彗星周辺での探査機の運用：彗星核に近い環境の評価

スタートラッカの前を横切る粒子のおかげで姿勢を乱されていた彗星探査機ロゼッタ。元々天球に張り付いた遠くの恒星を利用して探査機の方向や位置を算出しているはずなので、数コマで消える物体は無視すれば良い。レンズに張り付いて取れない粒子は方向を変えてるのに動かない天体も無視すれば良い。以下、機械翻訳。
「彗星周辺での探査機の運用：彗星核に近い環境の評価」
概要
探査機の運用に関する知識の現状と
彗星の核の近くで動作している間の潜在的な危険。封筒の裏側から始めます
彗星のコマ環境を地球の良性の状態と比較する計算、
探査機の振る舞いの洗練されたエンジニアリングモデルに進み、次にこれらに立ち向かう
最近の探査機近接操作の経験を持つモデル（例：ロゼッタ）。最後に、
軌道に乗る将来の探査機ミッションのために学んだ教訓からの推奨事項
長期運用のための彗星。これらの考慮事項はすべて、適切な探査機があれば、
設計および運用計画では、核に近い環境は、
近日点付近の活発な短期彗星でさえ、ガス生成率で動作する
10^29分子/秒もの高さ。良好な実験室用掃除機で見られるものと同様のガス密度で、
クラス100のクリーンルームと同様の粉塵密度、数十m / sの粉塵粒子速度、および
ゆっくりとした意図的な操作を可能にする微小重力、彗星の周りの条件は
一般的に火星の典型的な日よりも良性です。核の近くの強いダストジェットでも
表面、ほこりの密度はわずか数粒/ cm3になる傾向があります
、典型的なインテリアとほぼ同じ
地球上の部屋。数十平方メートルの投影された現代の探査機に対する確率論的力
表面積は、最新の姿勢制御システムを使用して数十メートル以内で説明できます。
ナビゲーションエラー;表面汚染の問題は、探査機が数ヶ月を費やす場合にのみ重要です
核の表面から数キロメートル以内の数年。と探査機ロゼッタの問題
直面している、探査機を通り過ぎて飛んでいる太陽に照らされた塵の粒子による天体のスタートラッカーの混乱は、
改善された一時的な拒否アルゴリズムを実装する次世代のスタートラッカーを使用して対処。

1.はじめに。
この論文の目的は、物理的プロセスの重要性を列挙し、詳細に研究することです。
核に近い彗星環境で動作する探査機に作用し、
将来の彗星ランデブー、着陸、およびサンプルリターンミッション。


図1-彗星探査機ロゼッタは4つの惑星の重力アシストを含め地球から67P /チュリュモフゲラシメンコ彗星へ11.5年以上かかり。
近くの彗星への探査機資源の配達　したがって、ニュークリアス環境は、既知の場合、高度な最適化を必要とする困難で費用のかかるタスクです。
環境動作条件。 [画像はESA、NASA、ウォールストリートジャーナルの厚意により提供されました。]


図2–彗星の表面近くの領域の考えられる構成と構造を示す概略図
核。 ガス放出は、上にあるダスト層を介した深い氷層の拡散昇華から発生する可能性があります。
小さな集中した割れ目または表面近くの残留氷パッチから。 （Thomas et al.2019の後。）


図3–ロゼッタ/フィラエ着陸船が67Pのマイクロジーの母宇宙船から22km落下するのに7時間かかりました
環境とその表面を数m / sの相対速度で衝突させ、さらに2時間かけて表面に跳ね返り、
その最後の休憩スポットは1〜2 m / sです。 （左）ロゼッタ宇宙船バスから核に落下するフィラエのアーティストの印象。
（中央）フィラエが核に遭遇したときにたどったマルチタッチダウンパスの漫画の概略図。 （正しい）
核の地上軌道に沿った着陸船のロゼッタ/オシリスNACカメラ画像。スナップショットのUT時間を示しています。
そして、約1kmの長さの地上トラックの間に横断した核表面構造のフレーバー。 （Ulamec et al。2016、2017の後。）


図4–最先端の彗星ランデブーで予想される核に近い環境の典型的な観測所
＆「タッチアンドゴー」（TAG）サンプリングミッション宇宙船。 非常によく似たシナリオが
フィラエのサイト選択と着陸手順のためのロゼッタミッション。 [画像はAPLとScottSandfordの厚意により提供されました。]


