[논문 리뷰] Sending a Spacecraft to Interstellar Comet C/2019 Q4 (Borisov)

Adam Hibberd, Nikolaos Perakis외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 01.

Astro and Planetary Science참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 기존 기술을 활용하여 C/2019 Q4 (Borisov)로 우주선을 보낼 수 있는지의 가능성을 평가한다. Optimum Interplanetary Trajectory Software (OITS)를 사용하여 2018년 7월에 발사된 최소 ΔV 궤도를 특정하였으며, 이는 Falcon Heavy로 2톤의 우주선을 운반할 수 있도록 한다. 2030년 발사의 경우, 우주발사시스템(SLS)과 확장된 페커 태양우주선 열보호체계 기술을 활용한 미션이 2045년까지 별도의 3kg 크기의 큐브사트급 탐사선을 도달할 수 있다.

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.

연구 동기 및 목표

• C/2019 Q4 (Borisov)로 우주선을 보낼 수 있는 기술적 타당성을 평가하기 위해.
• 기존의 발사체 및 추진 기술을 활용한 미션 설계 옵션을 평가하기 위해.
• 우주비행 미션을 위한 최적의 발사 창과 궤도 파rameter를 결정하기 위해.
• 큐브사트와 같은 소형 탐사선을 이용해 태양계 외부의 혜성으로 보낼 수 있는 가능성을 탐색하기 위해.
• 이 사례 연구를 바탕으로 향후 태양계 외부의 다른 천체로의 미션 타당성에 대해 일반화할 수 있는지를 추론하기 위해.

제안 방법

• C/2019 Q4 (Borisov)로의 행성 간 궤도를 계산하기 위해 Optimum Interplanetary Trajectory Software (OITS)를 사용하였다.
• 기존의 발사체로의 발사 가능성을 평가하기 위해 최소 ΔV를 기준으로 궤도를 최적화하였다.
• 후속 발사 일자에 대비해 추진식 목성 유영과 태양 오버버스 조건을 통합한 모델링을 수행하였다.
• 확장된 페커 태양우주선 열보호체계 기술을 활용해 우주선의 질량과 열 보호 시스템 요구사항을 평가하였다.
• Falcon Heavy와 우주발사시스템(SLS)을 사용해 발사체 성능을 평가하였다.
• 2030년을 포함한 다양한 발사 창에 대해 미션 일정과 궤도 소요 시간을 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존의 발사 및 추진 기술을 활용해 C/2019 Q4 (Borisov)로 우주선을 보낼 수 있는가?
• RQ2 C/2019 Q4 (Borisov)로의 미션에 필요한 최소 ΔV는 얼마이며, 최적의 발사 창은 언제인가?
• RQ3 C/2019 Q4 (Borisov)로 우주선을 보낼 수 있는 충분한 성능을 갖춘 발사체는 무엇인가?
• RQ4 중력 보조와 추진 조건이 미션의 ΔV와 소요 시간을 어떻게 줄일 수 있는가?
• RQ5 3kg 크기의 소형 우주선, 예를 들어 큐브사트를 태양계 외부 혜성으로 보낼 수 있는가?

주요 결과

• 2018년 7월에 발사된 최소 ΔV 궤도를 확보하여 팔콘 하비로 2톤의 우주선을 운반할 수 있었다.
• 2030년 발사의 경우, SLS와 확장된 페커 태양우주선 열보호체계 기술을 활용한 미션이 2045년까지 별도의 혜성에 도달할 수 있었다.
• 3kg 크기의 큐브사트급 우주선은 SLS와 고도화된 열 보호 시스템을 통해 태양계 외부 혜성으로 보낼 수 있었다.
• 추진식 목성 유영과 태양 오버버스 조건을 병행 사용함으로써 미션의 ΔV를 감소시키고 후속 발사 일자에 대한 실현 가능한 궤도를 가능케 하였다.
• 기존 기술로 1I/'Oumuamua와 C/2019 Q4 (Borisov)로의 미션 타당성을 입증함으로써, 향후 태양계 외부 천체로의 미션은 실현 가능할 것으로 보인다.
• 1I/'Oumuamua 이후 얼마 안 되어 C/2019 Q4 (Borisov)가 발견된 점은 향후 더 많은 태양계 외부 천체가 곧 발견될 가능성이 있으며, 이는 미션의 중요성을 높인다.