祝帰還!「はやぶさ」7年50億kmのミッション完全解説【その1】

文●秋山文野 撮影●小林伸ほか 協力●JAXA/ジャンプトゥスペース

2010年06月13日 06時00分

 ついに祭りの日がやってきた。

 「はやぶさ」が還ってくる。そう聞いただけで2010年6月13日を特別な日と考える人たちがいる。宇宙航空研究開発機構(JAXA)によるネット中継開始時間までモニタ前に待機しかねない勢いだ。

 天文ファンや宇宙開発マニアの枠を越えてファンは大勢いる。動画コンテンツにイラスト、実物大模型から「はやぶさ」コスプレまで、プロジェクトを理解したい、理解したこの気持ちを表現したいという作品があふれている。

 「はやぶさ」は凄い。何が凄いって、人が凄い。史上初をいくつ実現したんだ!という野心的なミッション内容だけでなく、前例がないゆえに次々と起きたトラブルを、宇宙機運用技術の粋を尽くして乗り越えたその手腕が凄い。

 そして、それに応えた「はやぶさ」も凄い。何かもう意思があって、プロジェクトメンバーの熱意を汲み取っているとしか思えないような挙動の数々。プロジェクト責任者である川口淳一郎教授をして、「はやぶさ自身がこちらからの声、伸ばした手に応えてくれた」と言わしめた。「不具合を起こしたエンジンが2基同時運転で復旧した」とか「リチウムイオン電池に充電できた」と聞いただけで快哉を叫びたくなるなんて、そうあるものではない。


小惑星探査機「はやぶさ」とは?

 「はやぶさ MUSES-C」とはISAS(宇宙科学研究所、2003年以降JAXAに統合)が開発、打ち上げを行なった工学実験衛星。1990年の「ひてん MUSES-A」、1997年の「はるか MUSES-B」に続く、MUSES(Mu Space Engineering Spacecraft)シリーズの第三号機である。

 ミッションの主目的は下記の5点。そのどれもが野心的、挑戦的であり史上初の偉業をいくつも含むものだ。

「はやぶさ」の主なミッション

■イオンエンジンを使った惑星間飛行

■光学補正を利用した自律誘導航法

■小惑星からの試料採取

■地球スイングバイ

■再突入カプセルを使って地球へ試料を持ち帰る

 そもそも小惑星のサンプルを持ち帰る目的は、小惑星が太陽系誕生時の様子を留めていることにある。地球上の鉱物や隕石は、熱や天候による変成があるため、元の状態そのままではない。一方、小惑星は小さく重力も弱いため、熱や圧力の変成が極めて少なく、元の状態を留めている。こうした小惑星から直接試料を採取することができれば、太陽系が形作られた当初の様子に対する調査・理解が進むというわけだ。

 地球以外の天体から物質を採取する計画は、NASAによる月探査や彗星の尾からの試料採取に続くものではあるが、動力航行で目的の天体に到達し、着陸・離陸・試料採取を自律的に行ない、さらに地球まで戻ってきて所定の地域にサンプル採取容器を送り届ける、などという偉業を達成できたのは「はやぶさ」が世界初なのだ。


「はやぶさ」プロジェクトの主要メンバーにロングインタビュー敢行

 今回、帰還を目前に控えて関係者の皆さんがとてつもなく忙しい中、恐縮しつつも「はやぶさ」プロジェクトの本拠地である神奈川県相模原の宇宙科学研究本部に通って、主要メンバーの方々に「はやぶさ」プロジェクトの「あのとき」についての話を伺った。

 ご登場いただくのは、「はやぶさ」ミッションを統括するプロジェクトマネージャ 川口淳一郎教授。ミッションの理学方面を統括し、2006年の「Science」発表論文取りまとめを行なった前サイエンスマネージャ 藤原顕教授。その藤原教授の後を引き継いでプロジェクトサイエンティストの任に当たっている吉川真准教授。イオンエンジンの開発責任者である國中均教授。

 さらに、近赤外分光器での観測や「はやぶさ」運用スーパーバイザーを務めた安部正真准教授。サンプラーホーン開発を担当した矢野創准教授。マルチバンド分光カメラ(AMICA)チームの前リーダー齋藤潤氏。そしてJAXA名誉教授の的川泰宣氏の計8名。

