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MAXI の開発作業の 現状

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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MAXI の開発作業の 現状

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. 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？

  6. 全天X線監視装置の成果例 MAXIで期待される観測例

  7. 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

  8. Mrk421とMrk501の　　　　　　　　　　　　X線時間変動Mrk421とMrk501の　　　　　　　　　　　　X線時間変動 1day

  9. Mrk421の広バンドスペクトル 　電波　　　　　　光　　　　　　X線　　　　　　1012γ線　　1015γ線

  10. R-band and X-ray correlation NGC3514 Smoothed R-band (advanced) sampling inteｒval ~ 4.3 - 17 d Maoz et al. 2002, AJ 124, 1988

  11. 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.

  12. MAXIの開発状況 ミッションチームの作業

  13. MAXI チーム（2003年9月）

  14. 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 ｽﾍﾟｰｽ DTU JAXA SEC JAXA JEM-EF MAXI ＨＴＶ JAXA-OCS ミッション 系 ミッション 素子 GSC/RBM GSC素子 SSC/ LHP SSC素子 MAXIバス 系 オンボード ソフト 地上データ 解析システム 星姿勢計 GPS

  15. 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

  16. 音響試験中のMAXI-TMM 2002.9

  17. 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

  18. 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。

  19. GSC受け入れ振動試験（筑波） 小型衛星試験棟

  20. 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。

  21. GSC-GRW弛みの原因 電子ビーム溶接 ガス封入による膨らみ

  22. 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°)

  23. 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

  24. 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

  25. GSCのエネルギーの線形性の試験データ Xe-L edge

  26. 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

  27. X線ビーム スリット

  28. Scan　方向 三角レスポンスデータ

  29. ＨＩＣ回路 [Amp+Peak Hold] （理研） ピークホールド部 　　　　　ＳＤ２１５ ＯＵＴ ＩＮ ゲイン部 ＤＧ４４２

  30. 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

  31. 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

  32. 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

  33. 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]

  34. 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)

  35. SSC回路のノイズ調整（JAXA） CCD読出し雑音 改良方法の種類

  36. RBM：筑波での 電子線照射実験 (東工大・筑波)

  37. 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

  38. 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）

  39. 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

  40. 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

  41. 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)

  42. 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

  43. 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

  44. 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。

  45. 有難うございました。

  46. 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

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