행성간 교통망

Interplanetary Transport Network
행성간 네트워크 또는 행성간 전송 시스템과 혼동하지 마십시오.
ITN에 대한 이러한 양식화된 묘사는 태양계를 통과하는 (흔히 난해한) 경로를 보여주기 위해 고안되었다.녹색 리본은 어두운 녹색 경계 튜브의 표면을 따라 수학적으로 가능한 많은 경로 중에서 하나의 경로를 나타낸다.리본의 방향이 갑자기 바뀌는 위치는 라그랑주 지점의 궤적 변화를 나타내는 반면, 수축된 영역은 물체가 계속 진행하기 전에 지점 주변의 임시 궤도에 머물러 있는 위치를 나타낸다.

행성간 교통 네트워크(ITN)[1]는 태양계를 통과하는 중력적으로 결정된 경로의 집합체로서, 물체가 따라오는 데 거의 에너지가 필요하지 않다.ITN은 특히 라그랑주 지점을 에너지를 거의 또는 전혀 사용하지 않고 공간을 통과하는 궤적을 리디렉션할 수 있는 장소로 사용한다.이 지점들은 궤도를 돌 수 있는 물체가 부족함에도 불구하고 물체가 그들 주위를 공전하도록 하는 독특한 특성을 가지고 있다.그것은 에너지를 거의 사용하지 않지만, 네트워크를 따라 이동하는 데는 오랜 시간이 걸릴 것이다.[2]

역사

행성간 전달 궤도는 중력 3체 문제에 대한 해결책이며, 일반적인 경우 분석 해결책이 없으며, 수치 분석 근사치로 해결된다.그러나 정확한 해결책은 소수에 불과하며, 특히 "Lagrange points"라고 불리는 5개의 궤도는 한 몸체가 훨씬 더 큰 경우 원형 궤도를 위한 궤도 솔루션이다.

행성간 교통망을 발견하기 위한 열쇠는 지구-태양과 지구-달 라그랑주점 부근의 구불구불한 경로의 특성에 대한 조사였다.그들은 1890년대에 앙리 푸앵카레에 의해 처음 조사를 받았다.그는 그 지점들 중 어느 곳과든 오가는 길이 거의 항상, 한 시간 동안, 그 지점의 궤도에 자리잡을 것이라는 것을 알아챘다.[3]사실 그 지점까지 그리고 그 지점으로부터 멀어지는 무한한 수의 길이 있고, 그 모든 길은 도달하기 위해 거의 0에 가까운 에너지의 변화를 필요로 한다.플롯이 되면 라그랑주 점의 궤도를 한 쪽 끝에 두고 관을 형성한다.

이러한 경로의 유래는 수학자 찰스 C.로 거슬러 올라간다. 콘리와 리처드 P. 1968년 맥게희.[4]일본 최초의 달 탐사선인 히텐은 지구와 달 사이의 경로의 특성에 대한 유사한 통찰력을 이용해 달 궤도로 이동되었다.1997년부터 마틴 로, 셰인 D. 로스 등은 이 기술을 제네시스 태양풍 샘플 리턴, 달과 조비아 미션에 적용한 수학적 근거를 규명하는 논문을 연재했다.그들은 그것을 행성간 고속도로(IPS)라고 불렀다.[5]

경로

밝혀진 바와 같이, 그 지점으로 통하는 길에서 다시 나가는 길로 가는 것은 매우 쉽다.이는 궤도가 불안정하기 때문에 에너지를 전혀 소모하지 않고 결국 출항길에 오를 것임을 시사하는 것이다.에드워드 벨브루노는 이 효과를 위해 "약한 안정성 경계"[6] 또는 "부드러운 경계"[7]라는 용어를 만들었다.

