電離圏鉛直・水平構造観測を実現するロケットGNSS-TECトモグラフィ

Rocket GNSS-TEC层析成像实现电离层垂直和水平结构观测

基本信息

批准号：
22K04147
负责人：
芦原佑樹
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nara National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04147/
关键词：
電離圏 GNSS-TEC トモグラフィ観測ロケット

项目摘要

地球表面から高度60～800kmの領域は電離圏と呼ばれ、電離大気（プラズマ）と中性大気が混在し、宇宙空間の中では特異な領域といえる。電離大気は電磁場に拘束される一方、中性大気は電磁場に依存しない運動をする。電離圏擾乱に代表される特異な物理現象を解明するためには、電場、中性粒子の運動量に加え、プラズマ物理の基本パラメータである電子密度の観測が不可欠である。電離圏の電子密度構造は、観測ロケットに搭載した電流プローブ等を用いたその場観測で詳細な観測が可能である。しかし、プラズマ輸送過程の解明には、その場観測だけでは不十分で、より広い面的な観測が必要となる。そのため、本研究では電離圏水平・鉛直構造を観測可能な新たな計測法であるロケットGNSS-TEC法を提案し、実証実験を行う。GNSS-TEC観測を行うために、前年までに開発した観測ロケット搭載用GNSS-TEC受信機とアンテナシステムをS-520-32観測ロケットに搭載した。観測ロケットは、地上観測で中規模伝搬性電離圏擾乱（MSTID）が発生していることを確認できた2022年8月11日23時20分に、鹿児島県肝付町にある内之浦宇宙空間観測所から東南東に向けて打ち上げられた。最高到達高度は279km、太平洋に着水するまでの522秒間にGNSS-TEC観測を行った。観測ロケットはスピンするため、単一アンテナでは指向方向の変化によって衛星追尾が中断される。そのため、常にGNSS衛星を受信できるように、ロケット側面に6つ、開頭部に8つのパッチアンテナを搭載し、ノーズコーンの開頭前後でアンテナを切り替えるアンテナシステムを採用した。ロケット側面の6つのアンテナでは衛星捕捉が難しかったが、開頭部に搭載した8つのアンテナでは安定してGNSS衛星を補足することができ、複数衛星でTEC観測に成功した。この実験を通して、トモグラフィ解析に必要となるロケットGNSS-TECの観測データを取得できた。

距地面60至800公里的高度的区域称为电离层，是电离气氛（等离子体）和中性气氛的混合物，使其成为外层空间的独特区域。离子气氛受电磁场的约束，而中性气氛则独立于电磁场移动。为了阐明奇异的物理现象，例如电离层障碍，除了电场和中性颗粒的动量外，必须观察电子密度，这是等离子体物理的基本参数。可以使用安装在观测火箭上的电流探针进行详细观察电离层的电子密度结构。但是，仅原位观察不足以阐明血浆传输过程，并且需要更广泛的观察结果。因此，在这项研究中，我们提出了一种新的测量方法，使我们能够观察水平和垂直的电离层结构，并进行示范实验。为了进行GNSS-TEC观察，在S-520-32观测火箭上安装了直到上一年开发的GNSS-TEC接收器和用于安装观测火箭的天线系统。观测火箭是从2022年8月11日晚上11:20的Kagoshima县Kanetsuki镇的Uchinoura太空天台向东推出的，当时地面观测证实了中等大小的传播电离层干扰（MSTID）。最高的海拔高度达到279公里，GNSS-TEC观察在522秒内降落在太平洋。由于观察火箭旋转，因此卫星跟踪被单个天线的方向变化中断。因此，为了确保可以始终接收GNSS卫星，我们采用了一种天线系统，该天线系统配备了火箭侧的六个贴片天线和颅骨切开术上的八个斑块天线，并在鼻锥颅骨切开颅切开颅骨之前和之后切换天线。尽管火箭侧面的六个天线很难捕获卫星，但安装在颅骨切开术上的八个天线能够稳定地补充GNSS卫星，并且在多个卫星上进行了TEC观察结果。通过该实验，获得了层析成像分析所需的火箭GNSS-TEC的观察数据。