低エネルギー転送

低エネルギー移行、または低エネルギー軌道は、宇宙船が従来の移行よりも大幅に少ない燃料で軌道を変更できる宇宙の経路です。 ^[1]^[2]これらの経路は、地球-月系だけでなく、木星の衛星間などの他のシステムでも機能します。このような軌道の欠点は、ホーマン移行軌道などの高エネルギー（より多くの燃料）移行よりも完了までに時間がかかることです。

低エネルギー転移は弱安定境界軌道とも呼ばれ、弾道捕捉軌道が含まれます。

低エネルギー転送は、宇宙の特別な経路をたどります。この経路は、惑星間輸送ネットワークと呼ばれることもあります。この経路をたどることで、速度の変化、つまりデルタ v をほとんど起こさずに長距離を移動することができます。

ミッション例

低エネルギー転送を使用したミッションには以下のものがあります。

ひてん、 JAXAより
SMART-1、 ESAより
ジェネシス、 NASAより。^[3]
GRAIL、 NASAより。^[4]^[5]
KARIのダヌリ^[6]

低エネルギー転送を使用する進行中のミッションには以下が含まれます。

低エネルギー転送を使用する提案されたミッションには以下が含まれます。

歴史

月への低エネルギー輸送は、1991年に日本の宇宙船「ひてん」によって初めて実証された。ひてんは月を通過するように設計されていたが、月周回軌道には入らなかった。はごろも衛星はひてんの最初のスイングバイで放出され、月周回軌道には入ったと思われるが、通信障害に見舞われた。

ジェット推進研究所のエドワード・ベルブルーノとジェームズ・ミラーは失敗を聞いて、ヒテン本体が月周回軌道に入ることを可能にする弾道捕捉軌道を開発することでミッションの救済に協力した。彼らがヒテンのために開発した軌道は弱安定境界理論を使用し、楕円スイングバイ軌道へのわずかな摂動のみを必要とし、宇宙船のスラスタで達成できるほど十分に小さかった。^[1]このコースにより、探査機はデルタvゼロで一時的な月周回軌道に捕捉されるが、通常のホーマン遷移の3日間ではなく5ヶ月を要した。^[8]

デルタv節約

低地球軌道から月軌道までは、従来の月周回軌道投入で月の近くで適用される逆行燃焼と比較して、低地球軌道を離れた後に適用される燃焼でデルタvの節約が25％に近づき、ペイロードを2倍にすることができます。^[9]

ロバート・ファークワーは、低地球軌道から月への捕捉まで 9 日間の経路を、3.5 km/s で説明しました。^[10]ベルブルーノの低地球軌道からの経路では、月への投入に 3.1 km/s の燃焼が必要で、デルタvの節約は 0.4 km/s 以下です。ただし、後者は低地球軌道を離れた後に大きなデルタv の変化を必要としないため、再起動や軌道上耐久能力が制限された上段ステージを使用する場合には運用上の利点がある可能性があります。その場合、捕捉用に別の主推進システムが必要になります。^[11]

火星の衛星とのランデブーでは、フォボスでは12%、ダイモスでは20%の節約となる。ランデブーが目標とされるのは、火星の衛星の周りの安定した擬似軌道が、表面から10km以内の領域にあまり時間を費やさないためである。^[12]