세심한 계산으로 원하는 아웃바운드 경로를 선택할 수 있다.이 길들 중 많은 것들이 지구의 달이나 목성의 갈릴레이 달 사이와 같은 우주에서 몇 달 또는 몇 년 안에 흥미로운 지점들로 이어지기 때문에 이것은 유용한 것으로 밝혀졌다.[8]

이동은 에너지가 너무 낮아서 태양계의 거의 모든 지점을 여행할 수 있다.[citation needed]단점으로는 이러한 이전이 매우 느리다.지구에서 다른 행성으로 가는 여행의 경우, 그들은 승무원이거나 나사 없는 탐사에 유용하지 않다. 왜냐하면 그 여행은 많은 세대를 필요로 하기 때문이다.그럼에도 불구하고, 그들은 이미 우주선을 지구로 옮기는 데 사용되었고, 이는 창세기 임무를 포함하여, 태양을 지구로 가장 먼저 돌려보낸 최근의 많은 임무에 고용된 태양을1 연구하는 데 유용한 지점이다.[9]이 네트워크는 태양계의 역학을 이해하는 것과도 관련이 있다;[10][11] 혜성 슈메이커-레비 9호는 목성과의 충돌 경로에서 그런 궤적을 따라갔다.[12][13]

추가 설명

ITN은 혼돈 이론에 의해 예측된 일련의 궤도 경로와 라그랑주점 주위의 궤도를 오가는 제한된 3체 문제, 즉 다양한 신체 사이의 중력이 그곳의 물체의 원심력과 균형을 이루는 공간의 지점들에 기초한다.항성/행성/달계 등 한 몸체가 다른 몸 주위를 공전하는 두 개의 몸체에 대해 L에서1 L까지로5 표시된 다섯 개의 그러한 지점이 있다.예를 들어, 지구-달 L1 지점은 둘 사이의 선에 놓여 있는데, 그 선에서 그들 사이의 중력력은 궤도에 놓인 물체의 원심력과 정확히 균형을 이룬다.이 5개 지점은 특히 델타-V 요건이 낮으며, 우주 여행이 시작된 이래 궤도 탐색을 지배해 온 일반적인 호만 전송 궤도보다 훨씬 낮은, 가능한 가장 낮은 에너지 전송으로 보인다.

이러한 지점에서 힘이 균형을 이루지만, 처음 세 지점(예를 들어 항성, 그리고 더 작고 궤도를 도는 질량, 예를 들어 행성)은 안정된 평형점이 아니다.지구-달 L 지점에1 배치된 우주선이 평형점에서 조금만 멀어져도 흔들리면 우주선의 궤적이 L 지점에서1 멀어지게 된다.전체 시스템이 움직이고 있기 때문에 우주선은 실제로 달에 부딪히지 않고 구불구불한 길을 따라 우주로 이동할 것이다.그러나 이 지점들 각각에는 후광궤도라고 불리는 반안정 궤도가 있다.두 점 중 L과4 L의5 궤도는 안정적이지만 L에서1 L까지의3 후광 궤도는 월 순서에 따라서만 안정적이다.

라그랑주점 주위의 궤도에 더하여, 둘 이상의 질량의 중력 당김에서 발생하는 풍부한 역학은 저에너지 전달이라고도 알려진 흥미로운 궤적을 산출한다.[4]예를 들어, 태양-지구-달 시스템의 중력 환경은 우주선이 아주 적은 연료로 아주 먼 거리를 여행할 수 있게 해준다.[citation needed] 비록 종종 순환 경로에 있지만 말이다.

미션스

1978년에 발사된 ISEE-3 우주선은 라그랑주 지점들 중 한 곳을 공전하는 임무를 띠고 보내졌다.[14]이 우주선은 독특한 중력 환경을 이용하여 연료를 거의 사용하지 않고 지구 인근을 돌아다닐 수 있었다.1차 임무가 완료된 후 ISEE-3는 지자기 꼬리를 통한 비행과 혜성 플라이비 등 다른 목표 달성에 나섰다.그 임무는 이후 국제통화탐사기구(ICE)로 이름이 바뀌었다.

