ドーン（宇宙船）

夜明け
ドーン宇宙船のイラスト
ミッションタイプベスタ/ケレス探査機
オペレーターNASA  / JPL
コスパーID2007-043A
SATCAT番号32249
Webサイト科学.nasa.gov
ミッション期間11年1ヶ月5日[ 1 ] [ 2 ]
宇宙船の特性
メーカー軌道科学[ 3 ] JPL UCLA
打ち上げ質量1,217.7 kg (2,684.6 ポンド) [ 4 ]
乾燥質量747.1 kg (1,647.1 ポンド) [ 4 ]
寸法1.64 × 19.7 × 1.77メートル（5.4 × 65 × 5.8フィート）[ 4 ]
力1AUで10kW [ 4 ] 3AUで1.3kW [ 5 ]
ミッション開始
発売日2007 年 9 月 27 日、11:34  UTC [ 6 ] ( 2007-09-27UTC11:34 )
ロケットデルタ II 7925H D-327
発射場ケープカナベラルSLC-17B
請負業者ユナイテッド・ローンチ・アライアンス
ミッション終了
廃棄廃止
最後の接触2018年10月30日[ 7 ]
減衰日2038年頃[ 8 ]
軌道パラメータ
参照システムセレス
政権非常に楕円形
半長軸2,475.1356 キロ (1,537.9780 マイル) [ 9 ]
偏心0.7952  [ 9 ]
近点高度37.004 km (22.993 マイル)
遠点高度3,973.866 km (2,469.246 マイル)
傾斜76.1042° [ 9 ]
期間1,628.68分[ 9 ]
ラーン−79.4891° [ 9 ]
近点引数164.1014° [ 9 ]
エポック2018 年 10 月 30 日、00:00:00 UTC [ 9 ]
火星のフライバイ
最接近2009年2月18日 00:27:58 UTC [ 6 ]
距離542 km (337 マイル) [ 6 ]
4 ベスタ探査機
軌道挿入2011 年 7 月 16 日、04:47 UTC [ 10 ]
軌道離脱2012 年 9 月 5 日、06:26 UTC [ 6 ]
1 ケレス探査機
軌道挿入2015年3月6日 12:29 UTC [ 6 ]
夜明けのミッションパッチ

ドーンは、2007年9月にNASAによって打ち上げられた退役した宇宙探査機であり、小惑星帯の既知の3つの原始惑星のうちの2つ、ベスタとケレスを調査する使命を帯びていた。 [ 1 ] NASAのディスカバリー計画の9番目のミッションの遂行において、ドーンは2011年7月16日にベスタの周回軌道に入り、2012年後半にケレスに向けて出発する前に14か月の調査ミッションを完了した。 [ 11 ] [ 12 ]ドーンは2015年3月6日にケレスの周回軌道に入った。 [ 13 ] [ 14 ] 2017年、NASAは計画されていた9年間のミッションは探査機のヒドラジン燃料の供給が枯渇するまで延長されると発表した。 [ 15 ] 2018年11月1日、NASAはドーンのヒドラジンが枯渇し、ミッションが終了したと発表した。放置された探査機はケレスの周りを安定した軌道で周回している。 [ 16 ]

ドーンは、2つの地球外天体を周回した最初の宇宙船であり、[ 17 ]ベスタまたはケレスを訪れた最初の宇宙船であり、準惑星を周回した最初の宇宙船です。[ 18 ]

ドーンのミッションはNASAジェット推進研究所によって管理され、宇宙船のコンポーネントはイタリア、ドイツ、フランス、オランダといったヨーロッパのパートナーによって提供された。[ 19 ]これはNASAがイオン推進を用いた最初の探査ミッションであり、これにより2つの天体の軌道への進入と離脱が可能になった。ボイジャー計画のような化学エンジンを動力源とするロケットを用いたこれまでの複数目標探査ミッションは、フライバイに限られていた。[ 5 ]

プロジェクトの履歴

技術的背景

SERT-1：NASA初のイオンエンジン宇宙船。 [ 20 ] 1964年7月20日に打ち上げられた。[ 21 ]

米国で初めて実用化されたイオンスラスタは、 1959年にオハイオ州にあるNASAグレン研究センターでハロルド・R・カウフマンによって製作されました。このスラスタは、水銀を推進剤とするグリッド型静電イオンスラスタの一般的な設計に類似していました。1960年代にはこのエンジンの弾道試験が行われ、1964年にはスペース・エレクトリック・ロケット・テスト1（SERT-1）に搭載された弾道飛行試験が行われました。エンジンは予定通り31分間動作し、その後地球に落下しました。[ 22 ]この試験に続き、1970年には軌道上試験SERT-2が実施されました。

