[論文レビュー] Sending a Spacecraft to Interstellar Comet C/2019 Q4 (Borisov)

Adam Hibberd, Nikolaos Perakis+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Astro and Planetary Science参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、既存の技術を用いて、恒星間コメット C/2019 Q4 (Borisov) への宇宙船打ち上げの実現可能性を評価している。Optimum Interplanetary Trajectory Software (OITS) を用いて、2018年7月に打ち上げられる最小ΔV軌道が特定され、Falcon Heavyを用いて2トンの宇宙船を打ち上げられることが示された。2030年の打ち上げを想定した場合、Space Launch System (SLS) と拡大されたParker Solar Probeの熱防護シールド技術を用いることで、2045年までにコメットに到達可能なミッションが可能となる。3 kgのCubeSatクラスの探査機も、SLSと高度な熱防護システムを用いて打ち上げ可能である。

ABSTRACT

A potential second interstellar object C/2019 Q4 (Borisov) was discovered after the first known interstellar object 1I/'Oumuamua. Can we send a spacecraft to this object, using existing technologies? In this paper, we assess the technical feasibility of a mission to C/2019 Q4 (Borisov), using existing technologies. We apply the Optimum Interplanetary Trajectory Software (OITS) tool to generate trajectories to C/2019 Q4 (Borisov). As results, we get the minimal DeltaV trajectory with a launch date in July 2018. For this trajectory, a Falcon Heavy launcher could have hauled a 2 ton spacecraft to C/2019 Q4 (Borisov). For a later launch date, results for a combined powered Jupiter flyby with a Solar Oberth maneuver are presented. For a launch in 2030, we could reach C/2019 Q4 (Borisov) in 2045, using the Space Launch System, up-scaled Parker probe heatshield technology, and solid propulsion engines. A CubeSat-class spacecraft with a mass of 3 kg could be sent to C/2019 Q4 (Borisov). If C/2019 Q4 (Borisov) turns out to be indeed an interstellar object, its discovery shortly after the discovery of 1I/'Oumuamua implies that the next interstellar object might be discovered in the near future. The feasibility of a mission to both, 1I/'Oumuamua and C/2019 Q4 (Borisov) using existing technologies indicates that missions to further interstellar objects are likely to be feasible as well.

研究の動機と目的

• C/2019 Q4 (Borisov) への宇宙船打ち上げの技術的実現可能性を評価すること。
• 既存の打ち上げロケットおよび推進技術を用いたミッション設計オプションを評価すること。
• フライバイミッションの最適な打ち上げウィンドウおよび軌道パラメータを特定すること。
• CubeSatなどの小型探査機を恒星間コメットに送る可能性を検討すること。
• 本ケーススタディを基に、将来的な他の恒星間オブジェクトへのミッションの一般的な実現可能性を推察すること。

提案手法

• C/2019 Q4 (Borisov) への惑星間軌道を計算するために Optimum Interplanetary Trajectory Software (OITS) が使用された。
• 既存の打ち上げロケットを用いた打ち上げの実現可能性を評価するため、最小ΔVを最適化した軌道が計算された。
• 後続の打ち上げ日付を想定し、推力付き木星スルーレイと太陽オーバースチルマーマーチュアをモデル化した。
• 宇宙船の質量および熱防護システム要件は、拡大されたParker Solar Probeの熱防護シールド技術を用いて評価された。
• Falcon HeavyおよびSpace Launch System (SLS) を用いて、打ち上げロケットの性能が評価された。
• 2030年を含む異なる打ち上げウィンドウを想定し、ミッションのタイムラインおよび軌道期間が計算された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存の打ち上げおよび推進技術を用いて、C/2019 Q4 (Borisov) への宇宙船打ち上げが可能か？
• RQ2 C/2019 Q4 (Borisov) へのミッションに必要な最小ΔVはどれくらいか？また、最適な打ち上げウィンドウはいつか？
• RQ3 C/2019 Q4 (Borisov) への打ち上げに十分な性能を持つ打ち上げロケットは何か？
• RQ4 重力スレッジおよび推力付きマニューバーは、ミッションのΔVおよび期間をどのように低減できるか？
• RQ5 3 kgのCubeSatなどの小型宇宙船を恒星間コメットに打ち上げることは可能か？

主な発見

• 2018年7月に打ち上げられる最小ΔV軌道が特定され、Falcon Heavyを用いて2トンの宇宙船を打ち上げられることが示された。
• 2030年の打ち上げを想定した場合、Space Launch System (SLS) と拡大されたParker Probe熱防護シールド技術を用いることで、2045年までにコメットに到達可能なミッションが可能となる。
• 3 kgのCubeSatクラスの宇宙船は、SLSと高度な熱防護システムを用いてC/2019 Q4 (Borisov) に打ち上げ可能である。
• 推力付き木星スルーレイと太陽オーバースチルマーマーチュアの併用により、ミッションのΔVが低減され、後続の打ち上げ日付に対しても実現可能な軌道が可能となる。
• 1I/'OumuamuaおよびC/2019 Q4 (Borisov) へのミッションが既存技術で実現可能であることは、将来的な恒星間オブジェクトへのミッションの実現可能性を示唆している。
• C/2019 Q4 (Borisov) が1I/'Oumuamuaの直後にも発見されたことは、今後さらに恒星間オブジェクトが発見される可能性が高く、ミッションの関連性が高まることを示している。