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、 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
MAXI - Monitor of All-sky X-ray ImageMAXI - Monitor of All-sky X-ray Image
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、 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 All Sky Monitor の比較・歴史
-- ASM はほぼ 10 年毎に進展があった が --• Vela 5 a&b (USA) late 1960 era -ray
bursts, X-ray novae > 100 mC• Ariel 5 (UK) late 1970 era Systematic o
bs. 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
感度
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• 200 3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?
全天 X 線監視装置の成果例
MAXI で期待される観測例
A Light Curve of An X-Ray Nova during Rising
Phase
GS 2000+25
with Ginga-ASM
Tsunemi et al . ApJ.L 337 (1989), L81
Advection–dominated accretion flow!
Mrk421 と Mrk501 の X 線時間変動
1day
Mrk421 の広バンドスペクトル
電波 光 X 線 1012
γ 線 1015γ 線
R-band and X-ray correlation
sampling inte r val ~ 4.3 - 17 d
Smoothed R-band
(advanced)
Maoz et al. 2002, AJ 124, 1988
NGC3514
Galactic OVII & VIII Map with SSC
ROSAT all-sky map of CXB
Galactic Soft X-ray Spectra correspond’g to each Sky Region.
Snowden et al. 1997 ApJ.
Markevitch et al. 2003 ApJ.
MAXI SSC expected counts: 80- 310 counts in 1.5°x1.5° for 2 yr operation. Obs.eff.=0.7
MAXI の開発状況
ミッションチームの作業
MAXI チーム( 2003 年 9月)
ミッション系
MAXI バス 系
ミッション素子
GSC/RBM
MAXI
SSC/LHP
GSC 素子
SSC 素子
星姿勢計
ミッションチームミッションチームと担当メーカと担当メーカ
理研東工大青学大JAXA
阪大JAXA
JAXA理研
東工大青学大
JAXA阪大
地上データ解析システム
明星電気
NTスペース
Swales
Metorex
浜ホト
GPS
理研JAXA阪大東工大青学大日大
JAXADTU
JAXA SEC
オンボードソフト
HTV
JEM-EF
JAXA-OCS
Grapple Fixture for a robot armGrapple Fixture for a robot arm
ElectronicsElectronics
Gas Slit Camera (GSC)Gas Slit Camera (GSC): X-ray gas proportional counter: X-ray gas proportional counter
Solid-state SlitSolid-state SlitCamera (SSC)Camera (SSC): X-ray CCD: X-ray CCD
Optical Star SensorOptical Star Sensor
Radiator for X-ray CCDsRadiator for X-ray CCDs
180cm180cm
80cm80cm
100cm100cm
Total weight: 490 kgTotal weight: 490 kg
MAXI Payload
ATCS
PIU
RLG
GPS
音響試験中の MAXI-TMM
2002.9
Systematic error
1周 1日 1週
MAXI の感度とシミュレーションの結果
検出感度
X 線バーストの検出
1周のマップ
2ヶ月のマップ
検出器( GSC) の製作前作業GSCカーボン芯線取り(理研)
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
使用前 使用後
トリクロルエチレンを含ませたキムワイプでふき取る。
GSC受け入れ振動試験(筑波) 小型衛星試験棟
GGSC-NDGGSC-ND 線問題経過(理線問題経過(理研) 研)
• 20012001 年年 1212 月 月 EM03 EM03 カウンターでカウンターで GNDGND 線の緩線の緩みが発見された。その後の試験(斜め入射試験)みが発見された。その後の試験(斜め入射試験)で で EM01EM01 、、 EM02 EM02 でも同様の問題が見つかった。でも同様の問題が見つかった。
芯線
Xray斜め入射試験
電子
セルの深さごとのゲインを芯線の一次元座標で表す
X 線
C0 芯線ゲインマップ
C1芯線ゲインマップ
電場
C0 と C1 の境界でGrid 線 の緩みが確認された。
2.5mm2.5mm
C0
C1
EM003