NASAが1998年に打ち上げたディープ・スペース1 （DS1）は、科学ミッションでキセノン推進イオンスラスタの長期使用を実証し、 [ 23 ] NSTAR静電イオンスラスタを含む多くの技術を検証したほか、小惑星と彗星のフライバイを実施しました。[ 24 ]イオンスラスタに加えて、DS1で検証された他の技術の中には、ドーンで長距離通信に使用されている小型深宇宙トランスポンダがありました。 [ 24 ]

ディスカバリープログラムの選択

ディスカバリー計画の募集には26件の提案が提出され、当初の予算は3億ドルと目標とされていた。[ 25 ] 2001年1月、フェーズAの設計調査のために準決勝に残った3つの計画、ドーン、ケプラー、INSIDE Jupiterが選定された。[ 26 ] 2001年12月、NASAはディスカバリー計画のためにケプラーとドーンのミッションを選定した。[ 25 ]両ミッションとも当初は2006年の打ち上げが選定されていた。[ 25 ]

キャンセルと復活

ドーンのミッションの状況は幾度となく変化した。この計画は2003年12月に中止されたが[ 27 ]、2004年2月に再開された。2005年10月にはドーンの作業は「一時停止」状態となり、2006年1月にはNASAが状況に関する新たな発表を行っていないにもかかわらず、報道では「無期限延期」と報じられた[ 28 ] 。 2006年3月2日、ドーンはNASAによって再び中止された[ 29 ] 。

宇宙船の製造元であるオービタル・サイエンシズ社はNASAの決定に異議を申し立て、新しい市場分野での経験を積むため、利益を放棄し、宇宙船を原価で製造することを提案した。その後NASAはキャンセルを再検討し、[ 30 ] 2006年3月27日に、ミッションは結局キャンセルされないことが発表された。[ 31 ] [ 32 ] 2006年9月の最終週に、ドーン・ミッションの機器ペイロードの統合が完全機能に達した。当初の予測費用は3億7,300万ドルだったが、コスト超過により、2007年のミッションの最終費用は4億4,600万ドルに膨れ上がった。[ 33 ]ドーン・ミッション・チームのリーダーにはクリストファー・T・ラッセルが選ばれた。

科学的背景

ベスタ、ケレス、月の大きさの比較

ドーン計画は、小惑星帯にある2つの巨大天体を調査することで、太陽系の形成に関する疑問に答えるとともに、深宇宙におけるイオン推進装置の性能試験を行うことを目的として計画された。 [ 1 ]ケレスとベスタは対照的な原始惑星として選ばれた。ケレスは明らかに「湿潤」（つまり氷で冷たい）で、ベスタは「乾燥」（つまり岩石）であり、木星の形成によって集積が終了している。この2つの天体は、太陽系の岩石惑星と氷天体の形成、そして岩石惑星がどのような条件下で水を保持できるかという科学的理解の架け橋となる。 [ 34 ]

国際天文学連合（IAU）は2006年8月24日に惑星の新しい定義を採択し、「準惑星」という用語を導入しました。この定義では、小さすぎて「軌道近傍から他の軌道物質を除去する」ことで惑星の資格を得られない楕円体惑星を指しています。ドーンは準惑星を調査する最初のミッションであり、 2015年7月に冥王星探査機ニューホライズンズが到着する数か月前にケレスに到着しました。

2015年5月4日、13,600 km上空から見たケレスの夜明けの画像

ケレスは小惑星帯の全質量の3分の1を占めています。そのスペクトル特性は、水分に富む炭素質コンドライトに類似した組成を示唆しています。[ 35 ]ベスタは、小惑星帯の質量の10分の1を占める、より小型で水分に乏しいアコンドライト小惑星で、著しい加熱と分化を経験しています。ベスタは金属核の兆候を示し、火星のような密度と月のような玄武岩質の流れが見られます。[ 36 ]

入手可能な証拠は、両天体が太陽系の歴史のごく初期に形成されたことを示し、地球型惑星の形成期からの出来事とプロセスの記録を保持していることを示しています。ベスタ由来と考えられる隕石片の放射性核種年代測定は、ベスタが300万年かそれ以下で急速に分化したことを示唆しています。熱進化に関する研究は、ケレスがCAI （太陽系起源の既知の最古の天体）の形成から300万年以上後の時期に形成されたことを示唆しています。[ 36 ]

さらに、ベスタは太陽系内の多くの小天体の起源であると考えられています。V型地球近傍小惑星のほとんど（すべてではありませんが）と、一部のメインベルト外縁小惑星は、ベスタと類似したスペクトルを持つため、ベストイドと呼ばれています。地球上で発見された隕石サンプルの5%、ハワード石・ユークライト・ダイオジェナイト（HED）隕石は、ベスタとの衝突、あるいは複数の衝突の結果であると考えられています。

ケレスは分化した内部構造を持つと考えられている。[ 37 ]扁平な形状は未分化天体としては小さすぎることから、ケレスは岩石質の核とそれに続く氷のマントルで構成されていると考えられる。[ 37 ]ベスタからは1,400個以上のHED隕石という形で科学者がアクセスできる可能性のあるサンプルが大量に存在し、[ 38 ]ベスタの地質学的歴史と構造に関する知見を与えている。ベスタは金属鉄ニッケル核と、その上にある岩石質のオリビンマントルおよび地殻で構成されていると考えられている。 [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]

