体の突入により形成された衝突孔の入口径又は衝突孔の最大径部の径を測定し、その測定値から捕獲前の宇宙漂流物体の粒径を衝突情報として得るようにする。
【０００９】
又、捕獲器に生じた宇宙漂流物体の突入により形成された衝突孔の入口から捕獲物体が位置するまでの形状から、あるいは得られた捕獲前の宇宙漂流物体の粒径と衝突孔の深さの測定値又は捕獲された宇宙漂流物体の粒径の測定値との比較値から、又は、衝突孔の入口径と該衝突孔の深さとの各測定値の比較値から宇宙漂流物体の衝突速度を衝突情報として得るようにする。
【００１０】
更に、衝突孔の径、最大径部の径、深さの各測定値から求められる衝突孔の体積から宇宙漂流物体の衝突エネルギーを衝突情報として得るようにし、該衝突エネルギーと得られた宇宙漂流物体の衝突速度とから、宇宙漂流物体の質量を衝突情報として得るようにし、更に又、該宇宙漂流物体の質量と捕獲した宇宙漂流物体及び周辺成分分析情報とから宇宙漂流物体の材質を情報として得るようにする。
【００１１】
捕獲器に宇宙漂流物体が捕獲されると、捕獲器に形成される衝突孔の入口径、深さ等を測定することにより、捕獲前の宇宙漂流物体の粒径を検知することができ、又、衝突エネルギー、衝突速度等の情報も得られ、更には、これらから宇宙漂流物体の質量（密度）、材質をも知ることができ、これまで得られなかった情報を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１（イ）（ロ）は宇宙漂流物体１が捕獲器２に捕獲されるときの状態の一例を示すもので、ボックス状とした透明のホルダー３の内側に、捕獲材としてエアロジェルの如き透明な低密度物質４を所要厚さのブロック状にして複数層に積層して収納し、更に、前面側となる開放部の低密度物質４の表面に、低密度物質４の劣化防止と、宇宙漂流物体１の衝突位置の確認の容易化のために、表面に金蒸着部５を施した構成の捕獲器２を用いるようにする。
【００１４】
本発明の宇宙漂流物体の衝突情報検知方法は、基本的には、金属板等をターゲットとした衝突実験から究明されているところの、衝突孔の径が衝突した物体の粒径と相関があり、衝突孔の体積は運動エネルギーと相関する場合があると云われていることに基づき地上実験をしてその結果と照合させることにより衝突情報を検知して行くようにする。
【００１５】
具体的には、上記捕獲器２に宇宙漂流物体１が衝突して表面の金蒸着部５を破って通過し更に低密度物質４の途中位置まで突入して捕獲されたものを対象とし、宇宙漂流物体１が捕獲された捕獲器２を地上に持ち帰り、捕獲器２に宇宙漂流物体１が捕獲されているところに表われる宇宙漂流物体１の突入により形成された衝突孔６の入口径Ｄimp と、衝突孔６の最大径部６ａの径Ｄmax と、衝突孔６の深さＴと、衝突孔６の角度θimp ，方向と、捕獲された物体１ａの粒径Ｄcaptを、捕獲器２の表面や側面から目視検知で測定したり、あるいは顕微鏡、ＣＣＤマイクロスコープ、電子顕微鏡、表面拡大写真等を用いて測定し、これらの測定値から宇宙漂流物体１の衝突情報、すなわち、衝突する前の実際の宇宙漂流物体１の粒径Ｄp 、同物体１の入射角度θ，方向、同物体１の衝突速度Ｖimp 、同物体１の衝突エネルギーＥ、同物体１の質量（密度）、同物体１の材質等の情報を逐次得るようにする。
【００１６】
なお、捕獲器２に宇宙漂流物体１が捕獲されるときに形成される衝突孔６の形状、すなわち、入口から捕獲物体が位置するまでの形状は、宇宙漂流物体１の衝突速度により変化があることが本発明者により確認されているので、衝突孔６の形状によっても宇宙漂流物体１の衝突速度を衝突情報として得るようにする。
【００１７】
すなわち、この衝突孔６の変化の状態は、速度５km／sec 以下の速度領域では、速度が増すにつれて衝突孔６の深さが深くなる傾向があって、「人参状」になっており、又、速度５km／sec を超える領域では、衝突孔６の深さが短かくなる傾向が見られて、孔の形状は紡錘形あるいはクレータ状となる場合が多い。
【００１８】
この衝突速度に対する衝突孔６の形状は、図２（イ）（ロ）（ハ）（ニ）に示すとおりであり、衝突速度が５km／sec 以下の領域のうち、特に、３〜４km／sec 以下で、衝突孔６の扁平度合い（深さ／孔径）が１０以上（Ｔ／Ｄimp >>１０）では、図２（イ）に示すような人参形状をし、又、３〜４km／sec 以上で５km／sec 以下で衝突孔の扁平度合いが１０以上では、図２（ロ）に示すような人参形状をし、図３に衝突速度に対する衝突孔の扁平度合いと衝突物体の捕獲の成否を示すように、上記図２（イ）（ロ）の場合は、●印のように衝突した宇宙漂流物体１がほぼすべて捕獲され、又、衝突速度６〜８km／sec 程度で衝突孔の扁平度合いが約１０（Ｔ／Ｄimp ＝約１０）の場合は、図２（ハ）に示すような紡錘形をしており、図３に示す如く衝突した宇宙漂流物体１を捕獲できている場合（●印）と、捕獲できていない場合（○印）が混在している。更に、衝突速度１０km／sec 以上で、衝突孔６の扁平度合いが１０以下（Ｔ／Ｄimp <<１０）では、衝突孔６は図２（ニ）に示すようなクレータ状の形状となり、図３に示す○印のように衝突した物体を捕獲できない場合が増加していることがわかる。
