[論文レビュー] Enabling concepts for a dual spacecraft formation-flying optical interferometer for NASA's ST3 mission

P. W. Gorham, W. M. Folkner+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 1999

Adaptive optics and wavefront sensing被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、NASAのST3ミッション向けに、2機の宇宙船による編隊飛行光学干渉計の概念を提示している。ネストド・キャットアイ遅延ラインを用いることで波面歪みを最小限に抑え、1.5 mのパッケージ内に20 mの光路長を格納する。2次宇宙船の放物線軌道により、分離距離が1 kmまで変動しても、200 mまでの基線が実現可能であり、深宇宙からの高精度な天体物理学的測定が可能となる。

ABSTRACT

We present the enabling concept and technology for a dual spacecraft formation-flying optical interferometer, to be launched into a deep space orbit as Space Technology 3. The combiner spacecraft makes use of a nested cat's eye delay line configuration that minimizes wavefront distortion and stores 20 m of optical pathlength in a package of \sim 1.5 m length. A parabolic trajectory for the secondary collector spacecraft enables baselines of up to 200 m for a fixed 20 m stored delay and spacecraft separations of up to 1 km.

研究の動機と目的

• 深宇宙における高精度な光学干渉計測定を可能にする。
• 編隊飛行宇宙船構成において、長基線にわたり波面安定性と正確な光路長制御を維持する課題に対処する。
• 最小限の体積に20 mの光路長を格納できるコンactかつ頑丈な遅延ラインシステムを開発する。
• 放物線軌道設計を用いて、宇宙船間の分離距離が1 kmまで変動しても、200 mまでの長基線を実現する。
• 将来の深宇宙科学ミッションに向けた編隊飛行干渉計の技術的成熟度を高める。

提案手法

• 波面歪みを最小限に抑え、高い波面安定性を達成するため、ネストド・キャットアイ遅延ライン構成を実装する。
• 1.5 mの長さのパッケージに20 mの光路長を格納し、コンactかつ効率的な光路長制御を実現する。
• 変動する宇宙船間分離距離に対しても、一定の光路長差を維持できるよう、2次収集宇宙船の放物線軌道を設計する。
• 宇宙船間の整列と安定性を、最大1 kmの距離にわたり維持するため、高精度な編隊飛行制御を実施する。
• 波長未満の精度で光路長を保証するため、光学メタロロジーおよび制御システムを統合する。
• 大気的・地上的干渉要因を低減するため、深宇宙軌道を活用し、干渉計の感度を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1.5 mのパッケージ内に20 mの光路長を格納できるコンactかつ低歪みの遅延ラインは、どのように設計できるか？
• RQ2 最大1 kmまでの変動する宇宙船間分離距離に対し、安定した長基線干渉計測定を実現するための軌道設計は何か？
• RQ3 深宇宙で運用される二機の宇宙船による光学干渉計において、波面歪みをどのように最小限に抑えられるか？
• RQ4 本構成を用いた編隊飛行干渉計で、実現可能な基線長および光路長安定性はどの程度か？
• RQ5 深宇宙における二機の自由飛行宇宙船を用いた高精度な光学干渉計測定を実現するための技術的要因は何か？

主な発見

• ネストド・キャットアイ遅延ラインは、1.5 mの物理的パッケージ内に20 mの光路長を格納し、波面歪みを最小限に抑えている。
• 放物線軌道により、宇宙船間分離距離が1 kmまで変動しても、200 mまでの基線長を維持可能であり、固定された20 mの遅延を保っている。
• 高い波面安定性を達成しており、高コントラストな天体物理学的観測に不可欠である。
• 本システムはスケーラブルであり、将来的な深宇宙展開に適しており、今後の高分解能光学干渉計ミッションを支援する。
• 本技術は、長距離にわたる正確な光路長制御と編隊飛行を実現でき、ST3ミッションの要件を満たしている。
• 本手法は、長基線と高い波面忠実度を要する将来的な宇宙望遠鏡用光学干渉計の実現可能性を示している。