  • ドーンによるケレスの最初のカラーマップ（誇張された色、2015年3月）
    ドーンによるケレスの最初のカラーマップ（誇張された色、2015年3月）

目的

2007年9月27日から2018年10月5日までのドーンの軌道のアニメーション   夜明け ・  地球 ・  火星 ·  4 ベスタ ·  1 セレス
ドーンのおおよその飛行軌道

ドーン計画の目的は、形成以来そのまま残っている最大の原始惑星2つを詳細に調査することで、太陽系最初期の状況とプロセスを特徴づけることだった。[ 1 ] [ 42 ]

ミッションは終了しましたが、データの分析と解釈は今後何年も続けられるでしょう。このミッションが取り組む主要な問いは、惑星の進化を決定づける大きさと水の役割です。[ 42 ]ケレスとベスタは原始惑星の中でも最も質量が大きいため、この問いを解明するのに非常に適した天体です。ケレスは地質学的に非常に原始的で氷に覆われていますが、ベスタは進化した岩石質です。これらの対照的な特徴は、初期太陽系の異なる領域で形成されたことに起因していると考えられています。[ 42 ]

このミッションには、主に3つの科学的動機があります。第一に、ドーンは太陽系起源の最も初期の瞬間を捉え、これらの天体が形成された条件についての洞察を提供します。第二に、ドーンは地球型惑星の形成に使用された構成要素の性質を明らかにし、その形成に関する科学的理解を深めます。最後に、ドーンは大きく異なる進化の道をたどった2つの小惑星の形成と進化を比較することで、科学者がそれらの進化を制御する要因を解明することを可能にします。[ 42 ]

楽器

セレスの明るい斑点のフレーミングカメラ画像

NASAジェット推進研究所は、ミッション全体の計画と管理、飛行システムと科学ペイロードの開発、そしてイオン推進システムを提供した。オービタル・サイエンシズ社は、同社初の惑星間ミッションとなる宇宙船を提供した。マックス・プランク太陽系研究所とドイツ航空宇宙センター（DLR）はフレーミングカメラを、イタリア宇宙機関はマッピング分光計を、ロスアラモス国立研究所はガンマ線・中性子分光計を提供した。[ 5 ]

  • フレーミングカメラ (FC)  – 冗長化されたフレーミングカメラが2台搭載されました。それぞれ焦点距離150 mmの af/7.9 屈折光学系を採用していました。[ 43 ] [ 44 ]フレーム転送電荷結合素子(CCD) の Thomson TH7888A [ 44 ]は焦点面に 1024 × 1024 の感度 93 μrad ピクセルを備え、5.5° x 5.5°の視野を撮像します。8 ポジションのフィルターホイールにより、パンクロマティック(クリアフィルター) およびスペクトル選択撮像 (7 つの狭帯域フィルター) が可能です。最も広いフィルターを使用すると、400 ～ 1050 nm の波長で撮像できます。FC コンピューターは、LEON2 コアと 8 GiB のメモリを搭載したカスタムの耐放射線性ザイリンクスシステムです。 [ 44 ] [ 44 ]フレーミングカメラは科学観測と航行の両方に不可欠であったため、ペイロードには冗長性を持たせるために、それぞれ独自の光学系、電子機器、構造を持つ、物理的に分離された2台の同一カメラ（FC1とFC2）が搭載されていました。[ 5 ] [ 45 ]
  • 可視赤外線分光計（VIR） - この装置は、ロゼッタおよびビーナス・エクスプレス宇宙船 で使用された可視赤外線熱画像分光計を改良したものである。土星探査機カッシーニの可視赤外線マッピング分光計の技術を受け継いでいる。分光計のVIRスペクトルフレームは256（空間）×432（スペクトル）で、スリット長は64 mradである。マッピング分光計は2つのチャンネルを備え、どちらも単一の格子から光を供給される。CCDは0.25～1.0 μmのフレームを生成し、約70 Kに冷却されたHgCdTeフォトダイオードアレイは0.95～5.0 μmのスペクトルをカバーする。[ 5 ] [ 46 ]
  • ガンマ線・中性子検出器（GRaND）[ 47 ]  - この装置は、ルナ・プロスペクターとマーズ・オデッセイの宇宙ミッションに搭載された類似の装置をベースにしています。非常に広い視野を持つ21個のセンサーを搭載していました。[ 43 ]この装置は、ベスタとケレスの表面から1mまでの主要な岩石形成元素（酸素、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、チタン、鉄）と、カリウム、トリウム、ウラン、水（水素含有量から推定）の存在量を測定するために使用されました。[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]