【００１９】
このように、低速領域（５km／sec 以下）では、衝突する物体の強度が衝撃圧力よりも大きくて低密度物質４に突入し、主として低密度物質４の塑性変形により衝突の衝撃を緩和しており、したがって、衝突孔６の深さは深くなると考えられ、又、高速領域（５km／sec 以上）では、衝撃圧力による物体の破壊、摩耗が大きくなり、特に、速度１０km／sec 以上ではクレータ状（半球状）の孔もみられ、そのため、この速度域での物体の捕獲が困難と考えられる。
【００２０】
今、図１（イ）（ロ）に示すように宇宙漂流物体１が捕獲器２に衝突して低密度物質４内に突入して長い（深い）衝突孔６を残して捕獲されたものについて本発明の検知方法を説明する。なお、図４は衝突孔６の入口径Ｄimp 、最大径部の径Ｄmax 、深さＴ、捕獲された宇宙漂流物体１ａの径Ｄcapt等を測定した値から衝突情報を得る場合について示す本発明による衝突情報検知方法を示すブロック図であり、破線の右側Ａが得られる情報である。
【００２１】
先ず、捕獲器２に宇宙漂流物体１が衝突して低密度物質４に突入して捕獲されるときに、該低密度物質４に形成される衝突孔６の全体形状から宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp を衝突情報として得るようにする。
【００２２】
この場合、衝突孔６の形状と宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp との関係は、上述したように、衝突孔６の全体形状が宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp により変化することが本発明者によって確認されていることから、衝突孔６の形状を見ることにより宇宙漂流物体１の衝突速度を推定して検知することができる。すなわち、衝突孔６の形状が図２（イ）や（ロ）に示す如き人参形状になっているときは、宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp が５km／sec 以下であることを推定することができ、又、衝突孔６の形状が図２（ハ）のように紡錘形状をしているときは、宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp が６〜８km／sec 程度であることを推定することができ、更に、衝突孔６の形状が図２（ニ）のようにクレータ形状であるときは、宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp が１０km／sec 以上であることを推定することができる。このように、衝突孔６の形状を見ることによって宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp を衝突情報として知るようにする。
【００２３】
次に、捕獲器２の表面に表われている衝突孔の入口径Ｄimp を測定し、この測定値から衝突前の宇宙漂流物体１の粒径Ｄp を衝突情報として得るようにし、又、衝突孔６の角度θimp 、方向から宇宙漂流物体１の入射角度θ、方向を得るようにする。
【００２４】
この場合、微小デブリの主要構成物である固体ロケットモータの排出物を模擬したアルミナと、石質メテオロイドを模擬するオリビンと、多くの実験と比較可能なためのガラス、を用いて行った地上実験の結果と照合することにより実際の衝突情報を検知するようにする。なお、地上実験では、速度についてはデブリの平均衝突速度（約１０km／sec ）をカバーできるよう設定し、中〜高速域（３〜１４km／sec ）の実験にはプラズマガン、低〜中速域（１〜５km／sec ）には２段式軽ガス銃を用いて行った。
【００２５】
図５は上記アルミナについて衝突孔の入口径Ｄimp と、衝突して来た物体の径Ｄp との関係について地上実験した結果を示すもので、図中、菱形黒塗印、四角黒塗印、三角黒塗印はアルミナについてのものであり、菱形黒塗印は衝突孔角度が９０度、四角黒塗印は衝突角度が４５度、三角黒塗印は衝突角度が２０度の場合である。
【００２６】
図５から明らかなように、衝突孔の入口径Ｄimp と衝突した物体の粒径Ｄp との関係は、ほぼ実線のようになっており、衝突孔の入口径Ｄimp が１００μｍであれば、物体の粒径Ｄp は１０μｍということがわかり、この地上実験の結果から実際の捕獲器に捕獲された衝突孔の入口径Ｄimp をもとに、捕獲前の物体１の粒径Ｄp を推定するようにする。
【００２７】
又、衝突孔６の最大径部６ａの径Ｄmax からも捕獲前の宇宙漂流物体１の粒径Ｄp を知ることができる。この場合は、図５と同様に地上実験の結果を示す図６に照らして推定するようにする。なお、図６中、丸黒塗印、四角黒塗印、三角黒塗印、○印及び△印はいずれも図５に示したものに対応している。
