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地球重力場観測

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地球重力場観測 - PowerPoint PPT Presentation


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Decigo-ws (2008/4/16). 地球重力場観測. 新谷昌人 ( 東大地震研究所 ). 人工衛星による地球重力場観測 人工衛星の軌道 から地球重力場を検知 GPS ・地球重力場の研究                             ・水の監視                              (地下水、氷床)                             ・地殻変動の監視                              (地震、火山噴火) -> 地球環境監視. 海外の重力ミッション

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Presentation Transcript
slide1

Decigo-ws

(2008/4/16)

地球重力場観測

新谷昌人 (東大地震研究所)

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人工衛星による地球重力場観測

人工衛星の軌道から地球重力場を検知

GPS

・地球重力場の研究

                            ・水の監視

                             (地下水、氷床)

                            ・地殻変動の監視

                             (地震、火山噴火)

-> 地球環境監視

slide3

海外の重力ミッション

CHAMP (独), GRACE (米・独)

・・・ 地球重力場の精度向上、質量変動(アマゾン陸水の

  季節変動)検出

GRACE

slide4

GRACE衛星で検知された重力場の季節変動

アマゾン地域の重力変化は「水」によるものと考えられる。

slide6

GRACEで観測された重力場の変化

(2004年スマトラ島沖地震の前後)

slide7

重力ミッション用衛星

・drag-free 衛星 + GPS受信機(位置情報)

あるいは

・通常衛星  + GPS受信機(位置情報)

         + 加速度計(dragの検知)

slide8

加速度計による非重力擾乱の補正

非重力擾乱 ・・・ 大気抵抗、太陽・地球輻射圧(10-6~10-8m/s2)

衛星軌道のdrag

-> 衛星搭載加速度計で

                           非重力擾乱を検知、

dragを補正

精度~ 10-11m/s2

                           (0.1mm/周回に相当)

slide9

GPS/TEC観測 

プラズマ圏 (電子密度)

電離層トモグラフィ

 軌道擾乱観測

 軌道変動から

地球重力場測定

大気ドラッグより大気密度を測定(400-1000km)

GPS掩蔽観測

雪氷圏 (氷床・氷河)

海洋 (深層流、大気荷重応答)

対流圏・成層圏

(温度・湿度など)

電離層 (電子密度分布)

陸水 (水循環、土壌水分)

マントル (ポストグレーシャル

リバウンド)

GPS海面反射

海面高度分布

波浪・海上風測定

X

X

X

X

X

GPS衛星

科学目的

GPS衛星

slide10

「日本版衛星重力ミッション」の提案

海外のミッション ・・・ 少数精鋭、高コスト

日本版(GPS+加速度計)

           ・・・ 小型低軌道(LEO)衛星、低コスト・多数

-> 時間・空間分解能の向上、開発・打ち上げ期間短縮

イメージとしては・・・「衛星重力アレイ」

・GPS受信機と加速度計のユニット

(小型軽量、高性能、低価格)

・(50kg程度)LEO衛星を複数台

今後の地球周回衛星にも標準搭載

・小型LEO衛星網を用いた高時空間分解能での地球観測

水資源探査、天気予報・気候変動予測、

海面変動、宇宙天気予報などに貢献

http://genesis.jpl.nasa.gov

slide11

CHAMPの加速度計

  ・・・ 静電容量センサ・アクチュエータ

slide12
加速度計の構成

・参照(浮上)マスの位置・姿勢を複数の

レーザー干渉計で計測

・参照マスの重心における並進および回転

(計6自由度)の加速度を同時検出

・レーザーの波長を基準に加速度計を

自己校正

・最大検知加速度10-6m/s2

・分解能10-11m/s2

・サイズ 10cm×10cm×20cm程度(加速度計本体+光源・制御部)

・重量  5kg程度

・消費電力  20W以内

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開 発 状 況
  • (1)レーザー干渉計測を利用した加速度計 ・・・ 地上型加速度計の
  •                                埋設性能試験
    •    基本動作の検証、雑音レベルの評価
  • (2)磁気浮上マスの姿勢制御テスト ・・・ 2自由度での浮上マスの制御
  • 高温超伝導磁場中で浮上した永久磁石を静電アクチュエーターで
  •                                     姿勢制御

レーザー干渉計式加速度計

浮上マスの制御実験高温超伝導磁気浮上装置

slide14

磁気浮上試験  ・・・ 

無重力環境の浮遊(非束縛)マス

制御をsimulate

超伝導磁場で浮上した永久磁石

・・・・着磁や荷重等の条件でX,Y方向の

   柔らかさが変わる

浮上体の位置をopticalに検出して、姿勢制御する

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DPF開発における共通技術

・レーザー干渉計をセンサーとしたマスの位置検出・制御

 (ハウジング Local Sensor の高精度化)

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マイケルソン干渉計の

ユニット化

 ・・・ 小型化、安定化

レーザー干渉計式地震計

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まとめ  地球重力場観測

・GPS受信機と加速度計 or drag-free衛星があれば

 地球重力場の観測が可能

・重力とGPS掩蔽などにより質量分布変動をグローバルに監視

気象予報、気候変動、水資源の監視、超高層大気物理

  地球重力場、地震・地殻変動

・DPF開発では,ハウジングにおける

マスの位置検出・制御が共通技術(協力体制)

・DPFの地球重力場の影響の見積もりやDPFを用いた

 地球科学の可能性 ->地物重力グループとの連携