星間天体とのランデブーへの高速応答ミッション

星間天体が全てオウムアムアの様に地球軌道近くまで接近するわけでは無いので土星軌道付近から遠方ではヒドラジンを使ったスラスターが必要となる。以下、自動翻訳。
星間天体とのランデブーへの高速応答ミッション
2021年6月27日に提出
新しく発見された星間天体（ISO）を傍受し、潜在的にランデブーするためのソーラーセイル推進小型衛星ミッションの概念について説明します。ミッションのコンセプトは、太陽系を高速で出て、最終的に太陽重力レンズ（SGL）の焦点領域に到達するための技術デモンストレーションミッション（TDM）の提案に由来しています。ISOミッションのコンセプトは、太陽の周りの保持軌道に向かって太陽帆を内側に飛ばすことであり、ISO軌道が確認されたら、6 \、AU /年を超える脱出速度に到達するように帆船をターゲットにします。これにより、新しいISOの発見への迅速な対応と、太陽から10AU以内の傍受が可能になります。このようなミッションを可能にするために、2つの新しい実証済みの惑星間技術が利用されています。i）MarCOミッションで実証されたような惑星間小型衛星、およびii）ソーラーセイル。LightSailおよびIKAROSミッションによって実証され、NEAスカウトおよびソーラークルーザーミッション用に開発されたものなど。現在の技術研究は、そのような使命が飛んで、この10年以内に太陽系を移動するISOに到達する可能性があることを示唆しています。そのような使命は、ISOとの最初の出会いを可能にし、イメージングと分光法、サイズと質量の測定を可能にし、オブジェクトの起源と組成に関する固有の情報を提供する可能性があります。