【００２８】
このようにして衝突情報の１つとして宇宙漂流物体１の粒径Ｄp を知ることにより、どの位の粒径のものが漂流しているかの分布を知ることができて、宇宙開発のための情報として利用することが可能となる。
【００２９】
更に、上記のようにして捕獲前の物体１の粒径Ｄp が検知されると、この情報と衝突孔６の深さＴとの比較値Ｔ／Ｄp から物体１の衝突速度Ｖimp を求めるようにするか、又は、捕獲前の物体１の粒径Ｄp と捕獲後の物体の粒径Ｄcaptとの比較値Ｄcapt／Ｄp から求めるようにし、更には、衝突孔６の形態特徴Ｔ／Ｄimp から物体の衝突速度Ｖimp を求めるようにする。
【００３０】
捕獲前の物体１の粒径Ｄp と衝突孔６の深さＴの比較値から物体１の衝突速度Ｖimp を求める場合は、模擬ダストとしてアルミナ、オリビン、ガラスを用いて行った地上実験のうち、アルミナについての地上実験結果について示している図７に照らして衝突速度Ｖimp を推定するようにする。図７中、●印は前記した場合と同様に衝突孔の角度θimp が９０度、四角黒塗印は衝突孔の角度θimp が４５度、三角黒塗印は衝突孔の角度θimp が２０度の場合である。
【００３１】
又、捕獲前の物体１の粒径Ｄp と捕獲後の物体１ａの粒径Ｄcaptの比較値Ｄcapt／Ｄp から物体１の衝突速度Ｖimp を求める場合は、図８に示される地上実験の結果に照らして比較値Ｄcapt／Ｄp から物体の衝突速度Ｖimp を推定するようにする。
【００３２】
一方、衝突孔６の形態特徴Ｔ／Ｄimp から物体の衝突速度Ｖimp を検知することもできるが、この場合は、図３に示す地上実験の結果から推定するようにする。
【００３３】
上記のようにして宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp が、衝突情報の１つとして検知されると、この衝突速度Ｖimp と物体１の粒径Ｄp とから捕獲物体の粒径Ｄcaptを図８から求めることもでき、又、図８から明らかなように、衝突速度Ｖimp が速くなるに従い捕獲された物体１の粒径は小さくなり、物体捕獲時に摩耗していることを知ることができる。なお、図中Λは熱伝達係数を示す。
【００３４】
更に、上記衝突孔６の深さＴ、最大径部６ａの径Ｄmax の各測定値、更には、衝突孔６の入口径Ｄimp の測定値等の衝突孔の特徴から孔の体積Ｖを求め、この孔６の体積Ｖから物体１の衝突エネルギーＥを、衝突情報の１つとして検知するようにする。
【００３５】
この場合は、衝突孔の体積Ｖと運動エネルギーＥについての地上実験の結果を示す図９に照らして物体の衝突エネルギーＥを推定するようにする。
【００３６】
上記のようにして宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp と衝突エネルギーＥがわかると、既に得られている捕獲前の物体の粒径Ｄp に基づき物体１の質量（密度）を知ることができ、この物体１の質量（密度）から物体１の材質を知るようにするが、この物体１の材質は、上記物体１の質量と、捕獲した物体１ａ及び周辺の成分を分析した情報とから知ることができる。
【００３７】
捕獲された物体１ａの材質が検知されて判明することにより、たとえば、物体が塗料である場合には、どの塗料が宇宙で剥れ易いか等を知ることができる等、捕獲物体の材質を知ることにより該捕獲物体の材質とは異なる材質のものを宇宙機器に用いるようにするための選定基準を作ることが可能となる。
【００３８】
なお、衝突孔６の角度θimp 、向きを測定することにより物体の入射角度θ、方向を知ることができ、宇宙漂流物体１がどの方向から飛来して来たものであるかを知ることができることになる。
【００３９】
なお、本発明で用いる捕獲器は図１のものに限られるものではなく、他の形状、構造のものでも同様に用いられることは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の宇宙漂流物体の衝突情報検知方法によれば、捕獲器に宇宙漂流物体が衝突して捕獲されると、捕獲器を地上に持ち帰って衝突孔の入口から捕獲物体が位置するまでの形状を見ることによって、あるいは衝突孔の入口径、衝突孔の最大径部の径、宇宙漂流物体が突入して捕獲された位置まで形成された衝突孔の深さ等の測定を行って、これらの測定値と互に相関がある捕獲前の宇宙漂流物体の粒径、宇宙漂流物体の衝突速度等の情報を求めるようにしているので、特に、衝突孔の入口径から衝突した物体の粒径を検知でき、又、衝突孔の形状から物体の衝突速度を検知したり、上記衝突孔の深さ又は捕獲された物体の粒径と上記衝突した物体の粒径との関係あるいは衝突孔の入口径と衝突孔の深さの関係から物体の衝突速度を検知することができ、衝突孔の深さ、衝突孔の入口径、衝突孔の最大径部の径の各測定値から求められる孔の体積から物体の衝突エネルギーを検知でき、この衝突エネルギーと衝突速度と捕獲前の物体の粒径から物体の質量を知ることができ、これから更に物体の材質を検知できる、等これまで得られなかった種々の情報を電力を消費する機器を用いることなく容易に得ることができ、知り得た情報に基づき宇宙機器の開発に役立てることができる、という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】宇宙漂流物体が衝突して捕獲された状態を示すもので、（イ）は捕獲器の概略断面図、（ロ）は衝突孔の一例を示す概略断面図である。
