Uzay tabanlı ötegezegen keşfi için bir açıklıklı sentetik interferometre sisteminin görev tasarımı

Dünya dışı yaşam arayışı ve “başka bir Dünya”nın keşfi, insanlar için sonsuz bir temadır ve nesiller boyu gezegen bilim adamlarına ilham verir. Sadece bir yıldız sisteminin oluşumu sırasında gezegenlerin oluşumu ve evrimi konusundaki anlayışımızı geliştirmekle kalmaz, aynı zamanda bilim adamlarının yaşamın varlığının olası koşullarını ve kriterlerini araştırmasına da yardımcı olur. Son 30 yılda, bilim adamları 4.000’den fazla ötegezegen keşfettiler, ancak keşiflerin daha gidecek çok yolu var.

Uzak mesafe nedeniyle, ötegezegenleri aramak, yüksek hassasiyet ve yüksek çözünürlük gerektirir. Uzay tabanlı teleskop, Dünya atmosferinin gözlemler üzerindeki müdahalesini ortadan kaldırabilir ve ötegezegen keşfinde bir trend haline geldi. Yeni nesil bir teleskop konfigürasyonu olarak, dizi teleskobunun teleskop sisteminin çapraz neslini gerçekleştirmesi bekleniyor, böylece Güneş benzeri bir ev sahibi yıldızın yakınındaki Dünya benzeri bir ötegezegen doğrudan görüntüleme yoluyla tespit edilebilir ve karakterize edilebilir.

Yakın zamanda yayınlanan bir araştırma makalesinde Uzay: Bilim ve TeknolojiPekin Teknoloji Enstitüsü’nden Xiangyu Li, uzay tabanlı bir ötegezegen keşif görevine odaklanıyor ve bilimsel arka planını, görev profilini, yörünge tasarım yöntemini ve uzayda bir açıklık-sentetik interferometre sistemi oluşturmak için birkaç uyduyu kullanan yörünge bakım tekniğini analiz ediyor. ötegezegenlerin keşfedilmesine yardımcı olur.

Yazar ilk olarak, güneş sistemimizin komşularında (65 ışıkyılı içinde) yaşanabilir ötegezegenleri aramak ve karakterize etmek için gerekli olan dizi teleskopunun dört gözlem talebini önerdi.

1. Yüksek uzaysal çözünürlük. Yıldız-gezegen açısal uzaklığı, Güneş’ten 0.01 yaysec 65 ışıkyılı uzaklıktan daha iyidir.
2. Yüksek kontrast. Gezegenlerin ve yıldızların parlaklıkları, orta kızılötesi bantta en az 7 büyüklük sırası kadar farklılık gösterir.
3. Yüksek hassasiyet. Gezegenin sinyal baskın bandındaki parlaklığı 3 foton/sn/m’den az².
4. Geniş spektral aralık. 1 ila 5 μm yakın kızılötesi bandında dolaylı gözlem ve 1 ila 13 μm yakın kızılötesi bandında doğrudan gözlem.

Daha sonra sırasıyla iki elemanlı sıfırlayıcı interferometre ve dört elemanlı sıfırlı interferometrenin prensipleri tanıtıldı. Gözlem taleplerinin özelliklerine ve interferometri ilkesine dayanarak, yörünge tasarımı için dizi teleskop sistemi için genel gereksinimler sonuçlandırıldı.

Daha sonra görev yörünge seçimi ve transfer yörünge tasarımı için yöntemler önerilmiştir. Sun-Earth L2 hale yörüngesi, iki ana nedenden dolayı görev yörüngesi olarak seçilmiştir. Bir yandan ideal görev yörüngesi, Dünya’nın elektromanyetik girişiminden uzak durmalıdır. Öte yandan, yörünge bakımının büyüklüğünü ve sıklığını azaltmak için nispeten temiz bir dinamik ortam gereklidir. Seçilen periyodik yörüngeye dayalı olarak, düşük enerji transfer fırsatını bulmak için periyodik yörüngelerin kararlı değişmez manifoldları kullanıldı. Transfer yörüngesi üç aşamalı bir prosedürle tasarlandı. İlk olarak, dairesel kısıtlı üç cisim probleminden hareketle, hedef görev yörüngesinin farklı faz açılarında kararlı manifoldları oluşturulmuş ve Dünya’ya yaklaşan dal seçilmiştir. İkinci olarak, Poincare haritası perigee durum kısıtına göre seçilmiştir. Üçüncü olarak, transfer yörüngesinin ilk tahmini olarak park yörüngesinin yükseklik kısıtlamasını karşılayan ilgili manifold seçildi. Serbest bırakma noktası etrafındaki oluşum konfigürasyonunun bakımı için, maksimum sürüklenme hatası sınırı kısıtlaması mevcuttu ve manevralar arasındaki hata sınırı içinde harcanan süreyi en üst düzeye çıkarmak için teğet hedefleme yöntemine dayalı kontrol yasası önerildi.

Son olarak, önerilen yöntemin etkinliğini doğrulamak için sayısal simülasyonlar uygulandı. İki ana bulgu söz edilmeye değerdi. Yörünge aktarımı aşamasında, manifoldun çoklu perigelerinin toplam aktarım süresini bir buçuk yıla indirdiği bulundu ve her aktarım, hale yörüngesinin eklenmesini sağlamak için yalnızca 10 m/s’den daha az bir hız artışına ihtiyaç duydu. . Yörünge bakımı aşamasında, uzay aracı, her bir uzay aracının tüm hız artışları 5×10’dan az olacak şekilde, yaklaşık olarak iki günde bir bakım frekansında göreli konum kararlılığı kısıtlamalarını karşılayabilir.^-4 hata sınırı 0,1 m olduğunda m/s.

Pekin Teknoloji Enstitüsü tarafından sağlanmıştır