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。

地球表面上方 60 至 800 公里之间的区域称为电离层，是太空中一个独特的区域，包含电离大气（等离子体）和中性大气的混合物。电离大气受到电磁场的约束，而中性大气的运动独立于电磁场。为了阐明电离层扰动等独特的物理现象，除了电场和中性粒子的动量之外，还必须观察等离子体物理的基本参数电子密度。使用安装在探空火箭上的电流探测器进行现场观测，可以详细观察电离层的电子密度结构。然而，仅现场观察不足以阐明等离子体传输过程；需要更广泛的区域观察。因此，在本研究中，我们将提出一种新的测量方法——火箭GNSS-TEC方法，可以观测电离层的水平和垂直结构，并进行演示实验。为了进行GNSS-TEC观测，S-520-32探空火箭上安装了去年开发的用于机载探空火箭的GNSS-TEC接收器和天线系统。 2022年8月11日23时20分，探空火箭通过地面观测确认发生了中规模传播电离层扰动（MSTID），并向东南偏东方向发射。最高到达高度为 279 公里，在溅落到太平洋之前，GNSS-TEC 进行了 522 秒的观测。由于探空火箭旋转，单个天线的卫星跟踪会因指向方向的变化而中断。因此，为了不断接收GNSS卫星，我们在火箭侧面安装了6个贴片天线，在开颅处安装了8个贴片天线，并采用了鼻锥打开前后切换天线的天线系统。虽然火箭侧面的6个天线很难捕获卫星，但开颅上安装的8个天线能够稳定捕获GNSS卫星，并成功进行了多颗卫星的TEC观测。通过这次实验，我们获得了层析成像分析所需的火箭GNSS-TEC观测数据。