【図２】衝突孔の形状例を示すもので、（イ）は衝突孔の扁平度合い（深さ／径）が１０以上のときで衝突速度がより低速のときの形状を示す断面図、（ロ）は（イ）と同じ扁平度合いで（イ）よりも衝突速度がやや高速の場合の形状を示す断面図、（ハ）は衝突孔の扁平度合いが１０で衝突速度が高速域の場合の形状を示す断面図、（ニ）は衝突孔の扁平度合いが１０以下で（ハ）よりも衝突速度が高速の場合の形状を示す断面図である。
【図３】衝突孔の扁平度合いと衝突速度域による物体の捕獲、未捕獲を示す図である。
【図４】本発明の方法のブロック図である。
【図５】衝突孔の入口径と衝突物体の径との関係を示す地上実験結果の図である。
【図６】衝突孔の最大径部の径と衝突物体の径との関係を示す地上実験結果の図である。
【図７】衝突孔の深さと衝突物体の径との比較値と衝突速度の関係を示す地上実験結果の図である。
【図８】捕獲前の物体の径と捕獲後の物体の径との比較値と衝突速度との関係を示す地上実験結果を示す図である。
【図９】衝突孔の体積と衝突エネルギーの関係を示す地上実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 宇宙漂流物体
１ａ 捕獲された物体
２ 捕獲器
３ ホルダー
４ 低密度物質
６ 衝突孔
６ａ 最大径部
Ｄimp 衝突孔の入口径
Ｄmax 衝突孔の最大径部
Ｔ 衝突孔の深さ
Ｖ 衝突孔の体積
Ｄp 宇宙漂流物体の粒径
Ｄcapt 捕獲された物体の粒径
Ｖimp 衝突速度
Ｅ 衝突エネルギー
【発明の属する技術分野】
本発明はスペースデブリ、コスミックダストの如き宇宙漂流物体が捕獲器に衝突して捕獲されたときの宇宙漂流物体の衝突情報を検知するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙空間には数多くの物体（ゴミ）が漂い続けており、その中には、役目を終えた人工衛星やロケットの残がい、これらが爆発したときの破片や塗料片等の人工的な飛行物体であるスペースデブリ、あるいは、星間や惑星間を飛び交っている直径１〜数百μｍ前後の微粒子であるコスミックダスト（宇宙塵）がある。
【０００３】
これらの宇宙漂流物体のうち、スペースデブリは、宇宙開発が進むにつれて増加するものであり、これらが現在宇宙で稼動中の人工衛星や宇宙ステーション等の宇宙飛翔体に衝突するおそれがある。
【０００４】
そのため、上記宇宙空間を漂い続けている物体が宇宙飛翔体に衝突する状況を観測したり、宇宙漂流物体を捕獲することが必要であり、従来より宇宙漂流物体の衝突状況の観測と捕獲が行われている。
【０００５】
上記宇宙漂流物体の衝突状況の観測は、宇宙漂流物体が或る物体に衝突するときに発せられるプラズマ化された光を利用して宇宙漂流物体の衝突個数等を計測するようにしたダストカウンターなる計測装置が用いられている。又、宇宙漂流物体の捕獲は、エアロジェル（ＡＥＲＯＧＥＬ）の如き低密度物質をブロック状にしてボックス状のケース内に収納保持させて１つの面（前面）を露出させ、前面より衝突して来る宇宙漂流物体を低密度物質に突入させることにより宇宙漂流物体の衝突エネルギーを緩和させて、該宇宙漂流物体を捕獲するようにしてある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の衝突状況を観測する場合は、ダストカウンターなる計測装置の如き電力を消費する機器が必要であり、又、従来の捕獲器は、宇宙漂流物体を捕獲するのみで、宇宙漂流物体の衝突情報（物体の大きさ、衝突速度、衝突エネルギー、物体の質量等）を得ることはできなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、捕獲器に衝突して捕獲されたときの宇宙漂流物体の衝突情報を、電力を消費する機器を用いることなく検知する方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、ホルダーの内部に捕獲材としての低密度物質が収納してあり、更に、該低密度物質の表面に低密度物質の劣化防止と宇宙漂流物体の衝突位置の確認の容易化のために金蒸着部が施してある捕獲器に宇宙漂流物体が衝突して表面の金蒸着部を破って通過し低密度物質の途中位置まで突入して捕獲されると、上記捕獲器に生じた上記宇宙漂流物体の突入により形成された衝突孔の入口径又は衝突孔の最大径部の径を測定し、その測定値から捕獲前の宇宙漂流物体の粒径を衝突情報として得るようにする。
