[논문 리뷰] Project Icarus: Preliminary Thoughts on the Selection of Probes and Instruments for an Icarus-style Interstellar Mission

Ian Crawford|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 03.

Astro and Planetary Science인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 Icarus 스타일의 간행성 우주 임무를 위한 과학 탑재구성요건을 서술하며, 감속 가능한 과학 기구와 탐사선을 위한 최소 100톤의 질량을 제안하고, 구조 및 배치 시스템을 고려할 경우 총 과학 관련 탑재질량은 약 200톤으로 추정된다. Daedalus 연구에 기반해, 추진 및 인프라 요소는 과학 탐사선의 건조 질량에 두 배의 요인을 더한다.

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.

연구 동기 및 목표

• Icarus 스타일의 간행성 우주 임무에서 과학 탐사선과 기구의 최소 질량 요구사항을 규명하기 위해.
• 목표 항성계에서 의미 있는 과학적 조사가 가능하도록 하기 위해 감속되어야 할 총 탑재질량을 평가하기 위해.
• 추진계, 구조 및 통신 시스템의 기여도가 총 과학 탑재질량에 미치는 영향을 추정하기 위해.
• Daedalus와 같은 이전 연구를 바탕으로 비행 단계 및 항성계 내 과학 기구의 질량 배분을 정밀화하기 위해.
• 미래의 하위탐사선 추진 및 탑재물 배치 시스템에 대한 세부 모델링의 기초를 제공하기 위해.

제안 방법

• 근접한 항성계와 간행성 매질을 위한 우주 탐사에 필요한 과학 기구와 탐사선의 초도 분석을 수행하기 위해.
• 별 및 행성 탐사선 및 그 기구의 건조 질량을 35톤으로 추정하며, 하한 28톤과 상한 41톤의 평균을 기반으로 하기 위해.
• 현재 태양계 임무 데이터를 바탕으로 비행 단계 과학 기구에 대해 10톤을 할당하기 위해.
• 현재 내행성 태양계 임무의 유사한 데이터를 바탕으로 하위탐사선 항성계 내 추진계에 대해 55톤을 추정하기 위해.
• Daedalus 연구에 기반해, 구조, 배치 및 통신 인프라를 고려하기 위해 총 과학 탑재질량에 두 배의 배수를 적용하기 위해.
• 모든 구성 요소를 통합하여 총 과학 관련 탑재질량을 약 200톤으로 예측하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Icarus 스타일의 임무에서 의미 있는 과학 조사를 가능하게 하기 위해 감속되어야 하는 탐사선과 기구의 최소 총 질량은 얼마인가요?
• RQ2 총 탑재질량 중 추진계 및 인프라를 제외한 항성계 내 과학 탐사선과 기구에 기인하는 질량은 어느 정도인가요?
• RQ3 하위탐사선 추진계가 감속된 총 탑재질량에 기여하는 추정 질량은 얼마인가요?
• RQ4 구조 및 인프라 요소(예: 배치 기구, 통신 시스템)는 총 과학 탑재질량에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ5 Daedalus 연구의 결과는 Icarus 임무 설계의 질량 스케일링에 어느 정도 기여합니까?

주요 결과

• 의미 있는 과학 조사를 수행하기 위해 감속되어야 하는 탐사선과 기구의 최소 총 질량은 약 100톤으로 추정된다.
• 항성계 내 과학 탑재질량은 탐사선과 기구를 포함해 약 35톤으로, 하한 28톤과 상한 41톤의 평균을 기반으로 한다.
• 비행 단계 과학 기구는 약 10톤의 질량이 필요로 한다고 예측된다.
• 하위탐사선 항성계 내 추진계는 현재 내행성 태양계 임무의 유사한 데이터를 기반으로 약 55톤으로 추정된다.
• 배치 및 통신 시스템과 같은 구조 및 인프라 구성 요소를 고려할 경우 두 배의 배수를 적용하여 총 과학 관련 탑재질량은 약 200톤으로 추정된다.
• 본 연구는 하위탐사선 추진계의 세부 모델링이 55톤의 추진계 질량 추정치를 정밀화하기 위해 필요하다고 결론을 내린다.