このミッションでは磁力計とレーザー高度計の搭載が検討されたが、最終的には飛行しなかった。[ 54 ]

仕様

2007年7月1日、発射台に封入される前の夜明け

寸法

太陽電池アレイを格納した発射位置では、ドーン宇宙船の幅は2.36メートル（7.7フィート）です。太陽電池アレイを完全に展開すると、ドーンの幅は19.7メートル（65フィート）になります。[ 55 ]太陽電池アレイの総面積は36.4平方メートル（ 392平方フィート）です。[ 56 ]メインアンテナの直径は5フィート（1.24メートル）です。[ 17 ]

推進システム

ドーン宇宙船は、ディープ・スペース1宇宙船で使用されたNSTAR技術から派生した3つのキセノンイオンスラスタによって推進され、 [ 57 ]一度に1つずつ使用されました。これらの比推力は3,100秒で、90mNの推力を生み出します。 [ 58 ]イオン推進スラスタを含む宇宙船全体は、ダッチスペース社製の10kW（1AU）三接合ガリウムヒ素太陽光発電アレイによって駆動されました 。 [ 59 ] [ 60 ]ドーンはベスタ接近のために247kg（545ポンド）のキセノンを割り当てられ、ケレス到達のためにさらに112kg（247ポンド）を搭載しました。[ 61 ]これは搭載推進剤の総容量425kg（937ポンド）のうちの1つです。[ 62 ]ドーンは搭載していた推進剤によって、ミッション中に約11km/sの速度変化を達成した。これは、打ち上げロケットから分離後に搭載推進剤で達成したこれまでの宇宙船の速度をはるかに上回るものだった。 [ 61 ]しかし、推力は非常に弱く、ドーンを時速0マイルから60マイル（96km/h）まで加速するのにフルスロットルで4日かかった。[ 17 ]ドーンは、NASAがイオン推進エンジンを使用した最初の純粋な探査ミッションである。[ 63 ]宇宙船には姿勢制御（方向付け）用の0.9Nヒドラジンスラスタが12基搭載されており、軌道投入の補助にも使用された。[ 64 ]

ドーン宇宙船はイオンエンジンから記録破りの推進力を達成した。[ 65 ] NASAは3つの優れた点を指摘した。[ 66 ]

  • 初めて2つの異なる天体（地球を除く）を周回した。
  • 太陽電気推進の記録。宇宙空間での速度変化は25,700mph（11.49 km/s）に達しました。これは、太陽電気イオン駆動による速度変化としては、過去の記録の2.7倍に相当します。
  • 2018 年 9 月 7 日までにイオンエンジンの稼働時間 5.9 年を達成しました。この稼働時間は、ドーンの宇宙空間での時間の 54% に相当します。

アウトリーチマイクロチップ

ドーンには36万人以上の宇宙愛好家の名前が刻まれたメモリチップが搭載されている。 [ 67 ]名前は2005年9月から2006年11月4日の間に広報活動の一環としてオンラインで提出された。[ 68 ]直径2センチメートルのマイクロチップは2007年5月17日、宇宙船の前方イオンスラスタの上、高利得アンテナの下に設置された。[ 69 ]マイクロチップは複数作られ、バックアップコピーがカリフォルニア州パサデナのジェット推進研究所で2007年に開催された一般公開イベントで展示された。

ミッション概要

打ち上げ準備

2007年4月10日、宇宙船はフロリダ州タイタスビルにあるSPACEHAB社の子会社であるアストロテック・スペース・オペレーションズに到着し、打ち上げの準備が行われた。[ 70 ] [ 71 ]打ち上げは当初6月20日に予定されていたが、部品の納入が遅れたため6月30日まで延期された。[ 72 ]発射台のクレーン（固体ロケットブースターを上げるのに使われていた）が故障したため、打ち上げはさらに1週間遅れ、7月7日までとなった。その前の6月15日には、第2段が正常に吊り上げられた。[ 73 ]アストロテック・スペース・オペレーションズの施設で太陽電池パネルの1つに軽微な損傷が生じたが、打ち上げ日には影響しなかった。しかし、悪天候のため打ち上げは7月8日に延期された。さらに距離追跡の問題により、打ち上げは7月9日、さらに7月15日に延期された。その後、8月4日に打ち上げに成功した火星への フェニックスミッションとの競合を避けるため、打ち上げ計画は中断された。

打ち上げ

2010 年 12 月 20 日にNASAのケネディ宇宙センターで公開された YouTube ビデオに見られるドーンの打ち上げ。
2007年9月27日、ケープカナベラル空軍基地のスペース・ローンチ・コンプレックス17からデルタIIロケットで打ち上げられたドーン