【０００９】
又、捕獲器に生じた宇宙漂流物体の突入により形成された衝突孔の入口から捕獲物体が位置するまでの形状から、あるいは得られた捕獲前の宇宙漂流物体の粒径と衝突孔の深さの測定値又は捕獲された宇宙漂流物体の粒径の測定値との比較値から、又は、衝突孔の入口径と該衝突孔の深さとの各測定値の比較値から宇宙漂流物体の衝突速度を衝突情報として得るようにする。
【００１０】
更に、衝突孔の径、最大径部の径、深さの各測定値から求められる衝突孔の体積から宇宙漂流物体の衝突エネルギーを衝突情報として得るようにし、該衝突エネルギーと得られた宇宙漂流物体の衝突速度とから、宇宙漂流物体の質量を衝突情報として得るようにし、更に又、該宇宙漂流物体の質量と捕獲した宇宙漂流物体及び周辺成分分析情報とから宇宙漂流物体の材質を情報として得るようにする。
【００１１】
捕獲器に宇宙漂流物体が捕獲されると、捕獲器に形成される衝突孔の入口径、深さ等を測定することにより、捕獲前の宇宙漂流物体の粒径を検知することができ、又、衝突エネルギー、衝突速度等の情報も得られ、更には、これらから宇宙漂流物体の質量（密度）、材質をも知ることができ、これまで得られなかった情報を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１（イ）（ロ）は宇宙漂流物体１が捕獲器２に捕獲されるときの状態の一例を示すもので、ボックス状とした透明のホルダー３の内側に、捕獲材としてエアロジェルの如き透明な低密度物質４を所要厚さのブロック状にして複数層に積層して収納し、更に、前面側となる開放部の低密度物質４の表面に、低密度物質４の劣化防止と、宇宙漂流物体１の衝突位置の確認の容易化のために、表面に金蒸着部５を施した構成の捕獲器２を用いるようにする。
【００１４】
本発明の宇宙漂流物体の衝突情報検知方法は、基本的には、金属板等をターゲットとした衝突実験から究明されているところの、衝突孔の径が衝突した物体の粒径と相関があり、衝突孔の体積は運動エネルギーと相関する場合があると云われていることに基づき地上実験をしてその結果と照合させることにより衝突情報を検知して行くようにする。
【００１５】
具体的には、上記捕獲器２に宇宙漂流物体１が衝突して表面の金蒸着部５を破って通過し更に低密度物質４の途中位置まで突入して捕獲されたものを対象とし、宇宙漂流物体１が捕獲された捕獲器２を地上に持ち帰り、捕獲器２に宇宙漂流物体１が捕獲されているところに表われる宇宙漂流物体１の突入により形成された衝突孔６の入口径Ｄimp と、衝突孔６の最大径部６ａの径Ｄmax と、衝突孔６の深さＴと、衝突孔６の角度θimp ，方向と、捕獲された物体１ａの粒径Ｄcaptを、捕獲器２の表面や側面から目視検知で測定したり、あるいは顕微鏡、ＣＣＤマイクロスコープ、電子顕微鏡、表面拡大写真等を用いて測定し、これらの測定値から宇宙漂流物体１の衝突情報、すなわち、衝突する前の実際の宇宙漂流物体１の粒径Ｄp 、同物体１の入射角度θ，方向、同物体１の衝突速度Ｖimp 、同物体１の衝突エネルギーＥ、同物体１の質量（密度）、同物体１の材質等の情報を逐次得るようにする。
【００１６】
なお、捕獲器２に宇宙漂流物体１が捕獲されるときに形成される衝突孔６の形状、すなわち、入口から捕獲物体が位置するまでの形状は、宇宙漂流物体１の衝突速度により変化があることが本発明者により確認されているので、衝突孔６の形状によっても宇宙漂流物体１の衝突速度を衝突情報として得るようにする。
【００１７】
すなわち、この衝突孔６の変化の状態は、速度５km／sec 以下の速度領域では、速度が増すにつれて衝突孔６の深さが深くなる傾向があって、「人参状」になっており、又、速度５km／sec を超える領域では、衝突孔６の深さが短かくなる傾向が見られて、孔の形状は紡錘形あるいはクレータ状となる場合が多い。
【００１８】
この衝突速度に対する衝突孔６の形状は、図２（イ）（ロ）（ハ）（ニ）に示すとおりであり、衝突速度が５km／sec 以下の領域のうち、特に、３〜４km／sec 以下で、衝突孔６の扁平度合い（深さ／孔径）が１０以上（Ｔ／Ｄimp >>１０）では、図２（イ）に示すような人参形状をし、又、３〜４km／sec 以上で５km／sec 以下で衝突孔の扁平度合いが１０以上では、図２（ロ）に示すような人参形状をし、図３に衝突速度に対する衝突孔の扁平度合いと衝突物体の捕獲の成否を示すように、上記図２（イ）（ロ）の場合は、●印のように衝突した宇宙漂流物体１がほぼすべて捕獲され、又、衝突速度６〜８km／sec 程度で衝突孔の扁平度合いが約１０（Ｔ／Ｄimp ＝約１０）の場合は、図２（ハ）に示すような紡錘形をしており、図３に示す如く衝突した宇宙漂流物体１を捕獲できている場合（●印）と、捕獲できていない場合（○印）が混在している。更に、衝突速度１０km／sec 以上で、衝突孔６の扁平度合いが１０以下（Ｔ／Ｄimp <<１０）では、衝突孔６は図２（ニ）に示すようなクレータ状の形状となり、図３に示す○印のように衝突した物体を捕獲できない場合が増加していることがわかる。