図1：さまざまな近日点距離での双曲線過剰速度と帆船の帆の質量比。


図2：2つの帆船の面積対質量比での0.2AU近日点からの地動説距離と時間の関係


図3：地球から太陽系の脱出速度までのISOインターセプトの軌跡。


図4：0.2AU近日点への進入とISOとの軌道の位置合わせ。


図5：0.2 AUで保持し、ISOで位相軌道を設定します。


図6：太陽から離れる方向に加速して、星間天体を捕らえます。


図7：総放射率が1の場合の太陽距離の関数としての温度。


図8：XploreのLightcraft™。


図9：Lightcraft™セイルの展開とアーティキュレーション。

5迎撃機
現在のソーラーセイル（LightSail、NEAスカウト（Lockett et al。、2020））はスクエアセイルです。 4000平方メートル
四角い帆は一辺が約63メートルあります。これは、構造と制御の両方の課題になります。そのような帆を明確に表現する
実行可能かもしれませんが、その動的安定性をテストするのは難しいでしょう。その制御応答性も非常に遅くなりますが、
IKAROSデザインと同じように。このため、私たちの1人（DG）は、L’GardeSunjammerの設計者と協力しています。
（Sun et al。、2013; Cheng et al。、2017; Zhang et al。、2016; Aguilar and Dawdy、2000）は、
サンジャマーのソーラーベーン–姿勢制御に使用される正方形の帆ブームの端にある小さな帆。
この高度なコンセプトは、ミッションをサポートするために、LightcraftTMとしてL’Gardeを使用してXploreIncによって開発されています。
cis-lunarから太陽系の急速な出口まで（図8を参照）。トラスに沿ってベーンを配置します（その上に
宇宙船サブシステムが配置されています）、原則として、低質量トラス構造で広い領域に拡張できます。ザ・
ソーラーセイルの革新的な新しいデザイン（大きな正方形の姿勢制御のために提案されたベーンのコンセプトから採用
セイル）は、より多くの制御性を提供し、セイルの展開構成を容易にします。小さいサイズ
提案された提案は、帆船開発への「構築とテスト」アプローチを可能にします。
各ベーンは管理可能なサイズであり、独立して制御および連結することができ、
簡単な手順。展開を図9に示します。4000m2総帆面積を構築することができます。各9帆として9m×5m = 45 m2
（例えば）。その個々のサイズは、すでに構築され飛行された帆に匹敵します。
すぐに利用できる施設でそれらをテストする方法を私たちが知っていることを意味します。明らかに、システムトレードと最適化
サイズと制御が必要になりますが、この例は設計の実現可能性をサポートしています。
最近のAerospaceCorporationコンセプトデザインセンターのコンカレントエンジニアリング研究（Aguilar and Dawdy、2000）
このホワイトペーパーで説明されているアーキテクチャに基づいて、ISOサンプルリターンミッションのミッションと車両設計の概念を検討しました。この研究の結果は、大きな面積対質量比を実現するための課題の特定でした。
ISOミッションは、構造、通信、および電力サブシステムを特定の領域として強調して、要求します。
さらなる注意が必要でした。マルチユースまたはクロスユースを調査するには、追加の車両貿易調査も必要です。
コンポーネントの機能。たとえば、広いソーラーセイルエリアを利用して、ソーラーアレイやアンテナをホストします。
無線周波数通信システム。
宇宙船の電力は、電力の可用性が促進されるため、実現可能性を検討するためにおそらく最も重要なサブシステムです。
通信システムのパフォーマンス、およびオンボード計装と重要なバス機能の使用。私達はします
少なくとも1.5〜2 AUの太陽光発電が十分にあるため、これらの範囲では、熱への配慮が支配的であり、やる気を起こさせます。
シールドまたは宇宙船の向きとオペレーションズリサーチの概念に関するさらなる調査。 ISOの傍受
おそらく5-8AUでの遭遇操作が必要になります。ソーラーセイルエリアを使用して、適切なソーラーアレイをホストする
太陽の近くでシールドされていますが、深宇宙でシールドなしで動作する可能性があるものは、必要なすべてに電力を供給するのに十分かもしれません
ISOミッションのニーズ。それでも、帆船がISOに準拠しているランデブーミッションの電力を維持する
それが太陽系を離れるとき、太陽からの距離とともにますます困難になるでしょう。図2に示すように、
考えられる代替案は、わずか1〜2年で十分に充電されたバッテリーシステムの使用です。これは
新しい考え方であり、実際の飛行に応じた定量的な見積もりが必要です–これから追求されることです
さらなる研究のために。参照されたNIACフェーズII研究（Turyshev et al。、2020b）は、小さなRTGのオプションを検討しました
および/または遭遇しても充電が続く小さなバッテリーの場合– 1〜2年の時間。予備審査は
励みになり、50 kgの宇宙船の設計目標に収まる可能性があることを示唆していますが、それはあまりにも広すぎて表示できません。

6.結論
高エネルギー軌道上のソーラーセイルクラフトは、ISOとインターセプトまたはランデブーするためのユニークな機会を提供します
太陽系を通過し、ISOサンプルリターンや惑星防衛。 ISO間の比較研究として、このような調査からの科学的利益は非常に貴重です。
太陽系小惑星と彗星のサンプルリターンによるサンプルリターンは、条件とプロセスを理解するのに役立ちます
太陽系の形成と星間物質の性質の。多くの新しいISOで、そのような調査は最優先事項です。
ISOについては、非常に広範囲の測定が求められています。それらには、基本的な物理的特性の特性評価が含まれます
特性（形状、密度、形態、動的特性）、組成特性（元素組成、鉱物学、少なくとも水素、酸素、窒素、および炭素の同位体）、
地球物理学的/内部特性（多孔性、凝集性、磁場）、起源と可能な長期的進化について情報を与える可能性のある地質学的特徴。
ISOとのランデブーまたは接近遭遇は、次のような重要な質問に答えるのに役立ちます。
加速するオブジェクト？ガス放出はありますか？もしそうなら、何が原因ですか？これらのオブジェクトを構成する材料、および
それらは典型的な太陽系の小惑星や彗星とどのように比較されますか？または、おそらくこれらのISOはフラクタルダスト骨材です
放射圧によって加速できるほど密度が低いのですか？これらの質問は基本的なものです。
塵の微視的性質は、私たちの太陽系の形成中の粒子の凝集に重要な役割を果たしました。と
ISOは星間空間から離れたメッセンジャーであり、私たちはこれらが何であるかを発見する前例のない機会を持っています
一時的な天体は、私たち自身の太陽系、惑星形成、星間物質について教えてくれます。
惑星形成に関するテスト理論。そのような発見は、私たちが彗星と惑星の形成を再考することにつながるかもしれません
モデルを作成し、その組成を介して一時的な星間天体の親星雲の特性について通知します。
上記の質問は非常に重要です。ここで説明するソーラーセーリングミッションは、
それらに答えるための重要な情報。材料とサブシステムの設計における将来の進歩は、
より有能または高度な目的、そのようなミッションの基本的な実装に必要な技術はすでにあります
利用可能です。必要に応じて、ここで説明するISOミッションを現在の10年以内に飛行できます。