日本国立研究开发法人宇宙航空研究开发机构（JAXA）

轨道确定技术助力宇宙研究
破解太阳系、地球及生命诞生之谜

自1985年哈雷彗星探测项目以来，宇宙航空研究开发机构的宇宙科学研究所在日本国内所有的太阳系探测项目中均采用了富士通轨道确定技术。如何在比地球圈层更遥远的深空宇宙确定探测器的轨道，一直以来都是极其困难的一项工作。尽管如此，宇宙科学研究所的轨道确定团队为了项目的成功开展，每天都与富士通一起践行着轨道确定的使命。

“我们已经启动了火星卫星探测计划（MMX : Martian Moons eXploration）的研究开发工作，争取在本世纪20年代前半期实现发射探测器的目标。这个项目与之前的‘隼鸟2号’项目相比，难度更高，如何准确地确定轨道变得尤为重要。”

日本国立研究开发法人宇宙航空研究开发机构
宇宙科学研究所
宇宙机应用工学研究系
准教授
吉川真

背景

不断挑战新领域的JAXA 宇宙科学研究所

日本国立研究开发法人宇宙航空研究开发机构（以下简称“JAXA”）于2003年由宇宙科学研究所（ISAS）、航空宇宙技术研究所（NAL）和宇宙开发事业团（NASDA）这3个机构统合而成。作为对宇宙开发利用提供技术支援的核心实施机构，长期以来一直致力于从基础研究到开发、利用的各项工作。　

“为探明太阳系的起源、进化以及生命的原材料物质，目前，小行星探测器‘隼鸟2号’正在对小行星龙宫实施观测活动，并于2019年2月成功着陆小行星表面。”宇宙科学研究所准教授兼“隼鸟2号”项目经理吉川真先生跟我们分享了这一喜悦。吉川先生还于2018年入选由科学杂志《Nature》评选的对科学有重大贡献的年度10大人物“The 2018 Nature's 10”。　

吉川先生在宇宙科学研究所从事人造卫星和探测器轨道确定的研究。针对轨道确定所发挥的作用，他这样解释道：“轨道确定是指对人造卫星或者探测器在某一时刻位于哪个地方，并以怎样的速度在运行进行推测。通过地面天线与人造卫星和探测器之间进行电波通信来计算其位置和速度。我们轨道确定团队对探测器的当前所在位置进行推测，并根据该推测结果探讨如何运行探测器。”

详细内容

富士通助力高难度轨道确定工作

正如吉川先生所说，太阳系探测器的轨道确定是非常困难的。“一大原因是距离比较远。太阳探测器与环绕地球转动的人造卫星相比，距离地球非常遥远，所以位置推测极其困难。此外，电波变弱、杂音干扰变多等因素也使得数据质量变差，轨道确定的精度也随之下降。”而在确定轨道时，还需要考虑诸如太阳光压力等的微小力量，探测器推进系统的顶推装置和离子发动机的输出力量又是不恒定的，这些因素都使得轨道确定变得异常困难。　

为轨道确定工作保驾护航的是富士通。从1985年的哈雷彗星探测项目（先驱与彗星两个探测器）开始到目前为止的30多年中，日本所有太阳系探测项目中的轨道确定系统的开发和运用都是由富士通负责的。　

吉川先生表示：“富士通长期以来一直为我们的轨道确定，特别是比月亮还要遥远的深空宇宙的轨道确定提供支持。目前，在日本，只有我们和富士通两家机构在从事深空宇宙的轨道确定工作。”

富士通是项目团队的重要一员
负责太阳系探测器的轨道确定工作

富士通为我们提供的轨道确定系统，会基于地面站对探测器进行电波追踪所获得的数据，有时也会参考探测器观测到的目标天体数据，准确地计算探测器的位置。但富士通所发挥的作用不仅局限于此。　关于富士通在该项目中发挥的作用，吉川先生评价说：“在针对深空宇宙进行研究的过程中，我们会碰到很多未曾经历过的事情，因此很多情况下，一开始制作的软件根本没法直接使用。轨道确定系统计算出的结果只要稍微有点奇怪，我们就会和富士通一起试着改变做法，在系统改良及运用方式改变方面狠下功夫，不断地进行改善。作为轨道确定团队的一员，富士通也是带着责任感参与到项目中的。” 　

太阳系探测器的轨道确定工作经常会面临一些难题。吉川先生回顾说：“在‘希望号’火星探测项目开展过程中，我们也碰到了很多问题，富士通所拥有的雄厚技术力量每次都让我们的问题迎刃而解。通常情况下接收到的横向漏出电波，由于其产生的数据质量非常差，所以根本无法使用，但富士通却能巧妙地对数据进行处理，只筛选出可以用于轨道确定的数据供我们进行使用。这是一项很艰难的工作，但富士通却做到了。 ”

继2003年发射了“隼鸟号”小行星探测器之后，2014年发射了针对小行星龙宫进行探测的“隼鸟2号”。在该轨道确定项目中，富士通也作为轨道确定团队的一员参与到了项目当中。

成果与展望

积累经验，精益求精
不断提升轨道确定精度

吉川先生反复强调经验对于轨道确定的重要性。“日本虽然发射了很多人造卫星，但是到过比月亮更远地方的探测器只有十个左右。即便在发射前做了各种设想，但到了宇宙空间，很多时候，情况也会都变得完全不同。当发生问题、或遭遇未曾预测到的情况时，对之进行解析、分析，考虑接下来该采取何种措施，在精益求精的过程中，经验显得尤为重要。”轨道确定团队和富士通正是通过积累经验，不断地提升着轨道确定精度。　

目前，宇宙科学研究共有四个太阳探测器正在运行，它们分别是“拂晓号”、“伊卡洛斯号”、“隼鸟2号”、“MIO号”。轨道确定团队和富士通接下来将继续为这些运行中的探测器开展轨道确定工作。　吉川先生表示：“我们已经启动了火星卫星探测计划（MMX : Martian Moons eXploration）的研究开发工作，争取在本世纪20年代前半期实现发生探测器的目标。这个项目与之前的‘隼鸟2号’项目相比，难度更高，如何准确地确定轨道变得尤为重要。”今后，富士通将利用轨道确定技术继续为日本的太阳系探测项目提供支持。