6.結論
近核彗星環境と近核運用宇宙船に関する現在のロゼッタ後の知識の状態の研究を提示しました。シンプルなバックを活用
エンベロープ計算、宇宙船の動作の高度なエンジニアリングモデル、および経験
彗星67Pでのロゼッタミッションの長期にわたる運用履歴から、
核に近い環境は、ガス密度が類似している、操作するのに比較的安全な領域です。
クラス1のクリーンルームよりも優れた実験室の掃除機とほこりの密度で見つかったものに。
彗星に近い核領域の将来の宇宙船に私たちが期待する最も強い効果が生み出されます
彗星の活動期に流出するガスによって。 ACSジャイロスコープシステムの設計
適切な宇宙船を維持できる数十メートル2の投影表面積を持つ最新のs / cの場合
既製のハードウェアを使用して、方向を定め、軌道エラーを10メートル以内のナビゲーションエラーに最小限に抑えることは、特にインテリジェントな異常と組み合わせた場合、簡単である必要があります
グローバルマッピング調査によって通知された回避軌道（つまり、飛行しないように注意してください
強力なジェットをサポートする表面領域を通る宇宙船。 Rizos他を参照してください。どのように非常に2021
最近の小惑星サンプルリターンミッションでは、SOTA AIを使用して、ターゲットの体の表面をインテリジェントにマッピングしました）。
つまり、接近飛行中の位置知識の喪失に対する最善の緩和手法は次のようになります。
宇宙船がグローバルマッピングフェーズ中に見つかった高ガス放出活動の小さな局所的なパッチを回避し、宇宙船からセーフモードへの自律手順を実施するため
ACSアプセットイベントの非常にまれなケースのケース。地表風とジェット風の影響
最新の「ファーリング/フォールディング」または回転可能なソーラーパネルを収納されたものに配置することで最小限に抑えることもできます。
表面に近いフライバイ中の表面に平行な法線位置、または個別のフライバイを利用する
すべての近接作業で表面積/質量比がはるかに低い「空力」娘宇宙船。
宇宙船を通過して飛んでいる太陽に照らされた塵の粒子によるガイダンススタートラッカーの混乱は
改善された一時的な拒否を実装する次世代のスタートラッカーを使用して対処
アルゴリズム。ほこりの被覆および/または宇宙船表面の洗掘による潜在的な損傷は、
すべての機器に閉鎖可能なシャッターを含めることで軽減され、継続的なパフォーマンス監視
光学機器とソーラーパネル、「見下ろしているリモートセンシング観測なし
核から10km以内の場合のジェット軸」ポリシー、および宇宙船の飛行を回避する
流出するジェット。
将来のミッションでは、重要な科学的および工学的リソースが捧げられることを期待できます
十分な時間（数週間から数ヶ月）を
核から約100kmで、グローバルマップを作成し、放物線状のフライバイスイープと、高度に非対称で回転する多重極重力場での宇宙船ホバリングナビゲーションのテストを行います。
彗星の核の。
最後に、ニアニュークリアスで動作するすべてのs / cの推奨事項の要約チェックリストを提供します
彗星のゾーンは考慮する必要があります：
•積極的にガス放出する地域とその周辺を回避するために、
適切な軌道回避を可能にするために、アクティブな表面領域が必要になります。繰り返し遠方界（＞ 500 km）のアプローチ画像は、主要なジェットの大まかな位置を示すはずです。
•ガスセンサーは、総ガス密度と彗星出力（Qgas）の重要な増加を検出できます。
積極的にガス放出している地域の場所を独自に確認します。
•最も近い接近距離では、感度0.5ngの宇宙船加速度計は
r ＜3 AUでのガス放出、およびr ＜2AUでの主要なジェットによる加速度を検出できます。
•宇宙船のガス放出を積極的に減らすことで、彗星のガス放出の影響を最小限に抑えることができます。
表面積と質量比（たとえば、回転可能なソーラーパネルを実装するか、
100 km以内の取り外し可能な「空力」娘宇宙船）。
•制御可能でナビゲート可能な太陽放射圧の力は、4 AUの外側で支配的であり、次のことができます。
宇宙船-彗星の距離が3AUで＞ 30 Rnuc（〜15 km）、＞ 100 Rnuc（〜50 km）で支配的
2 AU、および1AUで300Rnuc（150 km）。
•r ＜2.5 AUの場合、彗星のガス放出が彗星の重力を支配しますが、両方の力は
核に近い場所を適切にナビゲートするために、特性を明らかにして補正することが重要です
領域。
•光学機器を含む彗星に近い操作（特に着陸のためのサイト選択）
および/またはサンプルリターン。これには、近接パス（図4を参照）が必要です。
堆積した塵を最小限に抑えるために、比較的大きな地動説の距離で可能
s / cの負担。
•光学機器は、光学面を保護するために前面カバーを装備する必要があります
動作していないときのほこりの範囲、および光学の継続的なパフォーマンス監視
計器とソーラーパネルを実行する必要があります。
•反復アプローチ（＞ 500 km）イメージングでは、定期的なフレアまたは爆発のタイミングを示す必要があります。
大規模な彗星の子化/断片化イベントの非常にまれなイベントでは、不測の事態
彗星の重心から約103kmの安全な軌道距離までs / cを削除する計画
数日間太陽に向かって配置することができます。
•宇宙船が核に近い領域にある期間中、重要な使命
運用リソースは、プロキシオペレーションナビゲーション計画に割り当てる必要があります。
実装。
•宇宙船のスタートラッカーは、最大105個の個別のオブジェクト/画像を処理できる必要があります。
正確さを維持するために、搭載されたIMU /ジャイロと組み合わせて恒星時ではありません
核表面から5km以内を通過する軌道の位置知識。
•これらすべての問題の主な影響は、宇宙船の健康に影響を与えるとは予想されていませんが、代わりに
宇宙船の位置知識。