 今回はプロジェクトのエピソードを時系列順に追いながら、当時の心境、そして記事掲載十数時間後には結果が出ているであろう、地球帰還と再突入に寄せる思いをご紹介したい。

1990年代――危機感から始まった「はやぶさ」の当初計画

 数々のトラブルを乗り越え、地球へ帰還しようとしている「はやぶさ」のプロジェクト開始は1990年代半ばだが、さらにその10年近く前から、プロジェクトへ向けた活動が始まっていた。

 MUSES-Cプロジェクトの前段階にあたる「小惑星サンプルリターン小研究会」は、1985年に鶴田浩一郎教授(元宇宙科学研究所所長、JAXA理事)の主催で始まった。

 1990年当時の同研究会メンバーは水谷仁氏(現科学雑誌ニュートン編集長)、藤原顕氏(「はやぶさ」前プロジェクトサイエンティスト)、上杉邦憲氏(「はやぶさ」元プロジェクトエグゼクティブ)、川口淳一郎氏(現「はやぶさ」プロジェクトマネージャ)と主要メンバーが顔を揃えていた。当時大学院生であった吉川真氏も参加していたという。

 しかし、日本が取り組むプロジェクトがなかなか開始できない。小規模でも野心的な計画が次々とNASAに取られてしまう、そんな危機感があったという。

彗星からのサンプルリターンで先を越された

藤原 僕自身は小惑星の研究をずっとやっていまして、その頃、彗星へフライバイサンプルリターン――着陸しないで通過時に彗星から塵、ダストを捕まえる――という計画が、日米共同であったんですよ。

 速いスピードで通り過ぎるときに塵を捕まえるというのは、非常に難しいんですよね。エアロジェルという密度の非常に低い特殊な物質で捕まえるんです。シリコン、シリカと酸素の結合体なんですけど、分子レベルでスカスカなんですよ。そういうものを使って捕まえる。

 もしも金属メッシュみたいなものを置いておいて捕まえようとすると、相手は秒速8kmという速過ぎるスピードで近づいてくるので、当たった途端にクレーターが空いてしまう。壊れて蒸発してしまうんです。特に彗星のダストは蒸発しやすい、揮発性が高いものですから。

 京都大学にいるころは、素材テストとして弾丸を特殊な銃で撃ち出して、秒速4kmといった超高速で発泡スチロールみたいなものへぶつけるんです。そうすると、せいぜい7ミリくらいのものでも、2mくらいズブズブーっと入っていってしまう。そういったモデル実験をやったりして、将来の実際の探査に向けた開発を行なっていました。

 当時、対象となる彗星への相対速度は秒速8~10kmくらいだったかな……。それ以上低速にできないということで、日本国内では研究が沈下してしまったんです。後にアメリカ、NASAでは、対象天体を変更して軌道計算をやり直し、相対速度6km/秒で計画をやり遂げてしまった。それが彗星探査機「スターダスト」です。結局アメリカがやっちゃったんですよね。

「サンプルリターンをやりましょう。これしかない」

藤原 1992年ごろ僕は宇宙研に行って、すぐ次の年に川口さんと上杉さんと一緒にアメリカに出張したのを覚えていますね。これがディスカバリー計画始動のときでした。ディスカバリー計画というのは、惑星探査のような大きなミッションばかりでなく、もっと小ぶりで、時間も短く、使えるものは、オフザシェルフというか既成のものを使ってコストを抑え、スピーディにやってしまおうと、いう計画なんですね。

 そのミッションをアメリカ全体から公募で募り、公衆の面前で発表させて評価する。その会議に参加して、全体で30以上あったかな、さすがアメリカだと思いましたけど、たくさんの計画が出てくるんですよ。そしてその第一号が小惑星「エロス」を着陸せずフライバイ探査する「ニア・シューメイカー」ミッションでした。

 そのとき、これは我々が計画してた小惑星フライバイ探査と一緒だと。中堅を中心にして検討されていたミッションはアメリカに持って行かれてしまったわけですね。

 小惑星探査も、スターダストも持って行かれてしまった。それならもう、僕と、水谷仁さん(現ニュートン編集長)、上杉さん、川口さんと集まって、「小惑星探査、サンプルリターンをやりましょう。これしかないですね!」と。

