地球重力場観測
Decigo-ws
(2008/4/16)
新谷昌人 (東大地震研究所)
人工衛星による地球重力場観測
人工衛星の軌道から地球重力場を検知
GPS
・地球重力場の研究
・水の監視
(地下水、氷床)
・地殻変動の監視
(地震、火山噴火)
-> 地球環境監視
海外の重力ミッション
CHAMP (独), GRACE (米・独)
・・・ 地球重力場の精度向上、質量変動(アマゾン陸水の
季節変動)検出
GRACE
GRACE衛星で検知された重力場
の季節変動
アマゾン地域の重力変化は
「水」によるものと考えられる。
2004年 スマトラ島沖地震
GRACEで観測された重力場の変化
(2004年スマトラ島沖地震の前後)
重力ミッション用衛星
・drag-free 衛星 + GPS受信機(位置情報)
あるいは
・通常衛星
+ GPS受信機(位置情報)
+ 加速度計(dragの検知)
加速度計による非重力擾乱の補正
非重力擾乱 ・・・ 大気抵抗、太陽・地球輻射圧(10-6~10-8m/s2)
衛星軌道のdrag
-> 衛星搭載加速度計で
非重力擾乱を検知、
dragを補正
精度~ 10-11m/s2
(0.1mm/周回に相当)
科学目的
GPS/TEC観測
GPS衛星
プラズマ圏 (電子密度)
電離層トモグラフィ
軌道擾乱観測
GPS掩蔽観測
対流圏・成層圏
(温度・湿度など)
電離層 (電子密度分布)
大気ドラッグより大気密
度を測定(400-1000km)
軌道変動から
地球重力場測定
雪氷圏 (氷床・氷河)
海洋 (深層流、大気荷重応答)
陸水 (水循環、土壌水分)
マントル (ポストグレーシャル
リバウンド)
GPS海面反射
GPS衛星
海面高度分布
波浪・海上風測定
XX
X
X
X
「日本版衛星重力ミッション」の提案
海外のミッション ・・・ 少数精鋭、高コスト
日本版(GPS+加速度計)
・・・ 小型低軌道(LEO)衛星、低コスト・多数
-> 時間・空間分解能の向上、開発・打ち上げ期間短縮
イメージとしては・・・「衛星重力アレイ」
・GPS受信機と加速度計のユニット
(小型軽量、高性能、低価格)
・(50kg程度)LEO衛星を複数台
今後の地球周回衛星にも標準搭載
・小型LEO衛星網を用いた高時空間分解
能での地球観測
http://genesis.jpl.nasa.gov
水資源探査、天気予報・気候変動予測、
海面変動、宇宙天気予報などに貢献
CHAMPの加速度計
・・・ 静電容量センサ・アクチュエータ
加速度計の構成
・参照(浮上)マスの位置・姿勢を複数の
レーザー干渉計で計測
・参照マスの重心における並進および回転
(計6自由度)の加速度を同時検出
・レーザーの波長を基準に加速度計を
自己校正
・最大検知加速度 10-6m/s2
10-11m/s2
・分解能
・サイズ 10cm×10cm×20cm程度(加速度計
本体+光源・制御部)
・重量
5kg程度
・消費電力
20W以内
開 発 状 況
(1)レーザー干渉計測を利用した加速度計 ・・・ 地上型加速度計の
埋設性能試験
基本動作の検証、雑音レベルの評価
(2)磁気浮上マスの姿勢制御テスト ・・・ 2自由度での浮上マスの制御
高温超伝導磁場中で浮上した永久磁石を静電アクチュエーターで
姿勢制御
レーザー干渉計式加速度計
浮上マスの制御実験
高温超伝導磁気浮上装置
磁気浮上試験
・・・ 無重力環境の浮遊(非束縛)マス
制御をsimulate
超伝導磁場で浮上した永久磁石
・・・・着磁や荷重等の条件でX,Y方向の
柔らかさが変わる
浮上体の位置をopticalに検出して、姿勢制御する
DPF開発における共通技術
・レーザー干渉計をセンサーとしたマスの位置検出・制御
(ハウジング Local Sensor の高精度化)
マイケルソン干渉計の
ユニット化
・・・ 小型化、安定化
レーザー干渉計式地震計
まとめ
地球重力場観測
・GPS受信機と加速度計 or drag-free衛星があれば
地球重力場の観測が可能
・重力とGPS掩蔽などにより質量分布変動をグローバルに監視
気象予報、気候変動、水資源の監視、超高層大気物理
地球重力場、地震・地殻変動
・DPF開発では,ハウジングにおける
マスの位置検出・制御が共通技術(協力体制)
・DPFの地球重力場の影響の見積もりやDPFを用いた
地球科学の可能性 -> 地物重力グループとの連携
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