JASMINE Project
2010 2/22-23 [email protected]
はじめに
3つの重要検討課題
I.
望遠鏡の熱構造安定性
望遠鏡、検出器の熱変形による撮像画像の歪み
II.
望遠鏡の指向安定性
星像の撮像中の衛星の指向のずれ
III. 星像中心決定精度
系統誤差による精度の悪化
ミッション提案までに基礎開発・地上実証実験が必要
⇒委託+インハウスで検討中
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望遠鏡の熱構造安定性
要求
望遠鏡・鏡面熱歪み
望遠鏡・支柱熱変形
検出器の熱歪み
撮像画像変形量
<0.1nm
安定度要求
0.1nm (1mK) /15min
ストラテジー
温度安定化
0.1K (10nm) /15min
画像変形
1次(拡大縮小) >0.1nm ⇒×
2次(勾配)
>0.1nm ⇒×
高次の画像変形 <0.1nm ⇒○
基礎開発・地上実証
望遠鏡周辺構造モデルの設計
数値シミュレーションによる画像変形量確認
実測による素材変形量確認
星像の位置情報
から変形量を推定
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望遠鏡の熱構造安定性
望遠鏡周辺構造モデルの設計
光学ベンチ方式
主鏡
第1平面鏡
第2副鏡
第1副鏡
第2平面鏡
検出器
第3平面鏡
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望遠鏡の熱構造安定性
数値シミュレーションによる画像変形量確認
検討ケース
シミュレーション結果
望遠鏡・鏡面熱歪み
特に影響のある第3平面鏡の鏡面形状の
変動による画像歪みの高次モード
<0.1nm
望遠鏡・支柱熱変形
displacement, shift, tiltによる画像歪み量の高次モード
<0.1nm
検出器の熱歪み
熱輻射によって生じる検出器面歪みによる画像歪みの <0.1nm
高次モード
第3平面鏡
検出器
-y
0.8
0.6
0.4
セーフティーゾーン
0.2
主鏡+第1平面鏡
第2平面鏡
+x
0
-x
第2副鏡
-0.2
第1副鏡
+y
各項、各次数における画像変位量[nm]
第3平面鏡(ガラス)の変形
0
10
20
30
40
50
60
70
Zernike
項数
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望遠鏡の熱構造安定性
実測による素材変形量確認
ヘテロダインレーザー干渉計型変位センサー
1時間のRMS値 =20pmの精度で測定可能
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望遠鏡の指向安定性
要求
撮像中、およそ
1ピクセル以上
指向がずれない
衛星内部擾乱
RWの振動
冷凍機の振動
安定度要求
280mas / 3s
ストラテジー
光学系に可動鏡
(Tip-Tilt Mirror)を導入
衛星バスの姿勢制御システムで
対処できない高周波帯域の振動を安定化
基礎開発・地上実証
擾乱伝達特性の把握
TTMサーボシステムの開発
•高速指向誤差検出
•アクチュエータ
•フィードバック制御回路
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望遠鏡の指向安定性
TTMサーボシステムの開発
TTM (Tip-Tilt Mirror) configuration
星像検出器 (1K×1K)
HgCdTe (2K×2K)
星像検出器で指向誤差を検出
⇒PZTアクチュエータにフィードバック
3-軸PZTアクチュエータ
機能
性能要求
制御帯域
500Hz
指向安定化 短期
280mas (3秒間)
指向安定化 長期
3.6as (48秒間)
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望遠鏡の指向安定性
TTMサーボシステム動作テスト
TTM搭載部
レーザー搭載部
TTM搭載部
レーザ光源搭載部
エアサステーブル
加振機
加速度センサー
擬似星像
•指向安定化レベルのチェック
•擾乱伝達特性の測定
星像検出器(4分割PD)
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星像中心決定精度
要求
系統誤差
10μasの位置決定
精度の達成
pixむら
アルゴリズム誤算
検出器ゆがみ
連結誤差等
PSFサイズ(およそ1pix)の10-5
ストラテジー
検出器上の
様々な場所で撮像
系統誤差をランダム化して落とす
基礎開発・地上実証
系統誤差なしの状況で目標位置決定精度の達成を確認
各系統誤差をランダム化して落とせることを確認
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星像中心決定精度
位置決定実験(系統誤差なし)
CCD
光ファイバー出射口
•光ファイバーからの出射光を擬似星像と
してCCDで撮像 (1pix強サイズ)
現時点で1pixの10-4の位置決定精度の
達成を確認
0.001
想定どおり、1セットの画像数の-1/2乗
に比例して誤差が低減
0.0001
可動ステージ
分散(pix)
0.01
0.1
•CCDを光軸に垂直な方向にサブpixスケー
ルでずらしながら連続撮像
10
100
1000
1セットの画像数
8000
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まとめ
3つの重要検討課題
ミッション提案までに地上実証実験を行っておく必要がある
I.
望遠鏡の熱構造安定性
数値シミュレーションによる確認がほぼ終了
レーザー干渉計を用いた素材変形量測定の実施
II. 望遠鏡の指向安定性
TTMサーボシステムの概念設計が終了
擬似星像を用いた指向安定化実験及び擾乱伝達特性測定の実施
III. 星像中心決定精度
系統誤差なしのセットアップ下で10-4の位置決定精度を確認
10-5の位置決定精度確認及び系統誤差のランダム化の確認
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