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MAXI の開発作業の 現状

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MAXI の開発作業の 現状. 松岡 勝 ISAS ISS プロジェクト室 2004.10.19 火曜セミナー 筑波宇宙センター. 内容. 全天 X 線監視の科学的意義 全天 X 線監視装置の歴史 開発の経過と今後 全天 X 線監視装置の成果・観測例 MAXI の開発状況  ・センサー( GSC,SSC)  ・ミッション  ・システム  ・サポート装置  ・地上データ処理 開発時及び将来の問題点. 全天 X 線監視の科学的意義. 活動的な宇宙、予測出来ない現象を調べる . X 線新星、 X 線バースター、トランジェント天体、

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Presentation Transcript
slide1
MAXIの開発作業の現状

松岡 勝

ISASISSプロジェクト室

2004.10.19

火曜セミナー

筑波宇宙センター

slide2
内容
  • 全天X線監視の科学的意義
  • 全天X線監視装置の歴史
  • 開発の経過と今後
  • 全天X線監視装置の成果・観測例
  • MAXIの開発状況

 ・センサー(GSC,SSC)

 ・ミッション  ・システム  ・サポート装置

 ・地上データ処理

  • 開発時及び将来の問題点
slide3
全天X線監視の科学的意義
  • 活動的な宇宙、予測出来ない現象を調べる.
  • X線新星、X線バースター、トランジェント天体、

 ガンマ線バースト などが見つかってきた.

  • 発見後、詳細な観測を狭視野望遠鏡で調査.

 早い時期での多波長観測例はまだ少数.

  • 地上の観測装置の増加で変動天体の情報要.

 光の望遠鏡(含アマチュア)

 超高エネルギーγ線望遠鏡

 ニュートリノ観測装置

 重力波観測装置

x ray a ll s ky m onitor asm 10
X-ray All Sky Monitorの比較・歴史-- ASM はほぼ10年毎に進展があった が--

感度

  • Vela 5 a&b (USA)late 1960 era g-ray bursts, X-ray novae > 100 mC
  • Ariel 5 (UK) late 1970 era Systematic obs. of X-ray novae > 50 mC
  • Ginga (Japan) late 1980 era

Spectral obs. of X-ray novae > 30 mC

  • RXTE (USA) mid1990 and now

Systematic obs. of Galactic X-ray targets > 10 mC

・・・・・・・・・・ ブランク !!・・・・・・・・・・・

  • (2004.11 SWIFT (γ線バーストモニタ) ~ 2 str. Sky)
  • MAXI (Japan) ~ 2008 AGN > 1 mC
  • Lobster-ISS (UK &) 2010以降 Syst. AGN ~ 0.1 mC
slide5
開発の経過と今後
  • 1997年度: MAXI開発チームスタート
  • 1998年度: 概念設計完了
  • 2000年度: 基本設計審査会完了
  • 2001年度: 熱・構造モデル製作し試験実施
  • 2002年度: ミッション系の詳細設計審査会完了
  • 2003年度: システム系の詳細設計審査会完了
  • 2003年度から: 搭載ミッション機器製作、JEM-EFとの調整
  • 2004-5年度(現在): サブシステム製作・試験、安全審査等

                地上データ処理装置の設計・試験

  • 2006年度初め: 一次かみ合わせ
  • 2007年度: 総合試験
  • 2005-7年度: 地上データ処理・解析装置の製作
  • 2008年度: HTVで打上げ?
slide6

全天X線監視装置の成果例

MAXIで期待される観測例

slide7

A Light Curve of An X-Ray Nova during Rising Phase

GS 2000+25

with Ginga-ASM

Advection–dominated accretion flow!

Tsunemi et al . ApJ.L 337 (1989), L81

mrk421 mrk501 x
Mrk421とMrk501の            X線時間変動Mrk421とMrk501の            X線時間変動

1day

mrk421
Mrk421の広バンドスペクトル

 電波      光      X線      1012γ線  1015γ線

r band and x ray correlation
R-band and X-ray correlation

NGC3514

Smoothed R-band

(advanced)

sampling interval ~ 4.3 - 17 d

Maoz et al. 2002, AJ 124, 1988

slide11

Galactic OVII & VIII Map with SSC

MAXI SSC expected counts: 80- 310 counts in 1.5°x1.5° for 2 yr operation. Obs.eff.=0.7

Galactic Soft X-ray Spectra correspond’g to each Sky Region.

Markevitch et al. 2003 ApJ.