参照

参考文献

^ ab ベルブルーノ、エドワード(2004)。天体力学における捕捉ダイナミクスとカオス運動：低エネルギー転送の構築への応用。プリンストン大学出版局。p. 224。ISBN 978-0-691-09480-9。
^ ベルブルーノ、エドワード(2007)。『Fly Me to the Moon: An Insider's Guide to the New Science of Space Travel』。プリンストン大学出版局。176 ページ。ISBN 978-0-691-12822-1。
^ 惑星間スーパーハイウェイが宇宙旅行をよりシンプルにする // NASA 07.17.02: 「ローは惑星間スーパーハイウェイの理論を考案しました。ローと彼の同僚は、惑星間スーパーハイウェイの基礎となる数学を「LTool」と呼ばれるミッション設計ツールに変換しました。...新しい LTool は、ジェネシスミッションの飛行経路を再設計するために JPL エンジニアによって使用されました。」
^ 「MIT ウェブサイトの GRAIL デザイン」。2012年 1 月 22 日閲覧。
^ 「Spaceflight101 GRAIL Mission Design」。2012年7月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年1月22日閲覧。
^ 「ダヌリ、韓国初の月探査に向け準備万端」www.kari.re.kr 2022年6月6日2022年7月30日閲覧。
^ 「BepiColombo概要」www.esa.int . 2019年12月3日閲覧。
^ フランク、アダム (1994 年 9 月)。「Gravity's Rim」。発見。
^ Edward A. Belbruno & John P. Carrico (2000)。「弱安定境界弾道月面遷移軌道の計算」(PDF)。AIAA/AAS 天体力学専門家会議。
^ Farquhar, Robert (1971). 「高度な月面活動におけるハロー軌道の利用」(PDF) www.lpi.usra.edu . 2020年8月2日閲覧。
^ パーカー、ジェフリー、アンダーソン、ロドニー（2014年6月25日）。低エネルギー月軌道設計。p. 24。ISBN 9781118855317。
^ AL Genova、SV Weston、LJ Simurda (2011)。「フォボスとデイモスへの低エネルギー転送の有人およびロボットミッションへの応用」(PDF)。2012年4月25日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。

外部リンク

天体力学理論と軌道設計の本質
L1双曲通過軌道を目標とした地球から月への低エネルギー移転 2005年6月
低エネルギー軌道とカオス：天体力学と力学天文学への応用
天体の流れをナビゲートする

[Capture-1] ベルブルーノ、エドワード(2004)。天体力学における捕捉ダイナミクスとカオス運動：低エネルギー転送の構築への応用。プリンストン大学出版局。p. 224。ISBN 978-0-691-09480-9。

[FlyMe-2] ベルブルーノ、エドワード(2007)。『Fly Me to the Moon: An Insider's Guide to the New Science of Space Travel』。プリンストン大学出版局。176 ページ。ISBN 978-0-691-12822-1。

[nasa-jpl-genesis-itn-3] 惑星間スーパーハイウェイが宇宙旅行をよりシンプルにする // NASA 07.17.02: 「ローは惑星間スーパーハイウェイの理論を考案しました。ローと彼の同僚は、惑星間スーパーハイウェイの基礎となる数学を「LTool」と呼ばれるミッション設計ツールに変換しました。...新しい LTool は、ジェネシスミッションの飛行経路を再設計するために JPL エンジニアによって使用されました。」

[4] 「MIT ウェブサイトの GRAIL デザイン」。2012年 1 月 22 日閲覧。

[5] 「Spaceflight101 GRAIL Mission Design」。2012年7月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年1月22日閲覧。

[6] 「ダヌリ、韓国初の月探査に向け準備万端」www.kari.re.kr 2022年6月6日2022年7月30日閲覧。

[7] 「BepiColombo概要」www.esa.int . 2019年12月3日閲覧。

[GR-8] フランク、アダム (1994 年 9 月)。「Gravity's Rim」。発見。

[Calculation-9] Edward A. Belbruno & John P. Carrico (2000)。「弱安定境界弾道月面遷移軌道の計算」(PDF)。AIAA/AAS 天体力学専門家会議。

[10] Farquhar, Robert (1971). 「高度な月面活動におけるハロー軌道の利用」(PDF) www.lpi.usra.edu . 2020年8月2日閲覧。

[11] パーカー、ジェフリー、アンダーソン、ロドニー（2014年6月25日）。低エネルギー月軌道設計。p. 24。ISBN 9781118855317。

[12] AL Genova、SV Weston、LJ Simurda (2011)。「フォボスとデイモスへの低エネルギー転送の有人およびロボットミッションへの応用」(PDF)。2012年4月25日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。