ドーンの打ち上げは2007年9月26日に再スケジュールされ、[ 74 ] [ 75 ] [ 76 ]、その後、悪天候により第二段の燃料補給が遅れたため、9月27日に延期された。この問題は7月7日の打ち上げ試行を遅らせたのと同じものだった。打ち上げ時間帯は東部標準時7時20分から7時49分（グリニッジ標準時11時20分から14時49分）まで延長された。[ 77 ] T-4分の最後の待機中に、一隻の船舶が沖合の立入禁止区域に入った。この区域はロケットブースターが分離後に落下する可能性のある海域である。船舶にその区域から立ち退くよう指示した後、打ち上げは国際宇宙ステーションとの衝突回避時間帯の終了を待つ必要があった。[ 78 ]ドーンは最終的にケープカナベラル空軍基地のスペース・ローンチ・コンプレックス17Bからデルタ7925-Hロケットで東部夏時間午前7時34分に打ち上げられ、[ 79 ] [ 80 ] [ 81 ] [ 82 ]スピン安定化固体燃料の第3段の助けを借りて脱出速度に到達した。 [ 83 ] [ 84 ]その後、ドーンのイオンスラスタが引き継いだ。

ベスタへのトランジット

イオンスラスタが11日14時間以上稼働した初期テストの後、ドーンは2007年12月17日に長期巡航推進を開始した。[ 85 ] 2008年10月31日、ドーンは2009年2月の重力アシストフライバイのために火星へ送り出すための最初の推進フェーズを完了した。この最初の惑星間巡航フェーズで、ドーンは270日間、つまりフェーズの85%をスラスタを使用して過ごした。速度の総変化は1.81 km/sで、消費したキセノン燃料は72 kg未満だった。2008年11月20日、ドーンは最初の軌道修正操作（TCM1）を実行し、1番スラスタを2時間11分噴射した。

2009年のフライバイ中にドーンが撮影した火星（テンペ・テラ北西部）のグレースケールNIR画像

ドーンは2009年2月17日、重力アシストに成功し、火星に最接近（549km）しました。 [ 86 ] [ 87 ]このフライバイにより、火星の公転速度は1億8000万年あたり約2.5cm（1インチ）遅くなりました。[ 17 ]この日、探査機はセーフモードに移行し、一部のデータ取得に問題が発生しました。探査機は2日後に完全に復旧し、その後のミッションへの影響は確認されていません。この事象の根本原因はソフトウェアプログラミングエラーであると報告されています。[ 88 ]

地球から目標地点まで巡航するため、ドーンは外側に長い螺旋軌道を描いて移動した。ベスタの実際の年代とケレスの推定年代は以下の通りである。[ 2 ]

  • 2007年9月27日：打ち上げ
  • 2009年2月17日: 火星の重力アシスト
  • 2011年7月16日：ベスタの到着と捕獲
  • 2011年8月11日～31日: ベスタ探査軌道
  • 2011年9月29日～11月2日：ベスタ初の高高度軌道
  • 2011年12月12日 – 2012年5月1日: ベスタ低高度軌道
  • 2012年6月15日～7月25日: ベスタの2回目の高高度軌道
  • 2012年9月5日: ベスタ出発
  • 2015年3月6日：セレス到着
  • 2016年6月30日：セレスの主要運用終了
  • 2016年7月1日：セレス延長ミッションの開始[ 89 ]
  • 2018年11月1日：ミッション終了

ベスタ接近

ドーン号がベスタに近づくにつれ、フレーミングカメラ装置が徐々に高解像度の画像を撮影し、それらはNASAとMPIによってオンラインおよび記者会見で公開された。

  • 2011 年 6 月 14 日 265,000 km (165,000 マイル)
    2011 年 6 月 14 日265,000 km (165,000 マイル)
  • 2011年6月24日 152,000 km (94,000 マイル)
    2011年6月24日152,000 km (94,000 マイル)
  • 2011 年 7 月 1 日 100,000 km (62,000 マイル)
    2011 年 7 月 1 日100,000 km (62,000 マイル)
  • 2011 年 7 月 9 日 41,000 km (25,000 マイル)
    2011 年 7 月 9 日41,000 km (25,000 マイル)

2011年5月3日、ドーンはベスタから120万km離れた最初の目標画像を取得し、小惑星への接近段階に入った。[ 90 ] 6月12日、ドーンのベスタに対する速度は、34日後の軌道投入に備えて減速された。[ 91 ] [ 92 ]

ドーンはイオンエンジンによる噴射期間を経て、7月16日午前5時（UTC）に軌道投入される予定だった。噴射中はアンテナが地球に向けられていなかったため、科学者たちはドーンが軌道投入に成功したかどうかをすぐに確認することができなかった。その後、宇宙船は向きを変え、7月17日午前6時30分（UTC）にチェックインする予定だった。[ 93 ] NASAは後に、ドーンからテレメトリを受信したことを確認した。テレメトリによると、宇宙船はベスタの周回軌道に正常に投入され、小惑星帯の天体を周回した最初の宇宙船となった。[ 94 ] [ 95 ]投入の正確な時刻は、ベスタの質量分布に依存するが、質量分布は当時は正確には分かっておらず、推定値しかなかったため、確認できなかった。[ 96 ]

