现代太空任务越来越多地穿越地月空间,需要扩展空间感知功能。传统的空间域感知 (SDA) 系统最初并非为探测和跟踪地月物体而建造的,这可能需要购置新的传感器系统。每个系统都有许多参数,包括传感类型、高度和平台数量,这些参数可能有所不同。任何“极点位置”的一个关键优势是它的位置远在黄道平面之外,并且提供独特的、在某些情况下是正交的观察几何形状,而这种几何形状迄今为止尚未开发用于操作部署。本文讨论了极点位置轨迹的物理原理、燃料与高度的交换以及技术更新,所有这些都表明在短期内展示极点位置 SDA 能力是可行的。此外,本文设计了一个拟议的原型,使用小型航天器与地面传感器协同工作,并描述了当前可供部署的技术。
直接聚变驱动器 (DFD) 是一种核聚变发动机,可为任何航天器产生推力和电力。它是一种紧凑型发动机,基于 D-3He 无中子聚变反应,使用普林斯顿场反转配置进行等离子体约束,并使用奇偶校验旋转磁场作为加热方法实现聚变。推进剂是氘,它被聚变产物加热,然后膨胀到磁喷嘴中,产生排气速度和推力。根据任务要求,单个发动机的功率范围可以在 1 - 10 MW 之间,并且能够实现 4 N 至 55 N 的推力,具体取决于所选功率,比冲约为 10 4 s。在这项工作中,我们介绍了使用这种发动机到达和研究太阳系外边界的可能性。目标是在不到 10 年的时间内,携带至少 1000 公斤的有效载荷,前往柯伊伯带及更远的海王星外天体 (TNO),如矮行星鸟神星、阋神星和鸟神星,从而可以执行从科学观测到现场操作等各种任务。所选的每个任务剖面图都尽可能简单,即所谓的推力-滑行-推力剖面图,为此,每个任务分为 3 个阶段:i. 从低地球轨道逃离地球引力的螺旋轨迹;ii. 行星际旅行,从离开影响区到滑行阶段结束;iii. 机动与矮行星会合。图中给出了每次机动的推进剂质量消耗、初始和最终质量、速度和 ∆ V。轨迹分析针对两种情况进行:简化场景,其中 TNO 在黄道平面上没有倾斜,真实场景,其中考虑了真实的倾斜角。此后,研究了多种场景,以达到 125 AU,以便研究太阳磁层的外部边界。我们的计算表明,由 DFD 推进的航天器将在有限的时间内以非常高的有效载荷与推进剂质量比探索太阳系的外部边界,开辟前所未有的可能性。