【００１９】
このように、低速領域（５km／sec 以下）では、衝突する物体の強度が衝撃圧力よりも大きくて低密度物質４に突入し、主として低密度物質４の塑性変形により衝突の衝撃を緩和しており、したがって、衝突孔６の深さは深くなると考えられ、又、高速領域（５km／sec 以上）では、衝撃圧力による物体の破壊、摩耗が大きくなり、特に、速度１０km／sec 以上ではクレータ状（半球状）の孔もみられ、そのため、この速度域での物体の捕獲が困難と考えられる。
【００２０】
今、図１（イ）（ロ）に示すように宇宙漂流物体１が捕獲器２に衝突して低密度物質４内に突入して長い（深い）衝突孔６を残して捕獲されたものについて本発明の検知方法を説明する。なお、図４は衝突孔６の入口径Ｄimp 、最大径部の径Ｄmax 、深さＴ、捕獲された宇宙漂流物体１ａの径Ｄcapt等を測定した値から衝突情報を得る場合について示す本発明による衝突情報検知方法を示すブロック図であり、破線の右側Ａが得られる情報である。
【００２１】
先ず、捕獲器２に宇宙漂流物体１が衝突して低密度物質４に突入して捕獲されるときに、該低密度物質４に形成される衝突孔６の全体形状から宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp を衝突情報として得るようにする。
【００２２】
この場合、衝突孔６の形状と宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp との関係は、上述したように、衝突孔６の全体形状が宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp により変化することが本発明者によって確認されていることから、衝突孔６の形状を見ることにより宇宙漂流物体１の衝突速度を推定して検知することができる。すなわち、衝突孔６の形状が図２（イ）や（ロ）に示す如き人参形状になっているときは、宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp が５km／sec 以下であることを推定することができ、又、衝突孔６の形状が図２（ハ）のように紡錘形状をしているときは、宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp が６〜８km／sec 程度であることを推定することができ、更に、衝突孔６の形状が図２（ニ）のようにクレータ形状であるときは、宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp が１０km／sec 以上であることを推定することができる。このように、衝突孔６の形状を見ることによって宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp を衝突情報として知るようにする。
【００２３】
次に、捕獲器２の表面に表われている衝突孔の入口径Ｄimp を測定し、この測定値から衝突前の宇宙漂流物体１の粒径Ｄp を衝突情報として得るようにし、又、衝突孔６の角度θimp 、方向から宇宙漂流物体１の入射角度θ、方向を得るようにする。
【００２４】
この場合、微小デブリの主要構成物である固体ロケットモータの排出物を模擬したアルミナと、石質メテオロイドを模擬するオリビンと、多くの実験と比較可能なためのガラス、を用いて行った地上実験の結果と照合することにより実際の衝突情報を検知するようにする。なお、地上実験では、速度についてはデブリの平均衝突速度（約１０km／sec ）をカバーできるよう設定し、中〜高速域（３〜１４km／sec ）の実験にはプラズマガン、低〜中速域（１〜５km／sec ）には２段式軽ガス銃を用いて行った。
【００２５】
図５は上記アルミナについて衝突孔の入口径Ｄimp と、衝突して来た物体の径Ｄp との関係について地上実験した結果を示すもので、図中、菱形黒塗印、四角黒塗印、三角黒塗印はアルミナについてのものであり、菱形黒塗印は衝突孔角度が９０度、四角黒塗印は衝突角度が４５度、三角黒塗印は衝突角度が２０度の場合である。
【００２６】
図５から明らかなように、衝突孔の入口径Ｄimp と衝突した物体の粒径Ｄp との関係は、ほぼ実線のようになっており、衝突孔の入口径Ｄimp が１００μｍであれば、物体の粒径Ｄp は１０μｍということがわかり、この地上実験の結果から実際の捕獲器に捕獲された衝突孔の入口径Ｄimp をもとに、捕獲前の物体１の粒径Ｄp を推定するようにする。
【００２７】
又、衝突孔６の最大径部６ａの径Ｄmax からも捕獲前の宇宙漂流物体１の粒径Ｄp を知ることができる。この場合は、図５と同様に地上実験の結果を示す図６に照らして推定するようにする。なお、図６中、丸黒塗印、四角黒塗印、三角黒塗印、○印及び△印はいずれも図５に示したものに対応している。
