天王星の周囲に立方体衛星を散在させ、天王星の変化を追跡できるかもしれない

太陽系外縁部への探査ミッションは、2013年から2022年の惑星科学十年調査で非常に優先されていたにもかかわらず、依然として大きく不足している。 実際、太陽系外縁部の多くの惑星は探査機によって周回されたことさえありません。 特に天王星については、50 年以上前に設計された機器を使用したボイジャー 2 号のデータ、または地球ベースの観測に依存する必要があります。 どちらの解決策も、本質的に横たわっているこの惑星で起こっている奇妙な物理学を真に理解することはできません。 提案されたミッション アーキテクチャはたくさんありますが、新しいものが登場したときにそれを見てみるのはいつも楽しいものです。 スタンフォード大学のチームは、送信機電磁放射による持続的キューブサット活動 (SCATTER) と呼ばれる新しいコンセプトを考案しました。 このアイデアをさらに発展させるために、NASA 先端概念研究所の助成金が与えられました。 彼らは少し前に論文を発表しましたが、ここを掘り下げる価値があります。

天王星を探索する際に乗り越えなければならない大きなハードルの 1 つは、天王星でのミッションに動力を供給する方法です。 ソーラーパネルを効果的に使用するには遠すぎるため、他の唯一の実行可能な選択肢は放射性同位体熱発電機（RTG）です。 これらはボイジャー探査機などのミッションで使用され、それ以来段階的に改良されてきました。 ただし、それらは大きくてかさばるため、小型衛星には実用的ではありません。

天王星には、1 つの衛星だけから監視するのが難しいダイナミックな環境もあります。 天王星系の最も興味深い部分の 1 つであるその磁場は、ほぼ毎日変化します。 単一の軌道探査機は、常に磁場上の単一の空間点のデータしか収集できないため、そのシステム内で必要な変化を検出することは困難です。

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天王星系全体にセンサーを備えた複数の探査機を配置する方がよいでしょう。 そうすることで、さまざまな空間上の有利な点から、磁場の動的な変化を観察することができました。 しかし、そのようなマルチ証明システムを独自の RTGS で天王星に送信するには、法外に高価になります。

そこで、スタンフォード大学のシグリッド・クローズ博士とそのチームは、問題を解決できるかどうかを確認するために、別の新進気鋭の技術であるパワービームを試すことにしました。 最近、私たちは、この種のものとしては初の実験の一環として、電力衛星から地球に電力を送り返す試験の成功について報告しました。 しかし、物理法則では、衛星から地上局に戻る電力ビームを制限するものは何もありません。 同じテクノロジーにより、太陽系内のあらゆる場所にあるあらゆるデバイスに遠隔から電力を供給できます。

クローズ博士と彼女のチームが開発したシステムは、強力な RTG を備えた基地局のアイデアに基づいて、センサーを搭載した一連の小型 CubeSat を天王星系全体に放出します。 この基地局は、システム全体で CubeSat の電源および通信ハブとして機能します。 RTG を使用してエネルギーを生成し、パワー ビームを介して CubeSat に送信します。 これらの CubeSat は、自身が位置するローカル環境を監視し、磁場やその他の EM 放射線などのデータを基地局に中継し、基地局はより堅牢な通信システムを使用してデータを地球に送信します。

さらに、CubeSat は、基地局からビームされたエネルギーをナビゲーションに使用する可能性もあります。 ある種のソーラーセイルを展開することで、CubeSats はパワービームによって提供される放射圧を利用して、巨大な惑星に加えて少なくとも 27 個の異なる衛星を含む天王星系を曲がりくねって進むことができます。

パワービームとセイル推進システムの背後にある基礎物理学を理解することが、2022 年の AIAA SCITECH フォーラムで発表されたクローズ博士とその同僚によるレポートの焦点でした。主な関心は、どのくらいのサイズの CubeSat がミッションに理想的であるかでした。 。 彼らは、サイズが約 10cm x 10cm x 5cm、重量が約 500g の 0.5U Cubesat に落ち着きました。 この構成は、俊敏性と電力伝達能力との間に最良のトレードオフをもたらしました。