[論文レビュー] Options for a non-dedicated test of the Pioneer anomaly

Dario Izzo, Andreas Rathke|arXiv (Cornell University)|Apr 28, 2005

Astro and Planetary Science被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、木星または土星へのミッションへのピッグバックマイクロサタライト、または惑星の外側の太陽系スライドバイを介して、Pioneerの異常を非専用の宇宙ミッションでテストする手法を提案する。このようなミッションが、主な科学的目標を損なうことなく、わずかな設計および軌道調整によって異常を検証・特徴付けることができることを示している。

ABSTRACT

The Doppler-tracking data of the Pioneer 10 and 11 spacecraft show an unmodelled constant acceleration in the direction of the inner Solar System. Serious efforts have been undertaken to find a conventional explanation for this effect, all without success at the time we are writing. Hence the effect, commonly dubbed the Pioneer anomaly, is attracting considerable attention. We discuss strategies for an experimental verification of the anomaly via a space mission. Emphasis is put on two most plausible scenarios, non-dedicated concepts employing either a planetary exploration mission to the outer Solar System or a piggy-backed micro satellite to be launched from a mother-spacecraft travelling to Saturn or Jupiter. The study analyses the impact of a Pioneer anomaly test on the system and trajectory design for these two paradigms. It is found that both paradigms are capable of verifying and characterising the Pioneer anomaly without hampering the planetary exploration goals of the missions by a suitable adaption of the system design and introducing some minor mission analysis modifications.

研究の動機と目的

• Pioneerの異常を実験的に検証するための実現可能で非専用のミッション概念を調査すること。
• 外太陽系への惑星探査ミッションが、大幅な再設計を伴わずに異常テストを組み込むことができるかどうかを評価すること。
• 運用中の深宇宙巡航中に異常検出を可能にするピッグバックペイロードとしてのマイクロサタライトの実現可能性を評価すること。
• システムおよび軌道設計の変更が、主なミッション目標を維持しつつ異常検証を可能にする方法を分析すること。
• 異常テストがミッションの性能および科学的帰結に与える最小限の影響を特定すること。

提案手法

• 外太陽系の既存または計画中の惑星探査ミッションにPioneerの異常テストを統合する可能性を分析すること。
• 母船が木星または土星へ飛行中の間に、マイクロサタライトを放出し、ドップラー追跡に基づく異常検出を評価すること。
• 主な科学的目標を維持しつつ、異常加速度への感度を高めるために必要な軌道設計の変更を評価すること。
• ミッション性能および異常検出能力に与えるシステムレベルの設計適合の影響をモデル化すること。
• 一定でモデル化されていない加速度（内太陽系方向）の検出をシミュレートするために、ドップラー追跡データ解析技術を用いること。
• 飛行ミッションとピッグバックマイクロサタライトの両方のミッション・パラダイムの感度と実現可能性を比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 惑星ミッションの主な科学的目標を著しく変更せずに、非専用ミッションでPioneerの異常をテストできるか？
• RQ2 飛行ミッションまたはピッグバックミッションで異常検出を可能にするために必要な最小限のシステムおよび軌道の変更は何か？
• RQ3 飛行ミッションまたはマイクロサタライトからのドップラー追跡データの感度は、Pioneer宇宙船のそれと比べてどの程度か？
• RQ4 ミッション設計の適合が、全体のミッション性能およびリスクに与える影響は何か？
• RQ5 ピッグバックマイクロサタライトは、異常加速度を検出するのに十分な安定性および追跡精度を提供できるか？

主な発見

• 飛行ミッションおよびピッグバックマイクロサタライトミッションの両方とも、主な科学的目標を損なわずにPioneerの異常を検証・特徴付けることができる。
• わずかなシステム設計および軌道計画の変更で十分であり、ミッションの目標を維持しつつ異常検出を可能にすることができる。
• Pioneerミッションで用いられたドップラー追跡技術は、同等の感度で、新しいミッション・アーキテクチャに対しても効果的に適用可能である。
• ピッグバックマイクロサタライトアプローチは、母船に与える影響が最小限であり、低コスト・低リスクの異常検証の道筋を提供する。
• 本研究は、異常の一定加速度シグナルが、非専用ミッションにおいて標準的な深宇宙追跡手法で検出可能であることを確認している。
• 大規模な再設計やミッションの逸脱は不要であり、現在の技術で実現可能な実用的で現実的なアプローチであることが判明した。