[论文解读] 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 7

一句话总结

本文提出了一种非专用空间任务测试方法，用于验证先驱者异常，即通过行星外太阳系飞越任务或搭载在前往木星或土星任务中的微小卫星实现。研究表明，通过微小的设计与轨道调整，此类任务可在不损害主要科学目标的前提下验证并表征该异常。

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.

研究动机与目标

• 研究可行的、非专用任务概念，以实验方式验证先驱者异常。
• 评估外太阳系行星探测任务是否可在不进行重大重新设计的情况下容纳异常测试。
• 评估在星际巡航期间部署微小卫星作为搭车载荷以检测异常的可行性。
• 分析系统与轨道设计修改如何在保持主要任务目标的同时实现异常验证。
• 确定异常测试对任务性能与科学回报的最小影响。

提出的方法

• 分析将先驱者异常测试整合到现有或计划中的外太阳系行星探测任务中的可行性。
• 评估在前往木星或土星的途中，从母航天器部署微小卫星并利用多普勒跟踪技术检测异常的适用性。
• 评估为增强对异常加速度的敏感性而需进行的轨道设计修改，同时保持主要科学目标。
• 建立系统级设计适应对任务性能与异常检测能力影响的模型。
• 使用多普勒跟踪数据解析技术，模拟检测一个恒定的、未建模的向内太阳系方向加速度。
• 比较飞越任务与搭车微小卫星两种任务模式在检测异常方面的敏感性与可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 非专用任务是否可在不显著改变行星任务主要科学目标的前提下测试先驱者异常？
• RQ2 在飞越任务或搭车任务中，实现异常检测所需的最小系统与轨道修改是什么？
• RQ3 飞越任务或微小卫星的多普勒跟踪数据敏感性与先驱者航天器相比如何？
• RQ4 任务设计适应对整体任务性能与风险有何影响？
• RQ5 搭车微小卫星是否能提供足够的稳定性和跟踪精度以检测异常加速度？

主要发现

• 飞越任务与搭车微小卫星任务均可在不损害主要科学目标的前提下验证并表征先驱者异常。
• 仅需对系统设计与轨道规划进行微小调整，即可实现异常检测，同时保持任务目标不变。
• 先驱者任务中使用的多普勒跟踪技术可有效应用于新型任务架构，敏感度相当。
• 搭车微小卫星方法提供了一条低成本、低风险的异常验证路径，对母航天器影响极小。
• 本研究证实，通过标准深空跟踪方法可在非专用任务中检测到异常加速度的恒定信号。
• 无需重大重新设计或任务偏离，所提方法在现有技术条件下具有实际可行性。