ОКЕАНОС - OKEANOS

ОКЕАНОС
ИменаИсследователь троянских астероидов Юпитер
Тип миссииДемонстрация технологий,
разведка
возможный возврат образца
ОператорJAXA
Продолжительность миссии≈12 лет
> 30 лет на выборку-возврат
Свойства космического корабля
Тип космического корабляСолнечный парус
ПроизводительКАК ЕСТЬ и DLR
Стартовая масса1,400 кг[1]
Посадочная масса≈100 кг
Масса полезной нагрузкиКосмический корабль: 30 кг
Посадочный модуль: 20 кг[1]
Габаритные размерыПарус / солнечная панель:
40 × 40 м (1600 м2)[2]
Посадочный модуль: 65 × 40 см[1]
МощностьМакс: 5 кВт на Юпитере[2]
Начало миссии
РакетаH-IIA или H3[1]
Юпитер Троян спускаемый аппарат
Дата посадки2039 [2]
Главный телескоп
Длины волнИнфракрасный
Транспондеры
ГруппаГруппа X
Вместимость16 Кбит / с [3]
Миссии большого класса
 

ОКЕАНОС (Крупногабаритный воздушный змей для исследований и космонавтики во внешней Солнечной системе) была предложена концепция миссии Троянские астероиды, которые разделяют орбиту Юпитера, используя гибридный солнечный парус для движения; парус планировалось покрыть тонким солнечные панели для питания ионный двигатель. На месте Анализ собранных образцов мог бы проводиться либо прямым контактом, либо с использованием спускаемого аппарата с масс-спектрометром высокого разрешения. Возможен вариант возврата образца на Землю.[4]

OKEANOS стал финалистом японского КАК ЕСТЬ' 2-я миссия большого класса будет запущена в 2026 году,[2][5][6] и, возможно, вернуть на Землю образцы троянских астероидов в 2050-х годах.[6][7] Победившая миссия была LiteBIRD.

Обзор

Миссия OKEANOS была концепцией, впервые предложенной в 2010 году, чтобы летать вместе с Магнитосферный орбитальный аппарат Юпитера (JMO) как часть отмененного Миссия системы Юпитер Европа - Лаплас.[8]

В своей последней формулировке миссия OKEANOS и LiteBIRD были двумя финалистами Большой миссии Японии Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий. LiteBIRD, а космический микроволновый фон астрономический телескоп.[9]

Анализируя состав Юпитер Трояны может помочь ученым понять, как образовалась Солнечная система. Это также поможет определить, какая из конкурирующих гипотез верна:[10] остаток планетезимали во время формирования Юпитера или окаменелостей строительных блоков Юпитера, или захваченных транснептуновые объекты планетарной миграцией. Последнее предложение включало посадочный модуль для выполнения на месте анализы.[11][12] У этой миссии было несколько вариантов, и самый амбициозный предлагал извлечь и отправить образцы на Землю для обширных исследований.[13] Если бы он был выбран в апреле 2019 года для разработки, космический аппарат был бы запущен в 2026 году.[2] и может предложить некоторую синергию с Люси космический корабль который облетит несколько троянцев Юпитера в 2027 году.[14]

Космический корабль

По прогнозам, космический корабль будет иметь массу около 1285 кг (2833 фунта), включая возможный спускаемый аппарат.[3] и был бы оснащен солнечной электрической ионные двигатели.[5] 1600 м2 Парус имел двойное назначение - солнечный парус и солнечная панель для выработки энергии. Если бы посадочный модуль был включен, его масса была бы не более 100 кг. Посадочный модуль должен был собрать и проанализировать образцы астероида. Более сложная предложенная концепция предполагала, что посадочный модуль снова взлетел бы, встретился с базой и отправил образцы для их транспортировки на Землю.

Солнечный парус и солнечные батареи

Предлагаемый уникальный парус был гибридом, который обеспечивал бы как фотонную тягу, так и электрическую энергию. В JAXA эта система именовалась Solar Power Sail.[3][15] Парус должен был быть сделан из 10 мкм толщиной. полиимид размер пленки 40 × 40 метров (1600 м2),[2] покрытые 30 000 солнечных панелей толщиной 25 мкм, способные производить до 5 кВт на удалении от Юпитера, 5,2 Астрономические единицы с Солнца.[6][7][10] Главный космический корабль должен был располагаться в центре паруса, оснащенный солнечно-электрическим ионный двигатель для маневрирования и движения, особенно для возможной поездки на Землю с возвратом образцов.[4][6][7]

В космическом корабле использовалась технология солнечного паруса, изначально разработанная для успешных ИКАРОС (Межпланетный воздушный змей, ускоряемый излучением Солнца), запущенный в 2010 году, размер солнечного паруса которого составлял 14 м × 14 м.[6][15] Как и в случае с IKAROS, солнечный угол паруса можно было бы изменить за счет динамического управления отражательной способностью паруса. жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплей) на внешнем крае паруса, чтобы давление солнечного света создавало крутящий момент для изменения его ориентации.[16]