나중에 ITN이라고 불리게 될 것을 사용한 최초의 낮은 에너지 전달은 1991년 일본의 히텐 달 임무의 구출이었다.[15]

ITN을 사용한 또 다른 예로는 2001-2003년 나사의 Genesis 임무가 있었는데, 이 임무는 2년 넘게 물질을 수집하기 위해 태양-지구 L1 지점을 궤도를 돌다가 L 라그랑주2 지점으로 방향을 바꾸었다가 마침내 거기서 지구로 다시 방향을 바꾸었다.[1]

유럽우주국의 2003-2006 SMART-1은 ITN으로부터 또 다른 낮은 에너지 전달을 사용했다.[citation needed]

좀 더 최근의 예에서, 중국의 우주선 Chang'e 2호는 ITN을 이용해 달 궤도에서 지구-Sun L2 지점까지 이동한 다음, 소행성 4179 Tutatis 옆을 비행했다.[citation needed]

소행성

소행성 39P/Oterma의 궤도를 벗어나 주피터 궤도를 벗어나 내부로, 다시 외부로 돌아오는 길은 이러한 낮은 에너지 경로를 이용한다고 한다.[1]

참고 항목

출처 및 참고 사항

  1. ^ a b c Ross, S. D. (2006). "The Interplanetary Transport Network" (PDF). American Scientist. 94 (3): 230–237. doi:10.1511/2006.59.994.
  2. ^ 행성간 고속도로, 셰인 로스, 버지니아 공대
  3. ^ Marsden, J. E.; Ross, S. D. (2006). "New methods in celestial mechanics and mission design". Bull. Amer. Math. Soc. 43: 43–73. doi:10.1090/S0273-0979-05-01085-2.
  4. ^ a b Conley, C. C. (1968). "Low energy transit orbits in the restricted three-body problem". SIAM Journal on Applied Mathematics. 16 (4): 732–746. Bibcode:1968SIAMJ..16..732C. doi:10.1137/0116060. JSTOR 2099124.
  5. ^ Lo, Martin W. and Ross, Shane D.(2001) The Loan L1 Gateway: Portal to the Stars and Beyond, AIAA Space 2001 Conference, Albukerque, New Mexican.
  6. ^ Edward A. Belbruno; John P. Carrico (2000). "Calculation of Weak Stability Boundary Ballistic Lunar Transfer Trajectories" (PDF). AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference.
  7. ^ Frank, Adam (September 1994). "Gravity's Rim". Discover. Retrieved 29 August 2017.
  8. ^ Ross, S.D., W.S. Koon, M.W. Lo and J.E. Marsden (2003) Design of a Multi-Moon Orbiter Archived 2007-01-08 at the Wayback Machine. 13th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Ponce, Puerto Rico, Paper No.AAS 03-143.
  9. ^ Lo, M. W. 외 2001.Genesis Mission Design, The Journal of the Spaceial Science 49:169–184.
  10. ^ Belbruno, E, B.G. Marsden. 1997.혜성에서 깡충깡충 뛰는 공명.천문저널 113:1433–1444
  11. ^ Koon, Wang Sang; Lo, Martin W.; Marsden, Jerrold E.; Ross, Shane D. (2000). "Heteroclinic connections between periodic orbits and resonance transitions in celestial mechanics" (PDF). Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science. 10 (2): 427–469. Bibcode:2000Chaos..10..427K. doi:10.1063/1.166509. PMID 12779398.
  12. ^ 2002년 D. L. 스미스.다음 출구 0.5만 킬로미터.엔지니어링 및 과학 LXV(4):6–15
  13. ^ 로스, S. D. 2003.태양계 내 경미한 신체에 대한 내부-외부 전이 및 충돌 확률 통계 이론 웨이백머신, 천장점 궤도 및 애플리케이션(Eds. Gomez, M.W. Lo, J.J. Masdemont), 월드 사이언티픽, 페이지 637–652.
  14. ^ Farquhar, R. W.; Muhonen, D. P.; Newman, C.; Heuberger, H. (1980). "Trajectories and Orbital Maneuvers for the First Libration-Point Satellite". Journal of Guidance and Control. 3 (6): 549–554. Bibcode:1980JGCD....3..549F. doi:10.2514/3.56034.
  15. ^ Belbruno, E. (2004). Capture Dynamics and Chaotic Motions in Celestial Mechanics: With the Construction of Low Energy Transfers. Princeton University Press. ISBN 9780691094809. Archived from the original on 2014-12-02. Retrieved 2006-09-25.

외부 링크