宇宙ベースの太陽系外惑星探査のための開口合成干渉計システムのミッション設計

地球外生命の探索と「別の地球」の探索は、人間にとって永遠のテーマであり、何世代にもわたる惑星科学者を鼓舞します。 それは、恒星系の形成中の惑星の形成と進化についての私たちの理解を向上させるだけでなく、科学者が生命の存在の可能な条件と基準を調査するのを助けます。 過去30年間で、科学者は4,000を超える太陽系外惑星を発見しましたが、探査にはまだ長い道のりがあります。

距離が遠いため、太陽系外惑星を探すには高感度と高解像度が必要です。 宇宙ベースの望遠鏡は、観測に対する地球の大気の干渉を排除することができ、太陽系外惑星探査のトレンドになりました。 次世代望遠鏡の構成として、アレイ望遠鏡は望遠鏡システムのクロスジェネレーションを実現し、太陽のようなホスト星の近くの地球のような太陽系外惑星を直接イメージングによって検出および特性評価できるようになることが期待されています。

最近公開された研究論文で 宇宙：科学技術、北京理工大学のXiangyu Liは、宇宙ベースの太陽系外惑星探査ミッションに焦点を当て、その科学的背景、ミッションプロファイル、軌道設計法、および軌道維持技術を分析します。太陽系外惑星の発見に役立ちます。

著者は最初に、太陽系の隣人（65光年以内）の居住可能な太陽系外惑星を検索して特徴づけるために必要な、アレイ望遠鏡の4つの観測要求を提案しました。

1. 高い空間分解能。 星と惑星の角距離は、太陽から65光年離れた0.01秒角よりも優れています。
2. ハイコントラスト。 惑星や星の明るさは、中赤外線帯で少なくとも7桁異なります。
3. 高感度。 信号優勢帯域の惑星の明るさは3光子/秒/m未満です²。
4. 広いスペクトル範囲。 1〜5μmの近赤外線帯域での間接観測と1〜13μmの近赤外線帯域での直接観測。

その後、2要素ヌル干渉計と4要素ヌル干渉計の原理がそれぞれ紹介されました。 観測要求の特性と干渉法の原理に基づいて、軌道設計のためのアレイ望遠鏡システムの一般的な要件が結論付けられました。

次に、ミッション軌道選択と移動軌道設計の方法を提案した。 太陽地球L2ハロー軌道は、2つの主な理由からミッション軌道として選択されています。 一方では、理想的なミッション軌道は、地球の電磁干渉から遠ざける必要があります。 一方、軌道維持の規模と頻度を減らすには、比較的クリーンな動的環境が必要です。 選択された周期軌道に基づいて、周期軌道の安定した不変多様体を使用して、低エネルギー遷移の機会を見つけました。 移動軌道は、3段階の手順で設計されました。 まず、円形の制限された3体問題に基づいて、さまざまな位相角でターゲットミッション軌道の安定多様体が生成され、地球に接近する分岐が選択されました。 次に、近地点の状態の制約に従ってポアンカレ写像が選択されました。 第三に、移動軌道の初期推定値として、駐車軌道の高さの制約を満たす対応する多様体が選択されました。 秤動点周辺の地層構成を維持するために、最大ドリフト誤差限界の制約が存在し、操作間の誤差限界内で費やされる時間を最大化するために、接線ターゲティング法に基づく制御則が提案されました。

最後に、数値シミュレーションを実装して、提案された方法の効率を検証しました。 2つの主要な調査結果は言及する価値がありました。 軌道移動の段階では、多様体の複数の周縁部が合計移動時間を1年半に短縮することがわかり、各移動は、ハロー軌道の挿入を達成するために10 m/s未満の速度増分のみを必要としました。 。 軌道維持の段階では、宇宙船は、およそ2日に1回の維持頻度で、相対的な位置安定性の制約を満たすことができ、各宇宙船の全体の速度増分は5×10未満です。⁻⁴ 誤差限界が0.1mの場合のm/s。

北京理工大学提供