 議論はいろいろあったと思いますが、僕のようにサイエンスの人間もいたことだし、始めましょうということになりました。これが1993年くらい。1995年に予算の概算要求が通って、ここから計画スタートですね。


吉川 僕は大学院生のころから、宇宙研に出入りして、そういった研究会にも顔を出していたんです。


藤原 でもまあ今から思うと、当時としてはよくゴーをかけたと思いますね。サイエンスミッションとしては通らないだろうというので、工学ミッションとして、いくつかの将来に繋がる工学開発目標、確認目標というか基本技術をテストするためのミッションという位置づけでスタートしました。今ならとてもそんなひとつのミッションに、あれもこれも押し込んで欲張った計画、通してくれないかもしれない。


川口 その技術実証も「イオンエンジンがダメなら次の項目を試そう」みたいなわけにはいかなくて、まず向こうの小惑星についてからもう一回帰ってこなくちゃならないというシナリオになっている。

 従って、カプセルの再突入というのは、最後に来ちゃうんですよね。こうなると大変点数が付けにくいんですよ。「5つの目標のうち3つできると60点」みたいな話だといいんですけど、ひとつが終わらないと次はできないというわけですからね。自律的な航法といっても、小惑星に到着しない限りそういうわけにいかないんです。

 技術実証の仕方としては、悪く言うとあんまり賢い方法じゃないんですよ。

 実証としては、並列に、イオンエンジンがうまくいかなくてもカプセルのリエントリーだけはできるとかですね、そういう風に作るべきという人も多分います。純粋に技術だけを開発して実証するなら、それがいいのでしょうね。

 ただ面白くないですよね。

 やはり打ち上げ前に一番こだわったのは、実際に「小惑星に行く」ですからね。技術実証そのものだけだったら、実際に小惑星には行かなくていいわけですけど、それを行かなくてはいけないという筋書きに、わざわざ意図的に変えてやってるわけです。

 だから紙一重なんですよ。これでミッション失敗すると、小惑星にも到着できなかった、という評価になってしまうので、おそらく大変苦しい目に遭うことになる。

 それでも、こういうことができる機会も少ないですからね。だからやらなくてはいけないと。そう思って、小惑星に行かせたわけです。

史上初! 地球圏外天体からのサンプルリターン

 こうして1995年「MUSES-C」計画の概算要求が行われ、翌1996年に計画はスタートする。ISAS宇宙探査計画ではおなじみの「プロジェクトマネージャ」「プロジェクトサイエンティスト」といった役割分担によって、目的地となる小惑星の選定や搭載機器の計画と開発などが行なわれていった。

サイエンスとエンジニアのリーダーが協力してミッションを遂行

藤原 基本的には工学ミッションですから、工学メインの目的なんですが、とはいえ初めての小惑星サンプルリターンなので、サイエンス全体をオーガナイズするという役割を担いました。どんな機器を搭載するか、というところから始まって、どんな探査対象を選ぶかということまで。そして観測機器が決まれば、その責任者をアサインしたり、人集めも行ないます。

 探査が始まれば、工学チームに対して、サイエンスの側からさまざまな主張を行ないます。アメリカ側の人も入ってましたからね、もちろん川口さんも一緒に。オーストラリアもサンプルの分析に関わってきますからオーストラリアには何回か行きました。

 細かいことだと、地球外の物質サンプルがいくつか入ってくるわけですから、プラネタリーカランタイン(惑星検疫)にも対応しておかないといけない。法的に規制があるというわけじゃないけど、世界的な暗黙の了解があるんですよ。

 COSPAR(国際宇宙空間研究委員会/コスパール)という組織と相談して、外からの天体のサンプルを持って帰ったり、こちらから行く場合にも対象天体を汚さない、そういうことに関する相互理解を深めていくんですけどね。その方針に一致しているか精査したり。


安部 宇宙研には、サイエンスのリーダーとエンジニアのリーダーがひとつのミッションを作っていくという文化があって、それは「はやぶさ」ミッションも同じです。川口先生がエンジニアのリーダーで、藤原先生がサイエンスのリーダーということですね。