【００２８】
このようにして衝突情報の１つとして宇宙漂流物体１の粒径Ｄp を知ることにより、どの位の粒径のものが漂流しているかの分布を知ることができて、宇宙開発のための情報として利用することが可能となる。
【００２９】
更に、上記のようにして捕獲前の物体１の粒径Ｄp が検知されると、この情報と衝突孔６の深さＴとの比較値Ｔ／Ｄp から物体１の衝突速度Ｖimp を求めるようにするか、又は、捕獲前の物体１の粒径Ｄp と捕獲後の物体の粒径Ｄcaptとの比較値Ｄcapt／Ｄp から求めるようにし、更には、衝突孔６の形態特徴Ｔ／Ｄimp から物体の衝突速度Ｖimp を求めるようにする。
【００３０】
捕獲前の物体１の粒径Ｄp と衝突孔６の深さＴの比較値から物体１の衝突速度Ｖimp を求める場合は、模擬ダストとしてアルミナ、オリビン、ガラスを用いて行った地上実験のうち、アルミナについての地上実験結果について示している図７に照らして衝突速度Ｖimp を推定するようにする。図７中、●印は前記した場合と同様に衝突孔の角度θimp が９０度、四角黒塗印は衝突孔の角度θimp が４５度、三角黒塗印は衝突孔の角度θimp が２０度の場合である。
【００３１】
又、捕獲前の物体１の粒径Ｄp と捕獲後の物体１ａの粒径Ｄcaptの比較値Ｄcapt／Ｄp から物体１の衝突速度Ｖimp を求める場合は、図８に示される地上実験の結果に照らして比較値Ｄcapt／Ｄp から物体の衝突速度Ｖimp を推定するようにする。
【００３２】
一方、衝突孔６の形態特徴Ｔ／Ｄimp から物体の衝突速度Ｖimp を検知することもできるが、この場合は、図３に示す地上実験の結果から推定するようにする。
【００３３】
上記のようにして宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp が、衝突情報の１つとして検知されると、この衝突速度Ｖimp と物体１の粒径Ｄp とから捕獲物体の粒径Ｄcaptを図８から求めることもでき、又、図８から明らかなように、衝突速度Ｖimp が速くなるに従い捕獲された物体１の粒径は小さくなり、物体捕獲時に摩耗していることを知ることができる。なお、図中Λは熱伝達係数を示す。
【００３４】
更に、上記衝突孔６の深さＴ、最大径部６ａの径Ｄmax の各測定値、更には、衝突孔６の入口径Ｄimp の測定値等の衝突孔の特徴から孔の体積Ｖを求め、この孔６の体積Ｖから物体１の衝突エネルギーＥを、衝突情報の１つとして検知するようにする。
【００３５】
この場合は、衝突孔の体積Ｖと運動エネルギーＥについての地上実験の結果を示す図９に照らして物体の衝突エネルギーＥを推定するようにする。
【００３６】
上記のようにして宇宙漂流物体１の衝突速度Ｖimp と衝突エネルギーＥがわかると、既に得られている捕獲前の物体の粒径Ｄp に基づき物体１の質量（密度）を知ることができ、この物体１の質量（密度）から物体１の材質を知るようにするが、この物体１の材質は、上記物体１の質量と、捕獲した物体１ａ及び周辺の成分を分析した情報とから知ることができる。
【００３７】
捕獲された物体１ａの材質が検知されて判明することにより、たとえば、物体が塗料である場合には、どの塗料が宇宙で剥れ易いか等を知ることができる等、捕獲物体の材質を知ることにより該捕獲物体の材質とは異なる材質のものを宇宙機器に用いるようにするための選定基準を作ることが可能となる。
【００３８】
なお、衝突孔６の角度θimp 、向きを測定することにより物体の入射角度θ、方向を知ることができ、宇宙漂流物体１がどの方向から飛来して来たものであるかを知ることができることになる。
【００３９】
なお、本発明で用いる捕獲器は図１のものに限られるものではなく、他の形状、構造のものでも同様に用いられることは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の宇宙漂流物体の衝突情報検知方法によれば、捕獲器に宇宙漂流物体が衝突して捕獲されると、捕獲器を地上に持ち帰って衝突孔の入口から捕獲物体が位置するまでの形状を見ることによって、あるいは衝突孔の入口径、衝突孔の最大径部の径、宇宙漂流物体が突入して捕獲された位置まで形成された衝突孔の深さ等の測定を行って、これらの測定値と互に相関がある捕獲前の宇宙漂流物体の粒径、宇宙漂流物体の衝突速度等の情報を求めるようにしているので、特に、衝突孔の入口径から衝突した物体の粒径を検知でき、又、衝突孔の形状から物体の衝突速度を検知したり、上記衝突孔の深さ又は捕獲された物体の粒径と上記衝突した物体の粒径との関係あるいは衝突孔の入口径と衝突孔の深さの関係から物体の衝突速度を検知することができ、衝突孔の深さ、衝突孔の入口径、衝突孔の最大径部の径の各測定値から求められる孔の体積から物体の衝突エネルギーを検知でき、この衝突エネルギーと衝突速度と捕獲前の物体の粒径から物体の質量を知ることができ、これから更に物体の材質を検知できる、等これまで得られなかった種々の情報を電力を消費する機器を用いることなく容易に得ることができ、知り得た情報に基づき宇宙機器の開発に役立てることができる、という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】宇宙漂流物体が衝突して捕獲された状態を示すもので、（イ）は捕獲器の概略断面図、（ロ）は衝突孔の一例を示す概略断面図である。
