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ISSきぼう「SPySE」での実験に選定された「MoMoTarO」って何だ？

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　宇宙航空研究開発機構（JAXA）の有人宇宙技術部門は1月17日、国際宇宙ステーション（ISS）の「小型ペイロード支援装置（SPySE）」を利用した有償プログラムの選定結果を発表した。京都大学 大学院 理学研究科 准教授 榎戸輝揚（えのと・てるあき）氏が提案したミッション「月の水資源探査と月面物理学を創成するMoMoTarO実験の宇宙実証」が選ばれた。

　ISSの日本実験棟（JEM）「きぼう」にある船外実験プラットフォーム（Exposed Facility：EF）は、微小重力や高真空などの宇宙曝露環境を利用した実験が可能な多目的実験スペース。

　船内実験室（Pressurized Module：PM）と統合して運用される船外実験プラットフォームには、実験装置を取り付ける場所が全部で12カ所ある。船外実験装置を交換すれば、さまざまな実験が可能だ。

　この船外実験プラットフォームに複数の装置を搭載可能で、装置に実験や実証の環境を提供するものとして「中型曝露実験アダプタ（i-SEEP）」がある。i-SEEPは、人工衛星で言えばバス機器に相当し、電源や通信などのリソースを提供する。

　i-SEEP（IVA-replaceable Small Exposed Experiment Platform、IVA＝Intra-Vehicular Activity、船内活動）の機能を拡張するSPySE（Small Payload Support Equipment）は、i-SEEPで超小型衛星サイズのミッションをより簡易に実施するための支援装置になる。

　SPySEには、1～3U（1U＝10cm×10cm×10cm）規模の小型装置に電力や通信を提供するインターフェースがある。SPySEを利用すれば、i-SEEPでは搭載できなかった小型サイズの実験装置を最大5個搭載できる。

　SPySEに搭載するペイロードは、きぼう内でi-SEEPに搭載され、エアロックを通って宇宙空間に設置される。実験終了後には、きぼう内に取り込まれ、地上にサンプルを持ち帰ることができる。利用者はミッションの機器をSPySEに取り付けるだけで宇宙環境の観測や要素技術の実証などを容易に実現可能としている。

　日立造船は2021年から全固体リチウムイオン電池をSPySEに設置して、全固体リチウムイオン電池が宇宙空間で充放電できることを確認している。

　JAXAの有人宇宙技術部門は、SPySEを利用した有償プログラムとして学術利用や技術実証、人材育成を目的とした実験を2023年6～9月に募集していた。選ばれたのがMoMoTarOだ。MoMoTarOは月で水を探すことが目的という。

　月は現在、極域に水が存在すると考えられるようになっており、「Artemis」計画のように、水は有人探査計画で重要な資源と位置付けられている。

　JAXAとインド宇宙研究機関（ISRO）が共同で進めているミッション「月極域探査（LUnar Polar EXploration：LUPEX）」は2024年以降の打ち上げが予定されているが、LUPEXの大きな目的は、極域にある水の量と質のデータを取得することだ。LUPEX以外にも月の極域にある水を対象にした探査計画が各国で進められている。

　今回、SPySEを利用したミッションとして選ばれた「MoMoTarO」（Moon Moisture Targeting Observatory）は、月での水資源を探査するための中性子検出器とガンマ線検出器を組み合わせた放射線検出器になる。

　月のような大気がない天体の表層では、絶えず銀河宇宙線が降り注ぎ、表層の土壌では高速の中性子が発生するという。高速の中性子は、土壌の水素と衝突して自身の運動エネルギーを減速させて、熱外中性子や熱中性子になる。表層から漏れ出す中性子を中性子検出器を測定することで非接触で水を探査できると考えられている。

　MoMoTarOの代表研究者である榎戸氏は、月という天体を惑星科学の対象としてだけでなく、天文学や素粒子物理学にも活用する「宇宙時代の月面物理学」を構想している。

　水を探すための目的であるMoMoTarOは、中性子とガンマ線を検出する。その機能からMoMoTarOは、ガンマ線バーストも観測できる。

　地球低軌道でのガンマ線バーストに比べ、月までの距離のためバースト到来時間差が大きく、この時間差を活用してガンマ線バーストの到来方向を精度よく決められるという。こうしたことからMoMoTarOのチームは、月探査での小型の放射線測定でも、マルチメッセンジャー天文学や将来の重力波宇宙論に向けて貢献できると考えている。

　大気がなくノイズの少ない月で理想的な低周波電波の測定と組み合わせることで時間軸天文学への幅広い応用も期待できると説明。MoMoTarOと同型の検出器を月周回機に搭載し、月の表面から漏れ出る熱中性子の高度プロファイルを計測することで、素粒子物理学の未解決問題である「中性子寿命」の測定も狙っているという。

関連リンク
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i-SEEP/SPySE利用実験機会のご案内
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中型曝露実験アダプタ（i-SEEP）
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