[論文レビュー] Project Icarus: Preliminary Thoughts on the Selection of Probes and Instruments for an Icarus-style Interstellar Mission

Ian Crawford|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2016

Astro and Planetary Science被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、アイカロス型インターステラールミッションの科学ペイロード要件を概説し、減速を伴う科学機器およびプローブの最小質量として100トンを提案している。構造的および展開システムを含めた場合の科学関連ペイロード総質量は約200トンと推定される。デーデラス研究に基づき、推進システムおよびインfra構造が科学プローブのドライマスに2倍の要因をもたらすことが強調されている。

ABSTRACT

In this paper we outline the range of probes and scientific instruments that will be required in order for Icarus to fulfill its scientific mission of exploring a nearby star, its attendant planetary system, and the intervening interstellar medium. Based on this preliminary analysis, we estimate that the minimum total Icarus scientific payload mass (i.e. the mass of probes and instruments which must be decelerated to rest in the target system to enable a meaningful programme of scientific investigation) will be in the region of 100 tonnes. Of this, approximately 10 tonnes would be allocated for cruise-phase science instruments, and about 35 tonnes (i.e. the average of estimated lower and upper limits of 28 and 41 tonnes) would be contributed by the intra-system science payload itself (i.e. the dry mass of the stellar and planetary probes and their instruments). The remaining ~55 tonnes is allocated for the sub-probe intra-system propulsion requirements (crudely estimated from current Solar System missions; detailed modelling of sub-probe propulsion systems will be needed to refine this figure). The overall mass contributed by the science payload to the total that must be decelerated from the interstellar cruise velocity will be considerably more than 100 tonnes, however, as allowance must be made for the payload structural and infrastructural elements required to support, deploy, and communicate with the science probes and instruments. Based on the earlier Daedalus study, we estimate another factor of two to allow for these components. Pending the outcome of more detailed studies, it therefore appears that an overall science-related payload mass of ~200 tonnes will be required. This paper is a submission of the Project Icarus Study Group.

研究の動機と目的

• アイカロス型インターステラールミッションにおける科学プローブおよび機器の最小質量要件を特定すること。
• 標的星系で意味のある科学的調査を実施するために減速させなければならない総ペイロード質量を評価すること。
• 推進システム、構造的および通信システムが全体の科学ペイロード質量に与える寄与を推定すること。
• デーデラスなどの先行研究に基づき、巡航段階および星系内科学機器の質量配分を精緻化すること。
• 今後のサブプローブ推進およびペイロード展開システムの詳細モデリングの基盤を提供すること。

提案手法

• 近隣の星系および銀間物質のインターステラール探査に必要な科学機器およびプローブの予備的分析を実施する。
• 28トン（下限）および41トン（上限）の平均をもとに、恒星および惑星プローブおよびその機器のドライマスを35トンと推定する。
• 現在の太陽系ミッションのデータに基づき、巡航段階の科学機器に10トンを割り当てる。
• 現在の内惑星太陽系ミッションの類似データに基づき、サブプローブの星系内推進システムに55トンを推定する。
• デーデラス研究に基づき、構造的および展開・通信インfra構造を含めた総科学ペイロード質量に2倍の乗数を適用する。
• すべての構成要素を統合し、総科学関連ペイロード質量を約200トンと予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アイカロス型ミッションにおいて、標的星系で科学的調査を可能にするために減速させなければならないプローブおよび機器の最小総質量はどのくらいか？
• RQ2 推進およびインfra構造を除き、星系内科学プローブおよびその機器に起因する総ペイロード質量のうち、どの程度の割合を占めるか？
• RQ3 サブプローブの星系内推進システムが、総減速ペイロード質量にどの程度の質量寄与をもたらすか？
• RQ4 構造的およびインfra構造的要素（例：展開機構、通信システム）は、総科学ペイロード質量にどのように影響を与えるか？
• RQ5 デーデラス研究の知見は、アイカロスミッションのアーキテクチャにおける質量スケーリングにどの程度寄与するか？

主な発見

• 意味のある科学的調査を実施するために減速させなければならないプローブおよび機器の最小総質量は、100トンと推定される。
• 星系内科学ペイロード（プローブおよびその機器を含む）は、28トンおよび41トンの推定限界値の平均をもとに、約35トンを占める。
• 巡航段階の科学機器には、10トンの質量が必要と予測される。
• サブプローブの星系内推進システムは、現在の内惑星太陽系ミッションに類似したデータに基づき、55トンと推定される。
• 展開および通信インfra構造を含む構造的およびインfra構造的要素を考慮した場合、2倍の乗数が適用され、総科学関連ペイロード質量は約200トンと推定される。
• 本研究は、55トンの推進質量推定値を精緻化するために、推進システムの詳細モデリングが必要であると結論づける。