深宇宙低推力を用いた土星軌道挿入インパルスの低減

土星周回軌道への挿入の為の減速に必要なエネルギーが探査機カッシーニの四分の一未満に出来る。減速がヒドラジンのスラスター、電気的なテザーかタイタン大気のエアロキャプチャーに関係なく大幅に探査機の軽量化が出来る。以下、機械翻訳。
深宇宙低推力を用いた土星軌道挿入インパルスの低減
（2020年1月8日に提出）
土星での軌道の挿入には、宇宙船と惑星の間の速度差のため、大きな衝動的な操縦が必要です。この論文は、深宇宙の電気推進によって土星の双曲線過剰速度を劇的に減らす戦略を提示します。惑星間軌道には、低推力機動と組み合わせた木星での重力アシストが含まれています。地球から木星への推力アークは発射エネルギー要件を低下させますが、木星のフライバイ後に適用されるアドホックなステアリング法則は、土星に到着した際の双曲線過剰速度を低減します。これにより、軌道挿入インパルスが、Titanの重力アシストを使用してもキャプチャが可能なポイントまで低下します。規制法アルゴリズム、大規模予算へのメリット、および主要な技術的側面について説明します。

図1発射C3 = 67.25（km / s）＾2での短い（青色の実線）および長い（破線の赤色）動力による地球から木星への転送
、それぞれγ=0◦（青一色）およびγ=15◦（赤破線）、。


図2短時間の地球から木星への移動に対応するγの最大値と最小値。


図3地球から木星への移動時間と短時間の移動でのC3の起動


図13動力フェーズ（ピンクの実線）、コーストセグメント（点線の黒）、打ち上げ後の接触楕円（点線）
最適なソリューションを得るために、GA後の接触楕円（青の破線）。

IX。結論
この貢献は、宇宙船の双曲線過剰速度（S / C）を実質的に減少させる方法を提示します。
土星に近づき、重力による捕獲を促進します。惑星間軌道には、重力アシストが含まれます
低推力（LT）操作と組み合わせた木星。私たちの使命のコンセプトは、NEXTモーターの性能図を使用し、3つの標準的な放射性同位体熱電発電機のセットを使用して、1000 kgの初期S / C質量を想定しています
（RTG）。 RTGは、電気スラスタが非アクティブであるときにプローブの科学機器に電力を供給し、
S / Cの温度を維持するために廃熱を供給します。
地球から木星への推力アークにより、最小発射C3を77から67.25（km / s）2に下げることができます。
。この典型的な重いランチャーの特性に基づいて、ペイロードの注入質量を780 kg増加させるか、逆に、
同じペイロードにより小さいブースターを使用できます。ペイロードの増加により、必要な推進薬が完全に相殺されます。
わずか158 kgの電動モーター。ポストグラビティアシスト（GA）推力アークは、209 kgの土星での双曲線過剰速度を1 km / sに低減します。
推進剤。この低い相対速度は、同じ初期軌道を達成するために148 m / sの土星挿入インパルスを必要とします
カッシーニ/ホイヘンスミッションでは、ΔVが622 m / sでした。衝動の減少によりドアが開き、より効率的になります
電気力学的テザーなどのブレーキング方法、またはタイタンフライバイによる直接キャプチャー。減少した過剰
速度は中程度の離心率軌道のため、木星から土星への長い移動時間（8年）を犠牲にします土星の軌道に接することが必要です。
過剰速度を低減するために使用される制御法則は、本質的に、古典的な勾配降下法の適用です
技術。定義済みの参照パスに依存しないため、堅牢です。結果はと比較されました
勾配ベースのオプティマイザー。ステアリングの法則の結果が解の局所的な極値と一致することを発見します。
ランダムシードを使用したオプティマイザーの複数の実行では、大きく異なる軌道が得られましたが、
超過速度の最小値。制御則の唯一の入力が現在の状態とターゲット状態であるとすると、
公称軌道からの偏差をリアルタイムで補正できます（つまり、個別のコース修正操作は
必要ありません）。アルゴリズムは非常に一般的であり、ここで説明する特定のアプリケーションに限定されません。例えば、
土星の月の秤動点間の最適なLT転送を計算するのに成功しました。の
最適化アルゴリズムは、汎用CPUで良好なパフォーマンスを提供します。必要なのは1.3 CPU秒未満
現在のラップトッププロセッサ（Core i7-8750H）で10,000の軌跡を分析します。