Ионный двигатель

В ионный двигатель предназначенный для миссии получил название μ10 HIsp. Планировалось, что удельный импульс 10 000 с, мощность 2,5 кВт и максимальная величина тяги 27 мН для каждого из четырех двигателей.[17][18] Система электрического двигателя была бы улучшенной версией двигателя от Хаябуса миссия, используемая для маневрирования, и особенно для дополнительной поездки на Землю с возвратом образцов.[15][18] Исследование показало потребность в 191 кг ксенон ракетного топлива, если было решено вернуть образец на Землю.[18]

Спускаемый аппарат

Спускаемый аппарат
Параметр / единицы[1]

[19]

Масса≤ 100 кг (220 фунтов)
Габаритные размерыЦилиндрический, диаметр 65 см
Высота 40 см
МощностьНеперезаряжаемый аккумулятор
Инструменты
(≤ 20 кг)
Отбор пробПневматический
Глубина: ≤1 м

В концепции миссии рассматривалось несколько сценариев, целей и архитектур. Рассматривается самый амбициозный сценарий на месте анализ и возврат пробы с помощью спускаемого аппарата. Эта концепция посадочного модуля была результатом сотрудничества между Немецкий аэрокосмический центр (DLR) и Японии JAXA, начиная с 2014 года.[3] На космическом корабле должен был быть развернут спускаемый аппарат массой 100 кг.[4][1] на поверхности троянского астероида длиной 20–30 км для анализа его подповерхностных летучих компонентов, таких как водяной лед, с помощью 1-метровой пневматической буровой установки, работающей на газообразном азоте под давлением. Некоторые пробы подземных пород были бы переданы на борт масс-спектрометр для анализа летучих веществ.[4]Масса научной полезной нагрузки спускаемого аппарата, включая систему отбора проб, не превышала бы 20 кг. Посадочный модуль должен был питаться от батарей и должен был выполнять автономный спуск, посадку, отбор проб и анализ.[3] Некоторые образцы должны были быть нагреты до 1000 ° C для пиролиза для изотопного анализа. Концептуальная полезная нагрузка посадочного модуля должна была включать панорамную камеру (видимую и инфракрасную), инфракрасный микроскоп, Рамановский спектрометр, а магнитометр, и тепловой радиометр.[20] Посадочный модуль проработал бы около 20 часов от батареи.[1]

Если бы должен был быть выполнен возврат пробы, посадочный модуль взлетел бы тогда, рандеву и доставить образцы поверхности и подповерхностного слоя на парящий над головным кораблем (на расстоянии 50 км) для последующей доставки на Землю в возвращаемой капсуле.[5][3] Посадочный модуль был бы отброшен после передачи образца.

Концептуальная научная полезная нагрузка

На посадочном модуле
[1]
На космическом корабле
Прикреплен к парусу
[2]