ROSAT all-sky map of CXB

Snowden et al. 1997 ApJ.

slide12

MAXIの開発状況

ミッションチームの作業

slide14

ミッションチームと担当メーカ

Metorex

理研

東工大

青学大

JAXA

JAXA

理研

東工大

青学大

明星

電気

浜ホト

Swales

阪大

JAXA

JAXA

阪大

理研

JAXA

阪大

東工大

青学大

日大

NT

スペース

DTU

JAXA

SEC

JAXA

JEM-EF

MAXI

HTV

JAXA-OCS

ミッション

ミッション

素子

GSC/RBM

GSC素子

SSC/

LHP

SSC素子

MAXIバス

オンボード

ソフト

地上データ

解析システム

星姿勢計

GPS

slide15

Radiator for X-ray CCDs

Grapple Fixture for a robot arm

Electronics

Optical Star Sensor

Solid-state Slit

Camera (SSC)

: X-ray CCD

Gas Slit Camera (GSC)

: X-ray gas proportional counter

MAXI Payload

100cm

PIU

GPS

ATCS

80cm

RLG

180cm

Total weight: 490 kg

slide17

MAXIの感度とシミュレーションの結果

X線バーストの検出

検出感度

Systematic error

1周    1日  1週

2ヶ月のマップ

1周のマップ

gsc gsc
検出器(GSC)の製作前作業GSCカーボン芯線取り(理研)検出器(GSC)の製作前作業GSCカーボン芯線取り(理研)

使用前

使用後

キーエンス顕微鏡の導入

本体 VH-5000

レンズ VH-Z75 (倍率 75-750倍)

シグマ X-ステージ

トリクロルエチレンを含ませた

キムワイプでふき取る。

ggsc nd

EM003

斜め入射試験

Xray

電子

電場

C0

X線

2.5mm

C0 芯線ゲインマップ

芯線

C1

セルの深さごとのゲインを

芯線の一次元座標で表す

C0 と C1 の境界で

Grid線 の緩みが確認された。

C1芯線ゲインマップ

GGSC-ND線問題経過(理研)
  • 2001年12月 EM03 カウンターでGND線の緩みが発見された。その後の試験(斜め入射試験)で EM01、EM02 でも同様の問題が見つかった。
slide21

GSC-GRW弛みの原因

電子ビーム溶接

ガス封入による膨らみ

slide22

FM008

受け入れ検査体制(理研)
  • 放医研にてX線写真撮影
  • 撮影条件 120[kV] 20[mA] 120[sec]

真空ポンプで~3mbarまで引く

スぺーサー(8.5°)

slide23
カウンターのゲインマップ(理研)

C0セルのゲインマップ

Cu 1650V

2DMap、2mm、3s

X=-80mm

Xscan、1mm、30s

  ゲイン分布

   ゲイン変化

   最大10%程度

  位置分解能

1.4mm@8keV

slide24

GSCエネルギー校正試験 (青学大・筑波)

Off-wire

(P3+10)

On-Wire (P3)

10mm

2次X線

5mm

1次X線

2次ターゲットチェンバー            

GSCカウンター

R

L

印加電圧

1400V:E vs PH ほとんど線形

1650V:実際にGSCを使用

GSCの観測領域は2-30keVである。

S(2.31keV), Cl(2.62keV), Ca(3.69keV), Ti(4.51keV), V(4.95keV), Cr(5.41keV), Fe(6.40keV), Cu(8.05keV), Zn(8.69keV),Se(11.22keV), Y(14.96keV), Mo(17.48keV), Ag(22.16keV)

13種類

slide26

コリメーター試験(筑波)

エンジニアリングモデル

GSC用コリメータ

材質 : 燐青銅

厚さ : 100μm

間隔 : 3.1mm

枚数 : 128枚

(1カウンターに64枚)

1.5°FWHM 相当

collimator set

= 64sheets

64枚

1 collimator unit

= 4sheets

slide27

X線ビーム

スリット

slide28

Scan 方向

三角レスポンスデータ

amp peak hold
HIC回路 [Amp+Peak Hold]

(理研)

ピークホールド部

     SD215

OUT

IN

ゲイン部

DG442

slide30

放射線照射試験

都立産業技術研究所

60Co

HIC

1mの円

1krad/30分 @1m

ccd 48
CCD [48個の選定(阪大)]
  • X線の光子を検出し、電気信号に変換する。
  • 優れたエネルギー分解能、位置分解能と適度な時間分解能を併せ持つバランスのよい検出器

SSC用CCDの仕様 浜松ホトニクス社製 画素数 : 1024×1024 画素サイズ : 24mm×24mm

25mm

SSC用CCDの外観

slide32
真空チェンバー内部(阪大)

冷却板(-60℃~-100℃)