GSC-GRW弛みの原因
電子ビーム溶接
ガス封入による膨らみ
受け入れ検査体制(理受け入れ検査体制(理研)研)
放医研にてX線写真撮影 放医研にてX線写真撮影 撮影条件 撮影条件 120[kV] 20[mA] 120[sec]120[kV] 20[mA] 120[sec]
スぺーサー (8.5°)真空ポンプで~ 3mbar まで引く
FM008FM008
カウンターのゲインマップ(理研)
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
C0セルのゲインマップ Cu 1650V
X=-80mm
2DMap 、 2mm 、 3s
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(8.69ke
V),Se(11.22keV), Y(14.96keV), Mo(17.48keV), Ag(22.16keV)
GSC エネルギー校正試験 (青学大・筑波 )
2 次ターゲットチェンバー
GSCカウンター
1 次 X 線
2 次 X 線
R L
13種類
1400V : E vs PH ほとんど線形
1650V: 実際に GSC を使用
印加電圧
10mm
Off-wire
(P3+10)
On-Wire (P3)
5mm
GSC のエネルギーの線形性の試験データ
Xe-L edge
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
エンジニアリングモデル
64枚1 collimator unit = 4sheets
collimator set = 64sheets
コリメーター試験 ( 筑波 )
スリッ
ト
X 線ビーム
三角レスポンスデータ
Scan 方向
HIC回路 [Amp+Peak Hold]
INOUT
ゲイン部DG442
ピークホールド部 SD215
(理研)
都立産業技術研究所
HIC
60Co
1krad/30 分 @1m
1m の円
放射線照射試験
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
25mm
SSC用 CCD の外観
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 : 24m×24m
真空チェンバー内部 (阪大 )冷却板 (-60 ~-100 )℃ ℃
CCD
CCD
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
シャッター
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]
全素子性能分布 (2)
検出効率 [%] ( XIS の空乏層厚は 68
m)
素子数
暗電流 (-50 )℃ [e-/画素 /秒 ]
60 65 70空乏層厚 [m]
80
SSC回路のノイズ調整( JAXA )
CC
D
読出し雑音
改良方法の種類
RBM :筑波での 電子線照射実験(東工大・筑波 )
1.5 MeV の電子照射● 107 cts/s までは正常● >107 cts/s では“窒息”と “生還”を繰り返す
窒息?
アナログ出力
RBM トリガ
400 keV の電子照射● 106 cts/s までは正常● >106 cts/s では“窒息”と “生還”を繰り返す
窒息?
放射線モニター( RBM) (東工大)
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。
受信アンテナ
受信機
MAXI用 GPS受信機/アンテナ( EM )
重量 : 約 250g
消費電力: 1.56W
正時パルス:精度 1msec以下(1 PPS)
時刻精度: 0.1msec 以下
LHPRS (LHP and Radiator System) ( JAXA)
Honeycomb panels with embedded LHP condenser lines and aluminum facesheets
Condenser Lines
- Z Panel
+ X Panel
Evaporator
Accumulator
LHPRS 概観図1 LHPRS 概観図2
+X Panel -Z Panel
LHP Steady State Performance
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
HOT Case
NOMINAL Case
COLD Case
Thermocouple Positions
-Z Radiator
Tem
pera
ture
[deg
C] 0
-20
-40
-60
+X Radiator
Thermocouple Positions
Tem
pera
ture
[deg
C] 0
-20
-40
-60
-80
HOT Case
NOMINAL Case
COLD Case
Vapor LiquidVapor Liquid
( JAXA )
機上データプロセッサー (EM) の試験 ( 理研 /筑波 )
地上データ処理システムの開発 (理研・日大・ JAXA)
ISS-JEM
OCS( 筑波 )
U-BIS (筑波)
MAXI
低速系 DP システム
中速系 DP システム
観測シミュレータ
データ解析システム
速報システム
公開システム
通 信
試験のため
2003~4試験実施
2005~6 製作
2003~4 基本ソフト開発
ISS/MAXI-QL チェック
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
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。
有難うございました。
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