【図２】衝突孔の形状例を示すもので、（イ）は衝突孔の扁平度合い（深さ／径）が１０以上のときで衝突速度がより低速のときの形状を示す断面図、（ロ）は（イ）と同じ扁平度合いで（イ）よりも衝突速度がやや高速の場合の形状を示す断面図、（ハ）は衝突孔の扁平度合いが１０で衝突速度が高速域の場合の形状を示す断面図、（ニ）は衝突孔の扁平度合いが１０以下で（ハ）よりも衝突速度が高速の場合の形状を示す断面図である。
【図３】衝突孔の扁平度合いと衝突速度域による物体の捕獲、未捕獲を示す図である。
【図４】本発明の方法のブロック図である。
【図５】衝突孔の入口径と衝突物体の径との関係を示す地上実験結果の図である。
【図６】衝突孔の最大径部の径と衝突物体の径との関係を示す地上実験結果の図である。
【図７】衝突孔の深さと衝突物体の径との比較値と衝突速度の関係を示す地上実験結果の図である。
【図８】捕獲前の物体の径と捕獲後の物体の径との比較値と衝突速度との関係を示す地上実験結果を示す図である。
【図９】衝突孔の体積と衝突エネルギーの関係を示す地上実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 宇宙漂流物体
１ａ 捕獲された物体
２ 捕獲器
３ ホルダー
４ 低密度物質
６ 衝突孔
６ａ 最大径部
Ｄimp 衝突孔の入口径
Ｄmax 衝突孔の最大径部
Ｔ 衝突孔の深さ
Ｖ 衝突孔の体積
Ｄp 宇宙漂流物体の粒径
Ｄcapt 捕獲された物体の粒径
Ｖimp 衝突速度
Ｅ 衝突エネルギー
Claims (6)
- ホルダーの内部に捕獲材としての低密度物質が収納してあり、更に、該低密度物質の表面に低密度物質の劣化防止と宇宙漂流物体の衝突位置の確認の容易化のために金蒸着部が施してある捕獲器に宇宙漂流物体が衝突して表面の金蒸着部を破って通過し低密度物質の途中位置まで突入して捕獲されると、上記捕獲器に生じた上記宇宙漂流物体の突入により形成された衝突孔の入口径又は衝突孔の最大径部の径を測定し、その測定値から捕獲前の宇宙漂流物体の粒径を衝突情報として得るようにすることを特徴とする宇宙漂流物体の衝突情報検知方法。
- ホルダーの内部に捕獲材としての低密度物質が収納してあり、更に、該低密度物質の表面に低密度物質の劣化防止と宇宙漂流物体の衝突位置の確認の容易化のために金蒸着部が施してある捕獲器に宇宙漂流物体が衝突して表面の金蒸着部を破って通過し低密度物質の途中位置まで突入して捕獲されると、上記捕獲器に生じた上記宇宙漂流物体の突入により形成された衝突孔の入口から捕獲物体が位置するまでの形状から宇宙漂流物体の衝突速度を衝突情報として得ることを特徴とする宇宙漂流物体の衝突情報検知方法。
- 請求項１記載の検知方法により得られた捕獲前の宇宙漂流物体の粒径と、捕獲器に生じた宇宙漂流物体が突入して捕獲された位置まで形成された衝突孔の深さの測定値又は捕獲器に捕獲された宇宙漂流物体の粒径の測定値との比較値から宇宙漂流物体の衝突速度を衝突情報として得るようにすることを特徴とする宇宙漂流物体の衝突情報検知方法。
- ホルダーの内部に捕獲材としての低密度物質が収納してあり、更に、該低密度物質の表面に低密度物質の劣化防止と宇宙漂流物体の衝突位置の確認の容易化のために金蒸着部が施してある捕獲器に宇宙漂流物体が衝突して表面の金蒸着部を破って通過し低密度物質の途中位置まで突入して捕獲されると、上記捕獲器に生じた上記宇宙漂流物体の突入により形成された衝突孔の入口径と該衝突孔の深さとの各測定値の比較値から宇宙漂流物体の衝突速度を衝突情報として得るようにすることを特徴とする宇宙漂流物体の衝突情報検知方法。
- 請求項１記載の検知方法により得られた捕獲前の宇宙漂流物体の粒径と、請求項２、３又は４記載の検知方法により得た宇宙漂流物体の衝突速度と、捕獲器に生じた宇宙漂流物体の突入により形成された衝突孔の入口径、最大径部の径、深さの各測定値から衝突孔の体積を求めて、この衝突孔の体積から得た宇宙漂流物体の衝突エネルギーと、から宇宙漂流物体の質量を衝突情報として得るようにすることを特徴とする宇宙漂流物体の衝突情報検知方法。
- 請求項５記載の検知方法により得られた宇宙漂流物体の質量と、捕獲器に捕獲された宇宙漂流物体及び周辺成分を分析した情報と、から宇宙漂流物体の材質を衝突情報として得るようにすることを特徴とする宇宙漂流物体の衝突情報検知方法。
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