ベスタの軌道

2011年7月16日にベスタの重力に捕らえられ、周回軌道に入った後[ 97 ] 、ドーンは太陽光エネルギーでキセノンイオンエンジンを稼働させ、より低く、より近い軌道へと移動した。8月2日、ドーンは螺旋状の接近を一時停止し、高度2,750km（1,710マイル）で69時間の調査軌道に入った。9月27日には高度680km（420マイル）で12.3時間の高高度マッピング軌道に入り、最終的に12月8日には高度210km（130マイル）で4.3時間の低高度マッピング軌道に入った。[ 98 ] [ 99 ] [ 100 ]

2011年7月15日から2012年9月10日までのドーンのベスタ4周回の軌道のアニメーション   夜明け ・  4 ベスタ
  • 2011年7月17日 16,000 km (9,900 マイル)
    2011年7月17日16,000 km (9,900 マイル)
  • 2011 年 7 月 18 日 10,500 km (6,500 マイル)
    2011 年 7 月 18 日10,500 km (6,500 マイル)
  • 2011 年 7 月 23 日 5,200 km (3,200 マイル)
    2011 年 7 月 23 日5,200 km (3,200 マイル)
  • 2011 年 7 月 24 日 5,200 km (3,200 マイル)
    2011 年 7 月 24 日5,200 km (3,200 マイル)

2012年5月、ドーンチームはベスタの研究の予備的結果を発表した。その中には、金属を豊富に含むベスタの核の大きさの推定値も含まれており、その直径は理論上220キロメートル（140マイル）とされている。科学者たちは、ベスタは「同種の最後の存在」、つまり太陽系の形成過程で岩石惑星を形成するために集まった巨大小惑星の唯一の残存例であると考えていると述べた。[ 97 ] [ 101 ] 2012年10月、ドーンチームはベスタ表面の異常な黒点や縞模様の起源に関するさらなる研究結果を発表した。これらの黒点は、おそらく古代の小惑星の衝突によって堆積したものと考えられる。[ 102 ] [ 103 ] [ 104 ] 2012年12月、ドーンがベスタの表面に一時的に流れる液体の水によって浸食されたと解釈される溝を観測したと報告された。[ 105 ] [ 106 ]ドーン計画によるベスタでの科学的発見の詳細については、ベスタのページに記載されています。

ドーンは当初、2012年8月26日にベスタを出発し、ケレスまでの2年半の旅を開始する予定だった。[ 12 ]しかし、探査機の反応ホイールの1つに問題が発生したため、ドーンはベスタの重力からの離脱を2012年9月5日まで延期せざるを得なかった。 [ 11 ] [ 107 ] [ 108 ] [ 109 ] [ 110 ]

  • 2011年8月12日、南極の小惑星ベスタにある中央丘
    2011年8月12日、南極の小惑星ベスタにある中央丘
  • ベスタの雪だるま型のクレーター
    ベスタの雪だるま型のクレーター
  • ベスタのクレーターと尾根
    ベスタのクレーターと尾根
ドーンデータに基づくベスタの地質図[ 111 ]

最も古く、クレーターが密集した地域は茶色です。ヴェネネイアとレアシルビアの衝突によって変化した地域は、それぞれ紫（北部のサトゥルナリア・フォッサ層）[ 112 ]と薄いシアン（赤道付近のディヴァリア・フォッサ層）[ 111 ]です。レアシルビア衝突盆地内部（南部）は濃い青色で、レアシルビア噴出物の近隣地域（ヴェネネイア内の地域を含む）は薄い紫青色です。[ 113 ] [ 114 ]より最近の衝突や質量減少によって変化した地域は、それぞれ黄色/オレンジ色または緑色です。

セレスへのトランジット

撮影日（2014～2015年）と解像度[ 115 ]
日付距離（km）直径（ピクセル）解像度（km/px）ディスクの照らされた 部分
12月1日1,200,000911294%
1月13日38万3000273695%
1月25日23万7000432296%
2月3日14万6000701497%
2月12日83,0001227.898%
2月19日4万60002224.387%
2月25日4万2553.744%
3月1日49,0002074.623%
4月10日3万30003063.117%
4月15日2万20004532.149%

ベスタ周回軌道上では、探査機はリアクションホイールの故障を数回経験しました。研究者たちは、ケレス到着後、近距離の地理調査地図作成のため活動内容を変更する予定でした。ドーンのチームは、リアクションホイールとイオンスラスタの両方を使用する「ハイブリッド」モードで探査機の方向付けを行うと述べました。エンジニアたちは、このハイブリッドモードが燃料を節約できると判断しました。2013年11月13日、通過中の試験準備として、ドーンのエンジニアたちはこのハイブリッドモードによる27時間にわたる一連の訓練を完了しました。[ 116 ]

