[論文レビュー] Threat Mitigation: The Asteroid Tugboat

Russell B. Schweickart, C. R. Chapman+2 more|ArXiv.org|Aug 15, 2006

Space exploration and regulation被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、近地小惑星（NEO）に電気推進を用いてドッキングし、その速度ベクトルに平行な連続推力によって軌道を変更するロボット探査機「アスターロイド・タグボーイ（AT）」を提案する。10年程度の早期展開により、軌道の不確実性を低減し、偵察を実施し、小惑星を再配向し、核電気推進システムを用いて最大800メートルの直径を有する危険なNEOを正確に偏離可能である。

ABSTRACT

The Asteroid Tugboat (AT) is a fully controlled asteroid deflection concept using a robotic spacecraft powered by a high efficiency, electric propulsion system (ion or plasma) which docks with and attaches to the asteroid, conducts preliminary operations, and then thrusts continuously parallel to the asteroid velocity vector until the desired velocity change is achieved. Based on early warning, provided by ground tracking and orbit prediction, it would be deployed a decade or more prior to a potential impact. On completion of the initial rendezvous with the near-Earth object (NEO) the AT would first reduce the uncertainty in the orbit of the asteroid via Earth tracking of its radio transponder while it is station keeping with the asteroid. If on analysis of tracking data a deflection is required the AT would execute a reconnaissance phase collecting and processing information about the physical characteristics of the asteroid to support subsequent operations. The AT would then dock at the appropriate pole (i.e. on the spin axis), attach to the asteroid surface, and initiate a NEO reorientation maneuver. Following completion of the NEO reorientation the AT would initiate the deflection phase by thrusting continuously parallel to the asteroid velocity vector until the resultant target orbit is achieved. The orbit of the asteroid is continuously monitored throughout the deflection process and the end state is known in real time. If one assumes a nuclear-electric propulsion (NEP) system similar to that formerly under development in the recently canceled Prometheus Program, the AT would be capable of deflecting threatening NEOs up to 800 meters in diameter or more.

研究の動機と目的

• 地球を脅かす近地小惑星（NEO）に対して完全に制御可能でロボットによる偏離手法を開発すること。
• 破片化のリスクを最小限に抑えて、大規模なNEOを正確かつ長期にわたり偏離する課題に対処すること。
• 連続的な追跡および電波トランスポンダデータを用いて、偏離中における最終軌道のリアルタイム監視と知識の獲得を可能にすること。
• 核電気推進（NEP）システムを用いた深宇宙小惑星偏離ミッションの実現可能性を示すこと。
• 偏離前に延長された滞在と地上からの電波追跡を通じて、NEOの軌道予測の不確実性を低減すること。

提案手法

• 大効率のイオンまたはプラズマ電気推進を装備したロボット探査機を、脅威となるNEOに到着させる。
• 地上からの電波トランスポンダの追跡を用いて、小惑星周辺での連続的なステーションキーピングを実施し、軌道の不確実性を低減する。
• 小惑星の組成、回転、構造に関する物理的データを収集するための偵察フェーズを実施する。
• 推力ベクトルを速度ベクトルと一致させるために、小惑星の回転極にドッキングし、再配向を実施する。
• 小惑星の速度ベクトルに平行な連続推力を発生させ、時間をかけてその軌道を変更する。
• 偏離プロセス中を通じて小惑星の軌道をリアルタイムで監視し、望ましい軌道に到達していることを保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電気推進を用いたロボット探柜機は、破片化を引き起こさずに大規模なNEOを正確かつ制御可能に偏離できるか？
• RQ2 連続的なステーションキーピングとトランスポンダ追跡は、偏離前のNEOの軌道不確実性をどの程度低減できるか？
• RQ3 破綻したプロミテウス計画に類似した核電気推進システムを用いて、最大800メートルの直径のNEOを偏離できるか？
• RQ4 回転極へのドッキングは、偏離に最適な推力ベクトルの一致をどのように実現するか？
• RQ5 この方法を用いた成功した偏離に必要な最小のリードタイムとミッションスケジュールは何か？

主な発見

• アスターロイド・タグボーイの概念は、プロミテウス計画で開発されたものと類似した核電気推進システムを用いて、最大800メートルの直径を有するNEOを効果的に偏離可能である。
• 連続的なステーションキーピングと電波追跡は、小惑星の軌道不確実性を顕著に低減し、正確なミッション計画を可能にする。
• 回転極へのドッキングにより、安定した接続と推力ベクトルの速度ベクトルとの最適な一致が可能となり、偏離効率が最大化される。
• 偏離プロセスは継続的にリアルタイムで監視され、ミッション全体を通じて最終軌道が把握可能で制御可能である。
• ミッション構造により、10年またはそれ以上のリードタイムが確保され、早期展開と段階的で制御可能な偏離が可能である。
• 電気推進の使用により、高い比推進力と持続的な推力が得られ、長期間にわたる低推力の偏離ミッションに最適である。