GAP-2 и EXZIT были инструментами для астрономических наблюдений и не предназначались для изучения троянских астероидов. Эти двое провели бы оппортунистические исследования, используя траекторию миссии. GAP-2 позволил бы определить местонахождение Гамма-всплески с высокой точностью за счет сопряжения с наземными обсерваториями. EXZIT, as зодиакальный свет становится значительно слабее за поясом астероидов, что позволило бы телескопу наблюдать космический инфракрасный фон. MGF-2 был возможным преемником прибора MGF на борту Аразе спутник, и ALADDIN-2, GAP-2 были возможными преемниками соответствующих инструментов на борту ИКАРОС.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c d е ж г час НАУКА И ИССЛЕДОВАНИЯ В СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ МИССИЯ ОКЕАНОС НА АСТЕРОИД ЮПИТЕР ТРОЯН. (PDF). Т. Окада, Т. Ивата, Дж. Мацумото, Т. Чуджо, Ю. Кебукава, Дж. Аоки, Ю. Кавай, С. Йокота, Ю. Сайто, К. Терада, М. Тойода, М. Ито, Х. Ябута, Х. Юримото, Ч. Окамото, С. Мацуура, К. Цумура, Д. Ёнетоку, Т. Михара, А. Мацуока, Р. Номура, Х. Яно, Т. Хираи, Р. Накамура, С. Уламек, Р. Яуманн, Ж.-П. Бибринг, Н. Гранд, К. Сопа, Э. Паломба, Дж. Хелберт, А. Херике, М. Гротт, Х. У. Остер, Г. Клингельхофер, Т. Сайки, Х. Като, О. Мори, Дж. Кавагути. 49-я Конференция по изучению луны и планет, 2018 г. (Доклад LPI № 2083).
  2. ^ а б c d е ж г час ИССЛЕДОВАНИЕ ДИСКОВОЙ СТРУКТУРЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ ВО ВРЕМЯ КРЕЙСЕРСКОЙ ФАЗЫ ПАРУСНОЙ МИССИИ СОЛНЕЧНОЙ СИЛЫ. (PDF). Т. Ивата, Т. Окада, С. Мацуура, К. Цумура, Х. Яно, Т. Хираи, А. Мацуока, Р. Номура, Д. Йонетоку, Т. Михара, Ю. Кебукава, М. Ито, М. Йошикава, Дж. Мацу-мото, Т. Чуджо и О. Мори. 49-я Конференция по изучению луны и планет, 2018 г. (Доклад LPI № 2083).
  3. ^ а б c d е ж Прямое исследование троянского астероида Юпитер с помощью Solar Power Sail (PDF). Осаму Мори, Хидеки Като и др. 2017 г.
  4. ^ а б c d Сценарий выборки для миссии по исследованию троянского астероида В архиве 2017-12-31 в Wayback Machine (PDF). Дзюн Мацумото, Дзюн Аоки, Юске Оки, Хадзимэ Яно. 2015 г.
  5. ^ а б c Разработка траектории для исследования астероидов-троянцев Юпитера с помощью Solar Power Sail (PDF). Таканао Сайки, Осам Мори. В Институт космоса и астронавтики (КАК ЕСТЬ), JAXA. 2017.
  6. ^ а б c d е JAXA отправляется к троянским астероидам Юпитера. Пол Гилстер, Центаврианские мечты. 15 марта 2017.
  7. ^ а б c Огромный парус позволит JAXA добраться до троянских астероидов и обратно. Сюсукэ Мурай, The Japan Times. 21 июля 2016 г.
  8. ^ Сасаки, Шио; и другие. (2010). "Магнитосферный орбитальный аппарат Юпитера и исследователь троянских астероидов" (PDF). КОСПАР. Получено 26 августа, 2015.
  9. ^ Дорожная карта 2017 - Фундаментальные концепции продвижения крупных научно-исследовательских проектов (PDF). 28 июля 2017.
  10. ^ а б Миссия Solar Power Sail к троянам Юпитера В архиве 2015-12-31 в Wayback Machine (PDF). 10-я Международная конференция IAA по недорогостоящим планетарным миссиям. 19 июня 2013 г.
  11. ^ OKEANOS - Миссия по сближению и высадке троянского астероида Юпитера с использованием паруса на солнечной энергии. Окада, Тацуаки; Мацуока, Аяко; Уламек, Стефан; Хельберт, Йорн; Эрик, М. Ален; Паломба, Эрнесто; Яуманн, Ральф; Гротт, Матиас; Мори, Осаму; Ёнетоку, Дайсуке. 42-я научная ассамблея КОСПАР. Состоялось 14–22 июля 2018 г. в Пасадене, Калифорния, США, Abstract id. B1.1-65-18.
  12. ^ Системное проектирование парусного корабля на солнечной энергии для исследования троянского астероида Юпитер. Осаму МОРИ, Дзюн МАЦУМОТО, Тошихиро ЧУДЖО, Хидеки КАТО, Таканао САЙКИ, Дзюнъитиро КАВАГУЧИ, Шигео КАВАСАКИ, Тацуаки ОКАДА, Такахиро ИВАТА, Юки ТАКАО. J-этап. Дои:10.2322 / tastj.16.328
  13. ^ Научное исследование и аппаратура миссии OKEANOS к троянскому астероиду Юпитер с использованием солнечного паруса. Тацуаки Окада, Йоко Кебукава, Дзюн Аоки | display-авторы = etal. Планетарная и космическая наука. Том 161, 15 октября 2018 г., страницы 99-106. Дои:10.1016 / j.pss.2018.06.020.
  14. ^ Стратегия исследования малых тел ISAS. Лаборатория Луны и планет, семинар JAXA Университета Аризоны (2017).
  15. ^ а б c IKAROS и Solar Power Sail-Craft Missions для исследования внешнего региона планеты В архиве 2017-01-26 в Wayback Machine (PDF). Дж. Кавагути (ДЖАКСА). 15 июня 2015.
  16. ^ Жидкокристаллическое устройство с отражающей микроструктурой для контроля отношения. Тосихиро Чуджо, Хирокадзу Исида, Осаму Мори и Дзюнъитиро Кавагути. Центр аэрокосмических исследований. Дои:10.2514 / 1.A34165.
  17. ^ Модельный ряд ионных двигателей СВЧ-разряда. ДЖАКСА.
  18. ^ а б c Анализ миссии по возвращению пробы с троянского астероида на Юпитере с помощью Solar Power Sail (PDF). Дзюн Мацумото, Рю Фунасе и др. Пер. JSASS Aerospace Tech. Япония Vol. 12, No. ists29, pp. Pk_43-Pk_50, 2014.
  19. ^ Научные эксперименты над астероидом-троянцем Юпитером во время полета на парусе на солнечной энергии (PDF). О. Мори, Т. Окада1 и др. 47-я Конференция по изучению луны и планет (2016 г.).
  20. ^ Зонд троянского астероида (PDF) (на японском языке). ДЖАКСА.
  21. ^ EXZIT телескоп. ДЖАКСА.
  22. ^ Мелкие недра троянца Юпитера: прямые наблюдения с помощью радара на борту миссии OKEANOS. Ален Эрик, Пьер Бек, Патрик Мишель, Влодек Кофман, Ацуши Кумамото, Тацуаки Окада, Дирк Плеттемайер. EPSC AbstractsVol. 12, EPSC2018-526, 2018. Европейский планетарный конгресс 2018.