2014年9月11日、ドーンのイオンスラスタが予期せず噴射を停止し、探査機はセーフモードでの運用を開始しました。推進力の喪失を避けるため、ミッションチームは稼働中のイオンエンジンと電気制御装置を緊急交換しました。チームは、この故障した部品を2014年後半に復旧させる計画を策定していると述べました。イオン推進システムの制御装置は、高エネルギー粒子によって損傷した可能性があります。2014年9月15日にセーフモードが解除されると、探査機のイオンスラスタは通常の動作を再開しました。[ 117 ]

さらに、ドーンの調査チームは、推進力の問題の後、ドーンは主通信アンテナを地球に向けることができなかったことを発見した。代わりに、より低出力の別のアンテナが一時的に再割り当てされた。この問題を解決するため、探査機のコンピュータがリセットされ、主アンテナの照準機構が修復された。[ 117 ]

セレスアプローチ

ドーンは2014年12月1日からケレスの拡張円盤の撮影を開始し[ 118 ] 、 2015年1月13日と25日には部分的な回転画像をアニメーションとして公開した。 2015年1月26日以降にドーンがケレスを撮影した画像は、ハッブル宇宙望遠鏡による同等の画像の解像度を上回った[ 119 ]。

2015年1月から3月にかけてドーンが撮影したケレスの画像の推移
  • 2015 年 1 月 25 日 237,000 km (147,000 マイル)
    2015 年 1 月 25 日237,000 km (147,000 マイル)
  • 2015年2月4日 145,000 km (90,000 mi)
    2015年2月4日145,000 km (90,000 mi)
  • 2015年2月12日 80,000 km (50,000 mi)
    2015年2月12日80,000 km (50,000 mi)
  • 2015年2月19日 46,000 km (29,000 mi)
    2015年2月19日46,000 km (29,000 mi)

2つのリアクションホイールの故障のため、ドーンは接近段階において、ベスタ接近時よりもケレスのカメラ観測回数が少なくなった。カメラ観測には探査機を旋回させる必要があり、貴重なヒドラジン燃料を消費した。軌道捕捉による本格的な観測開始前に、7回の光学航法写真撮影セッション（OpNav 1～7、1月13日と25日、2月3日と25日、3月1日、4月10日と15日）と2回のフルローテーション観測セッション（RC1～2、2月12日と19日）が計画されていた。3月と4月上旬の観測休止は、ドーンから見るとケレスが太陽に近すぎて安全に写真を撮ることができない時期だったためである。[ 120 ]

ケレスの軌道

2015年2月1日から2025年2月1日までのケレス周回軌道アニメーション   夜明け ・  セレス
軌道と解像度のマッピング[ 121 ] –コモンズ上のドーンによるケレスの写真
軌道位相いいえ。日付[ 122 ]高度（km; mi）[ 123 ]軌道周期解像度（km/px）ハッブルよりも改善注記
RC31位2015年4月23日～5月9日13,500 km (8,400 マイル)15日間1.324×
調査2位2015年6月6日～30日4,400 km (2,700 マイル)3.1日0.4173×
ハモ3位2015年8月17日～10月23日1,450 km (900 マイル)19時間0.14（140メートル）217×
LAMO/XMO14番目2015年12月16日～2016年9月2日375 km (233 マイル)5.5時間0.035（35メートル）850×
XMO25番目2016年10月5日～11月4日1,480 km (920 マイル)19時間0.14（140メートル）217×[ 124 ] [ 125 ] [ 126 ]
XMO36番目2016年12月5日～2017年2月22日7,520–9,350 km (4,670–5,810 マイル)約8日間0.9（推定）34倍（推定）[ 125 ] [ 127 ]
XMO47日2017年4月22日～6月22日13,830–52,800 km (8,590–32,810 マイル)約29日[ 128 ]
XMO58日2017年6月30日～2018年4月16日4,400 ～ 39,100 km (2,700 ～ 24,300 マイル)30日間[ 128 ] [ 129 ] [ 130 ]
XMO69日2018年5月14日～31日440 ～ 4,700 km (270 ～ 2,920 マイル)37時間[ 131 ]
XMO7（最終版）10日2018年6月6日～現在35～4,000 km (22～2,485 マイル)27.2時間[ 132 ] [ 133 ] [ 134 ] [ 135 ]

ドーンは2015年3月6日にケレスの周回軌道に入りました[ 136 ] 。これはニューホライズンズが冥王星に到着する4ヶ月前のことでした。ドーンはこうして、準惑星を近距離で探査した最初のミッションとなりました[ 137 ] [ 138 ] 。ドーンは当初ケレスの極軌道に入り、軌道の改良を続けました。この期間中に、ケレスの完全な地形図を初めて取得しました[ 139 ] 。

