はやぶさ近況　距離を測る光の矢

「はやぶさ」

　本連載では，今月から数回にわたって，イトカワ観測に活躍した装置の紹介をします。第１回目は，ＬＩＤＡＲ(レーザ高度計)です。

　ＬＩＤＡＲは「LIght Detection And Ranging」の略で「ライダー」と呼ばれ，レーザパルスを発射して探査機と小惑星の距離を測定するレーザ高度計です。小惑星イトカワに接近・着陸する「はやぶさ」にとって，ＬＩＤＡＲは大変重要な航法センサーであるとともに，イトカワの自転を利用した表面形状測定，重力推定などの科学観測を行う観測機器でもあります。ＬＩＤＡＲは大きく分けて，レーザ送信機，受信光学系，制御回路部の三つの部分から構成されています。

　レーザ送信機は，距離測定のために15ns(ナノ秒：１０億分の１秒)の光のパルスを作る部分です。光は1nsに約30cm進みますから，レーザパルスは約4.5mの長さになります。使用しているレーザはＹＡＧレーザで，Ｎｄ：ＹＡＧ(Neodymium doped Yttrium Aluminum Garnet)結晶に半導体レーザで光を当ててレーザ発振させ，直径３mm，波長1.064μm(１μm＝1/1000mm)の赤外光を，１秒に１回の割合で出しています。レーザは，蓄えられたエネルギーを０スイッチといわれる方法で一気に放出することで，１MW(100万ワット)のレーザ光を出射します。言い換えれば，ＬＩＤＡＲは，心臓部であるガーネット宝石のレーザからイトカワに向けて，長さ4.5mの光の矢を１秒に１回放っているわけです。

　放たれた光の矢は小惑星表面に当たると砕けて飛び散りますが，飛び散った光(散乱光)はわずかながらＬＩＤＡＲの方へ戻ってきます。50kmも離れるとこの光のエネルギーは約１５０億分の１に減衰してしまいますが，口径100mmのカセグレン望遠鏡と電子雪崩を使った検出器(ＡＰＤ：Avalanche Photo Diode)を組み合わせた鋭い目で，返ってきた光を見つけ出します。制御回路部では，レーザパルスを発射してから散乱光を検出するまでの間，デジタルカウンターを回して光の往復時間を測定します。この光の往復時間から，小惑星と探査機の距離を１mの精度で測定することができます。

はやぶさ搭載ＬＩＤＡＲ。測距範囲50m〜50km，重量3.7kg。

　開発途中では数え切れないほどの不具合を出したＬＩＤＡＲですが，イトカワ到着から着陸までの本番では，完璧な動作でタッチダウンを成功に導いてくれました。さらに，延べ１１４０時間の観測で，イトカワに向けて４１０万本もの光の矢を放ち，イトカワの詳細形状，重力，密度など，極めて重要な科学データを私たちにもたらしました。

　最後になりましたが，ＬＩＤＡＲの開発に当たって，搭載直前までご尽力くださったＮＥＣ東芝スペースシステムの技術者の方々，利害を超えて結集してくださった技術者の方々，多くのご支援と励ましをくださった所内の方々に，心から敬意と感謝を表します。

(水野 貴秀)