西川泰弘助理教授、山本雅幸教授等人在世界上首次通过声音（古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网）观测成功确定了人造天体返回舱的轨道

我校系统工程学院西川泰弘助理教授、山本正幸教授、京都产业大学基础工学博士生Islam Hamama先生、濑川纪久副教授、北海道情报大学情报媒体学部角南义博教授组成的研究小组，对隼鸟2号返回地球时的冲击波观测到的古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网（古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网波）进行了数据分析，成功确定了返回轨迹胶囊。

(图1冲击波如何传播以及返回舱的轨迹)

2020 年 12 月 6 日，载有隼鸟 2 号从小行星龙宫采集样本的太空舱返回地球（澳大利亚）。
日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 正在征集研究主题，以便进行各种观测和实验，例如用于回收太空舱的信标无线电波的精确测量和地面光学观测，以及各种观测和实验，例如太空舱进入并飞入大气层期间进入时的表面温度。山本教授和他的同事一直在与日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）进行联合研究，主题是“隼鸟二号返回地球期间由冲击波引起的微压力波和激发地震运动的精确观测和轨道确定”，该研究在公开征集中被选中。
太空舱返回时，由于新型冠状病毒感染的全球影响，无法前往伍默拉周围的地点，因此山本教授携带了28个古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网（古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网）传感器、他开发的实验装置以及山本实验室的一名学生（井上）。我们向澳大利亚科廷大学共发送了28台小型记录装置及其他相关设备，其中由裕一郎（研究生院电子与光子工程硕士课程，2021年完成）开发的21台，通过完全外包观察的方式进行联合研究（图2）。

（图2 INF04和高知工业大学学生开发制作的小型录音装置）

观测包括 28 个古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网传感器、7 个简单地震仪和 2 个绝对压力计，并与金泽大学合作，分析了太空舱进入大气层后以超音速穿过天空时产生的冲击波。此外，在与茨城大学的联合研究中，我们验证了在进入过程中是否存在高密度等离子体自然产生的无线电波，在与日本大学的联合研究中，我们对进入大气层时胶囊的发光过程和表面温度进行了精确测量。

然后我们分析了太空舱返回的数据，并根据古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网到达每个位置的时间差异以及古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网在高层大气中传播的模拟计算成功确定了其轨迹。本次研究成果主要有三点。

首先，我们能够通过古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网观测高精度地确定太空舱的轨道。正如我们可以通过听到的声音来确定从后面驶来的汽车的距离和方向一样，我们可以通过观察古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网来确定物体的距离和方向。在这次观察中，我们使用 28 个耳朵（古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网传感器）来确定隼鸟 2 号太空舱的距离、方向和速度（图 1）。这使我们能够建立一种新的轨道确定方法，仅次于传统的信标和摄像机观测。当信标失效或由于恶劣天气而难以进行相机观察时，使用古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网波的观测可作为辅助设备，并且还可以观察未安装信标的自然物体。事实上，2021年12月6日，在伊势上空观察到了看起来像火球（明亮的流星）的光和爆炸的声音，但同时全国天空多云，因此无法用相机确定轨道。在这种情况下，我们的研究小组与京都大学防灾研究所和日本气象协会合作，通过古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网波和地震波观测成功确定了火球的轨迹，并得出了火球从三重县志摩半岛海岸坠落的结论。

（图3隼鸟2号太空舱返回期间安装的小型基础设施沙子传感器等（INF04））

第二个是使用小型轻量便携式传感器（INF04）进行多点观察的成功。传统的古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网传感器又大又重，需要花费很大的力气来移动和安装。不过，我们这次使用的实验室开发的INF04能够进行移动多点古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网观测，使我们能够在“我们想观测的地方”而不是“能观测的地方”进行观测（图3）。

第三是静音飞行新概念（名称）的建立。人们早就知道，流星等速度极快的飞行物体在穿过大气层时会发出声音和光。然而，产生声音的条件和产生光的条件之间的关系尚不清楚。从这种“声音”分析的结果中，我们发现胶囊发出声音（古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网）的时间比胶囊发光的时间大约长1秒，即大约长10公里（图4）。从这个新的“听”的角度来看，我们将能够比过去我们只能“看到”它们更好地理解当流星和其他飞行物体以超音速穿过大气层时发生的能量释放、熔化和崩溃现象。

（图4：流星观测的传统概念以及本次观测到的返回舱（流星）的状态。通过同时注意光和声音，我们发现了一个不发光但发出声音（古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网波）的部分。）

这将能够阐明当已知形状和材料的胶囊作为人造流星进入大气层时与地球大气层相互作用所涉及的物理过程和冲击波能量，并且还将在确定观测点的最佳位置方面发挥重要作用。此外，通过与光学观测的比较，我们可以了解难以测量的海拔高度的大气状况。另外，我们计划在2022年冬天，利用无人机和直升机将这次使用的INF04安装到南极大陆和冰川上。未来，我们将在人类难以到达的地方（例如其他星球）形成古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网观测网络，并在我们想要观测的地方扩大观测网络。

该研究成果发表在日本天文学会于2022年2月12日出版的学术期刊《Publications of the Astronomical Society of Japan》上。

（第一张照片：左起：Islam先生、西川助理教授、山本教授/第二张照片：左边是小型基础设施沙子传感器（INF04），右边是早期基础设施沙子传感器（INF01））

西川助理教授说：“我很高兴能够提出有意义的研究结果。当我得到与我的假设相符的分析结果时，我非常惊讶，我一遍又一遍地检查它们。我希望有一天能将基础设施沙传感器带到火星并观察流星。”

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山本正幸教授的尖端研究“私人开发的火箭开启了‘古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网’的可能性”点击此处

※１古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网波
古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网是频率为 20 [Hz] 或更低的声音。由于人类的听觉范围约为20[Hz]至20[kHz]，因此古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网是低于人类听不到的可听范围的声音。古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网由于特征频率低，具有能够长距离传播的特点。众所周知，古天乐太阳娱乐集团tyc493有限公司官网是由火山爆发、地震、海啸、雷击、山体滑坡和大规模爆炸等灾难事件产生的。对这些声音的遥感可用于减灾，例如灾害的早期发现和规模分析。

[论文信息]
出版物：日本天文学会出版物论文标题：基于声学观测的隼鸟二号再入 3D 轨迹建模
作者：Yasuhiro Nishikawa、Masa-yuki Yamamoto、Eleanor K Sansom、Hadrien A R Devillepoix、Martin C Towner、Yoshihiro Hiramatsu、Taichi Kawamura、Kazuhisa Fujita、Makoto Yoshikawa、Yoshiaki Ishihara、Islam Hamama、Norihisa Sekawa、Yoshihiro Kakinami、Hiroshi Katao、Yuichiro菲利普·A·布兰德·井上
DOI：https://101093/pasj/psab126

[相关论文] Sansom、Eleanor K 等人。 “隼鸟二号太空舱重返大气层的科学观测活动。”日本天文学会出版物741（2022）：50-63。

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