「はやぶさ」装備の数々

 MUSES-Cに搭載されることになった主要なミッション機器は、推進機関であるイオンエンジン、レーザ高度計(LIDAR)、近赤外線分光器(NIRS)、蛍光X線スペクトロメータ(XRS)、広角カメラ(2台)、望遠カメラ(AMICA)などの観測機器(カメラは航法用を兼ね、航法用途の場合はONC-Tと呼称)、そして小惑星接近用の目標として開発され、プロジェクト応援企画「星の王子様に会いにいきませんか」キャンペーン参加者88万人の名前を刻んだターゲットマーカ、小惑星サンプル回収装置「サンプラーホーン」と採取した試料を封入・地球へ送達する「再突入カプセル」、小惑星探査小型ローバ「ミネルバ」などがある。

藤原 当時、30代くらいの若い人が多かったですからね。チャレンジングなミッションだと、若い人は元気出すんです。安全安全と考えていくと、機器も片方がダウンしたら、それを補うためにもうひとつ余分なもの積んでおこうとか、そんなふうになっていきますよね。すると今度は、全体の質量も大きくなって、飛ばせなくなってしまう。そのあたり、かなりリスキーなことを覚悟でやってますね。

1990年代後半――2回変わった「はやぶさ」の目的地

 「はやぶさ」の作成が行なわれている間、NASAが開発・搭載する予定であった超小型ローバーSSVの開発中止や、当初の目的地であった小惑星ネレウスから1989MLへの変更などがあった。さらに、打ち上げ予定が2002年7月から延期。目標天体は1989MLからもう一度変更され、1998年に発見された小惑星1998SF36(後にイトカワと命名)になった。

イトカワは計画開始後に発見された

藤原 目的地変更には、重量に対して、到達できる範囲に入らなかったなど、いくつかの理由がありました。とにかくひとつ逃すとその次までだいぶ待たないと、次の探査対象が出てこない。最終的に目標となった小惑星の1998SF36ですが、この1998というのは1998年に発見されたということです。

 要するに計画スタートのときにはまだ見つかってなかったんですよ。まだ新しい天体を安部くんがうまく見つけてきた。彼は観測をやってましたからね。こんなのどうだろう、と提案してきたんです。


安部 正確には私が提案というわけではないですけれども、そのころ、山川先生(元MUSES-C軌道計画、M-V-5号機軌道計画担当 山川宏教授)が、小惑星の軌道要素、形であるとか大きさであるとかいったパラメータを入力すると、行きやすい小惑星を選ぶプログラムというのを開発されたんです。いつ打ち上げて、いつ到着させると、どのくらい燃料を食うか、といったような計算を行なうものでした。

 私はもともと小惑星の観測が好きで、初めて見つかった新しい小惑星のデータを探してダウンロードしてきて、山川先生のプログラムをお借りして、行きやすい小惑星を探すという仕事を少しやってたんです。当時の学生さんと一緒に。新しい小惑星が出た、となればそのアウトプットを山川先生のところに持って行って、「こんなに行きやすいのがありますよ」と紹介していました。その中に1989SF36もあったのです。

 そのときは、明るさやだいたいの大きさはわかっていましたけど、軌道はあくまで仮。すごく誤差が大きいんですよね。だから正確に軌道を求めるには追加の観測もしなくちゃならないし、初めて見つかった小惑星がどういった素性なのか、表面はどんな物質か、自転のスピードは……などなど世界中の観測をやっている人たちへ呼びかけてデータを集める仕事もやりました。

 それで、最終的にイトカワ――当時はイトカワではありませんでしたが――山川先生と川口先生、お二方がさらに細かい計算をして、探査機が何とか行けるという決定になったわけです。私が見つけたというわけではないですけど、見つけるきっかけになるような仕事には関わっていたわけですから、嬉しいというかラッキーというか、愛着がありますね。

イトカワが地球に衝突する可能性!?

