[論文レビュー] PROJECT ICARUS: Son of Daedalus, Flying Closer to Another Star

K. F. Long, Richard Obousy+5 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2010

Space Science and Extraterrestrial Life参考文献 27被引用数 15

ひとこと要約

Project Icarusは、先進的な核融合推進技術を用いて、近隣の星へより速く、より効率的に航行するための再設計された恒星間ミッションを提唱している。Daedalus研究の系譜を踏まえ、現代の工学的・物理学的知見を活用してDaedalus設計を進化させ、電子ビーム駆動型慣性核融合炉を搭載し、高い排気速度と改善された質量比を実現することで、バーナード星（5.9光年離れている）に50年以内に到達可能なミッションを標榜する。

ABSTRACT

During the 1970s members of the British Interplanetary Society embarked on a landmark theoretical engineering design study to send a probe to Barnard's star. Project Daedalus was a two-stage vehicle employing electron beam driven inertial confinement fusion engines to reach its target destination. This paper sets out the proposal for a successor interstellar design study called Project Icarus. This is an attempt to redesign the Daedalus vehicle with similar terms of reference. The aim of this study is to evolve an improved engineering design and move us closer to achieving interstellar exploration. Although this paper does not discuss prematurely what design modification are likely to occur some indications are given from the nature of the discussions. This paper is a submission of the Project Icarus Study Group.

研究の動機と目的

• 近い将来の技術を活用して、Daedalus研究を改善した次世代の恒星間ミッション設計を開発すること。
• 先進的な核融合推進を用いて光速の12％に達する速度を実現し、人間の一生のうちに恒星間旅行を達成すること。
• 過去の設計の限界を克服するため、推進システム、構造的効率、ミッション構成の再評価を行うこと。
• バーナード星のような標的星系への有人または無人探査機ミッションの実現可能性を検討すること。
• 将来の文明に向けて文化的パッケージを埋め込む「Icarus Message in a Bottle」イニシアチブを通じて、一般の人々との関与を促進すること。

提案手法

• 更新された工学的原則と材料科学を活用して、Daedalusの二段式核融合推進宇宙船を再設計すること。
• 電子ビーム駆動型慣性核融合（ICF）を採用し、約10,000 km/sの高い排気速度を達成すること。
• 段階的燃焼と使用済み燃料タンクの切り離しを実施する二段式推進システムを導入し、質量比を低減すること。
• 第二段の放物面型反応容器を、地球との長距離通信用の高利得アンテナとして活用すること。
• 設計成熟度と共同レビューを確保するため、5年間で5段階のステージゲートレビューを実施する構造的プロジェクトライフサイクルを適用すること。
• 段階的設計を導くために、システム工学の原則、ならびにシステム要件とサブシステム要件文書を統合すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近い将来の核融合技術を活用して、Daedalusミッション設計をどのように改善すれば、より速い恒星間航行を実現できるか？
• RQ2 実現可能な恒星間ミッションのための最適な推進パrameter（特に排気速度、推力重量比、質量比）は何か？
• RQ3 電子ビーム駆動型慣性核融合は、恒星間航行に必要なエネルギーと効率を十分に供給できるか？
• RQ4 宇宙船の構造部材を活用して、恒星間距離を越えた長距離通信をどのように実現できるか？
• RQ5 現代の材料および工学的実践は、構造的質量の低減とミッション性能の向上にどのような影響を与えるか？

主な発見

• Icarus研究は、巡航速度を光速の約12％に達するように設計しており、バーナード星（5.9光年離れている）への到着を50年以内に実現可能である。
• 提案された二段式宇宙船設計は、電子ビーム駆動型D/He-3核融合反応を用い、排気速度を約10,000 km/sに達する。
• 第一段は構造質量1,690トン、燃料46,000トンを搭載し、2.05年間燃焼した後、切り離される。
• 第二段は構造質量980トン、燃料4,000トンを搭載し、1.76年間燃焼した後、切り離され、到着時に450トンの科学ペイロードが放出される。
• 本プロジェクトは、設計の厳密性を保証するため、5年間のステージゲート開発プロセスを確立しており、内部文書化と査読付きのマイルストーンを含む。
• PioneerやVoyagerにインspiredした「Icarus Message in a Bottle」というスピンオフ・イニシアチブを提案し、将来の文明に向けて数キログラム級の文化的パッケージを搭載する。