CCD

CCD

シャッター

X線源

左図:CCD取り付け治具 全体図上図:正面図

・CCD2素子を同時に駆動する・CCDの受光面は常に下向き・X線はCCDの下側から照射する

slide33
全素子性能分布(1)

素子数

読み出し雑音 [e-]

エネルギー分解能 [eV]

slide34
全素子性能分布(2)

素子数

70

60

80

65

空乏層厚 [mm]

暗電流(-50℃)[e-/画素/秒]

検出効率 [%] (XISの空乏層厚は68mm)

slide35

SSC回路のノイズ調整(JAXA)

CCD読出し雑音

改良方法の種類

1 5 mev

放射線モニター(RBM) (東工大)

1.5 MeV の電子照射

400 keV の電子照射

● 107 cts/s までは正常

● 106 cts/s までは正常

●>107 cts/s では“窒息”と

 “生還”を繰り返す

● >106 cts/s では“窒息”と

 “生還”を繰り返す

窒息?

窒息?

アナログ出力

RBMトリガ

slide38

受信アンテナ

受信機

MAXI搭載用GPS受信機(JAXA)

・絶対時刻データ取得/正時クロックパルス生成用に使用。

・民生品(鯨衛星で搭載実績のある車載用受信機)の改修によりコストダウン。

・JAXA宇宙実証研究共同センターと共同で開発中。

重量   : 約250g

消費電力: 1.56W

正時パルス:精度1msec以下(1PPS)

時刻精度: 0.1msec以下

MAXI用GPS受信機/アンテナ(EM)

lhprs lhp and radiator system jaxa
LHPRS(LHP and Radiator System)(JAXA)

Evaporator

-Z Panel

+X Panel

-Z Panel

Honeycomb panels with embedded LHP condenser lines and aluminum facesheets

Accumulator

CondenserLines

+X Panel

LHPRS概観図1

LHPRS概観図2

lhp steady state performance

0

0

-20

-20

-40

-40

-60

-60

-80

LHP Steady State Performance

(JAXA)

目的:

  • 定常状態におけるLHP動作の確認
    • HOT, NOMINAL, COLDの3モード
    • CCDカメラの温度状態確認
    • ラディエータにおける放熱状態確認

Vapor

Liquid

Vapor

Liquid

HOT Case

HOT Case

NOMINAL Case

NOMINAL Case

Temperature [deg C]

Temperature [deg C]

COLD Case

COLD Case

ThermocouplePositions

ThermocouplePositions

-Z Radiator

+X Radiator

slide41

機上データプロセッサー(EM)の試験(理研/筑波)機上データプロセッサー(EM)の試験(理研/筑波)

slide42

地上データ処理システムの開発     (理研・日大・JAXA)地上データ処理システムの開発     (理研・日大・JAXA)

ISS-JEM

通 信

OCS(筑波)

U-BIS(筑波)

ISS/MAXI-QLチェック

MAXI

2003~4試験実施

2005~6製作

低速系DPシステム

試験のため

データ解析システム

観測シミュレータ

中速系DPシステム

速報システム

公開システム

2003~4基本ソフト開発

slide43
MAXI開発の現在、将来の問題
  • ISS-JEMのデータ処理システムと即時性の開発

JEMの通信系、運用系とMAXIとの整合性

  • MAXI遅延によるサイエンスチーム体制の維持

   理研、大阪大、東工大、青学大、日大

   大学院教育問題

  • MAXI遅延による外部(外国含む)への信用問題
  • 遅延による科学的意義、装置の改良・発展
  • 遅延による予算の増加の抑制努力
  • ESA-Lobster-ISS(2010年以降)との競合の調整
slide44
まとめ
  • 全天X線監視装置は宇宙物理学にとってどの時期にも要求され、重要な役割を果たせる。
  • 2008年の前後に同様な競合装置はない。
  • 但し、装置、チームには賞味期限がある。
  • MAXIの開発にはJAXA以外に、理研、阪大、

 青学大、東工大、日大、(筑波大)の研究者、大学院生の協力で作業中。

  • 装置の試験には2~3年の時間を要する。
  • LHP, VSC, GPSはJAXAが深く関与して開発。
maxi x
MAXIの全天X線監視の役割
  • ブラックホールや活動銀河核など動的宇宙の監視

 ・ RXTE(米)のASMと引き継ぐ

 ・ 主な活動銀河核の長期変動の監視

  • 多波長観測分野のミッションに情報提供と交換

 ・ 光、電波、X線、超高エネルギーγ線

  • 当該時期での宇宙の全天X線マップの作成

 ・ 銀河内の高温ガスを酸素、珪素、鉄などのX線

   輝線で分布

 ・ 遠い活動銀河核の全天分布をX線で調査