藤原 ついでにいうと1998年というのはね、「アルマゲドン」と「ディープインパクト」、天体衝突に関係する映画が2作品公開された年なんですね。ディープインパクトでは、小惑星ではなく彗星がぶつかるんですけど。そういった、地球に対する脅威対策、スペースガードへの関心が高まって、アメリカでも議会で取り上げられたりした。可能性のある天体を常時モニターする施設にもお金が投入されて、観測が盛んになった。

 「はやぶさ」のミッションは、直接そういった調査を目指すものではないけれど、衝突の危険がある天体がどういうものか、どんな構造かといった調査は必要ですよね。回避するためにどれくらいのエネルギーを投入すれば軌道をそらすことができるかとか。


吉川 「はやぶさ」は、もともとはスペースガードとは関係なかったんですけど、イトカワも地球にぶつかってくる可能性がある天体のひとつなので、初めて実際に地球にぶつかる可能性のある天体を調べた、という意味では、スペースガードの世界でも評価されることになりました。

 可能性のある天体を見つける、見つかったら衝突の危険を回避する、両方で研究が進んでいますが、衝突回避の方法として、ミサイルかなにか撃ち込んで破壊する、なんていうのは全然だめです。ばらばらの状態で大きな破片が地球に落ちてくるだけ、余計処置できなくなってしまいます。

 今、考えられているのは、壊さずにちょっとだけ軌道をそらす方法です。相手が直径100m程度の天体であれば、衝突の30~40年前とかかなり早い段階で発見しておいて、それこそ「はやぶさ」くらいの大きさの探査機を高速でぶつけて軌道をずらせば、長い間にだんだん軌道のズレが大きくなりますから結果的に衝突コースから外れます。

 まあ、こういう方法が一番現実的なわけですが、それを行なうにはまず対象の構造を把握しておかないと、どこに何をぶつけるべきか見当もつきません。そこで、「はやぶさ」のデータが重要になったんです。

 さらに、もっと大きな天体の場合は、「はやぶさ」ひとつぶんくらいの衝突では軌道が変わらないので、いくつもぶつけるか、あるいは表面で何らかの爆発を起こすか……そういったことにも今後、「はやぶさ」のデータは応用していけますね。

2003年5月9日――打ち上げ! MUSES-Cから「はやぶさ」へ

 7年前の2003年5月9日、M-Vロケットにて鹿児島県内之浦 鹿児島宇宙観測研究所より「第20号科学衛星 MUSES-C」は打ち上げられた。衛星分離、太陽電池パネル展開、サンプラーホーン進展と順調に進み、軌道投入確認後に探査機「はやぶさ」の名称が決定する。

 命名の由来は、探査機が小惑星の表面を採取する様子を、隼が獲物を捕らえてさっと舞い上がる様子になぞらえたもの。また、当時内之浦へと向かう寝台特急「はやぶさ」や、薩摩隼人の「隼」といった理由もあったとか。


藤原 上杉先生や川口先生、宇宙研の方々はいろんな打ち上げの経験をされてますが、僕はスペースミッションの経験がない、外から入ったサイエンスの人間ですから、打ち上げは初めてだったんですよ。見るも聞くも初めてでした。


安部 打ち上げのときは、探査機ばかりじゃなく、ロケット担当の方々もいるわけですからたくさん集まってくる。何週間も皆が内之浦で一堂に会して、そして打ち上げを行なう。そういうところで、これだけの人たちが支えているんだというのを実感しましたね。


宇宙研の父、イトカワと命名

 さらに2003年8月 国際天文学連合(IAU)は、「はやぶさ」チームからの要望を受け、小惑星1998SF36に宇宙研創設者 糸川英夫教授の名を取って「イトカワ」と命名することを承認した。


藤原 糸川先生の名前にしたいと強く主張されたのは上杉先生ですね。昔から宇宙研にいらっしゃった工学の先生ですし。そしてIAU(国際天文学連合)に提案する役割を僕が引き受けました。どういう理由でその名前を付けるのかといった申請書を書くわけです。

 小惑星の名前というのは、まあ暗黙の決まりで、神様の名前を付けるとかいったルールがあって。人間の名前は付けるのは、近地球型の小惑星にはそぐわないのではないか、とおっしゃった方もいたみたいで、いろいろありましたけど最終的には無事通りました。


次回予告!

 ついに打ち上げられた「はやぶさ」は一路、イトカワを目指す。

 明日は、「はやぶさ」に収められた数々の機器の解説、そしてイトカワ接近までを追う。イオンエンジン搭載の経緯、各種光学機器の役割など、つつましい倹約プロジェクトだった「はやぶさ」ならではのエピソード満載でお送りする。


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