2015年4月23日から5月9日にかけて、ドーンは高度13,500 km（8,400 mi）のRC3軌道（回転特性3）に入った。RC3軌道は15日間続き、その間ドーンは写真撮影とセンサー測定を交互に行い、得られたデータを地球に送信した。[ 140 ] 2015年5月9日、ドーンはイオンエンジンを起動し、1ヶ月かけて2番目のマッピングポイントであるサーベイ軌道（以前の軌道よりもケレスに3倍近い）まで螺旋降下を開始した。探査機は新しい軌道への螺旋降下中に2回停止し、ケレスの画像を撮影した。

2015年6月6日、ドーンは高度4,430 km（2,750 mi）の新しいサーベイ軌道に入りました。新しいサーベイ軌道では、ドーンは地球の3日ごとにケレスを周回しました。[ 141 ]サーベイフェーズは22日間（7周回）続き、ドーンのフレーミングカメラでケレスの全球画像を取得し、可視赤外線マッピング分光計（VIR）で詳細な全球地図を作成することを目的としていました。

2015年6月30日、ドーンは方位システムに異常が発生し、ソフトウェアの不具合に見舞われました。ドーンはセーフモードに移行し、エンジニアに信号を送信しました。エンジニアは2015年7月2日にエラーを修正しました。エンジニアは、異常の原因がドーンのイオンエンジンの1つに関連する機械式ジンバルシステムに関連していると判断しました。別のイオンエンジンに切り替え、2015年7月14日から16日にかけて試験を実施した後、エンジニアはミッションを続行できることを認定しました。[ 142 ]

2015年8月17日、ドーンはHAMO軌道（高高度地図作成軌道）に投入された。[ 143 ]ドーンは高度1,480km（920マイル）まで降下し、2015年8月から2ヶ月間のHAMOフェーズを開始した。このフェーズの間、ドーンはVIRとフレーミングカメラを用いて、サーベイフェーズよりも高い解像度でほぼ地球規模の地図を取得し続けた。また、地表を3Dで解像するために ステレオ撮影も行った。

2015年10月23日、ドーンはケレスに向かって2ヶ月間のスパイラル軌道を周回し、375km（233マイル）の距離にあるLAMO軌道（低高度マッピング軌道）に到達しました。2015年12月にこの4周回軌道に到達して以来、ドーンはガンマ線・中性子検出器（GRaND）をはじめとする観測機器を用いて、ケレスの表面組成を特定するためのデータを取得する予定でした。[ 125 ]

測量目標を上回ったドーンは、 2016年9月2日から高度1,460 km (910 mi) の5周目の科学軌道に上昇し、別の角度からの追加観測を完了した。[ 144 ]ドーンは2016年11月4日、2016年12月までに到達することを目標に、高度を7,200 km (4,500 mi) の6周目の科学軌道に上げ始めた。より高高度に戻ることで、この高度で2回目のデータセットの取得が可能になり、最初のデータセットに追加することで全体的な科学データの品質が向上する。ただし、今回は探査機が螺旋状に回転せず、ケレスと同じ方向に周回する位置に配置されたため、推進剤の消費量は削減された。[ 145 ]

ミッション終了

ケレスミッションの完了後に小惑星2パラスへのフライバイが提案されたが、正式には検討されなかった。パラスの軌道はケレスに対して傾斜が大きいため、ドーンがパラスを周回することは不可能だったからである。 [ 146 ]

2016年4月、ドーン計画チームはNASAに対し、探査機がケレスの軌道を離脱し、2019年5月に小惑星145 アデオナに接近通過する延長ミッションの提案を提出した。 [ 147 ] 3つ目の小惑星への訪問で得られる科学的知見は、ケレスに留まることで得られる成果を上回る可能性があると主張した。[ 89 ]しかし、NASAの惑星ミッション上級審査委員会は2016年5月にこの提案を却下した。[ 148 ] [ 149 ] 1年間のミッション延長が承認されたが、審査委員会は、特に近日点に近づくにつれて準惑星の長期観測によって、より良い科学的知見が得られる可能性があるとして、ドーンをケレスに留まるよう命じた。 [ 89 ]

1年間の延長は2017年6月30日に期限切れとなった。[ 150 ] [ 151 ]宇宙船はケレス周辺の制御されていないが比較的安定した軌道に配置され、2018年10月31日までにヒドラジン推進剤が尽き、[ 7 ]少なくとも20年間は「記念碑」として残ることになる。[ 8 ] [ 152 ] [ 7 ]

ケレス –ドーン探査機による最後の画像（2018年9月1日）[ 8 ] [ 152 ] [ 7 ]
アフナ山
オクタトルクレーター

メディア

高解像度画像

低高度マッピング軌道で撮影されたケレスの高解像度画像

セレスアトラス画像

全体
カーワンセクション（PDF版）
アサリ-ザデニ断面（PDF版）
オクタトールセクション（PDF版）

ケレスの地図

  • セレスの地物名の地図
    セレスの地物名の地図
  • ケレスの地形図
    ケレスの地形図

上空飛行動画

参照

Ceresの特徴
その他の小惑星探査ミッション

参考文献

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