OKEANOS

3. 과학적 목표

OKEANOS 미션은 목성 트로이군의 구성을 분석하여 과학자들이 태양계 형성 과정을 이해하고, 목성 트로이군의 기원에 대한 가설, 즉 목성 형성 과정의 잔여 미행성체인지, 아니면 행성 이동에 의해 포획된 해왕성 바깥 천체인지에 대한 가설을 검증하는 데 도움을 주는 것을 목표로 한다.^[8][9]

최신 제안에는 현장 분석을 위한 착륙선이 포함되었으며,^[8][9] 가장 야심찬 계획은 샘플을 회수하여 지구로 보내는 것이었다.^[10]

하야부사로 입증된 소행성 샘플 회수 기술을 발전시켜 외행성 영역으로 확장하여, 목성권 및 토성권에서 직접 탐사를 가능하게 한다. 항행 기간 동안 황도광의 영향을 받지 않는 환경에서 우주 적외선 배경 복사를 직접 관측할 수 있다.

4. 우주선 구조

OKEANOS 우주선은 크게 태양광 돛 및 태양 전지판, 이온 엔진, 착륙선으로 구성될 예정이었다. 각 부분에 대한 자세한 내용은 하위 섹션을 참고하면 된다.

4. 1. 개요

4. 2. 태양광 돛 및 태양 전지판

4. 3. 이온 엔진

4. 4. 착륙선 (계획 A, B, A')

이 임무 개념은 여러 시나리오, 목표 및 구조를 고려했다. 가장 야심찬 시나리오는 랜드선을 사용하여 현장 분석 및 샘플 반환을 고려한 것이었다. 이 랜드선 개념은 2014년부터 독일 항공우주 센터(DLR)와 일본의 우주항공연구개발기구(JAXA) 간의 협력이었다.^[1] 우주선은 20~30 km의 트로이 소행성 표면에 100kg의 랜드선^[2][1]을 배치하여 압축 질소 가스로 구동되는 1미터 공압 드릴을 사용하여 물 얼음과 같은 지하 휘발성 성분을 분석했을 것이다. 일부 지하 샘플은 휘발성 분석을 위해 탑재된 질량 분석기로 옮겨졌을 것이다.^[2] 샘플링 시스템을 포함한 랜드선의 과학적 탑재량은 20 kg을 초과하지 않았을 것이다. 랜드선은 배터리로 전원을 공급받고 자율적인 하강, 착륙, 샘플링 및 분석을 수행하도록 계획되었다.^[1] 일부 샘플은 동위원소 분석을 위해 열분해를 위해 최대 1000 °C까지 가열될 예정이었다. 랜드선의 개념적 탑재량에는 파노라마 카메라(가시광선 및 적외선), 적외선 현미경, 라만 분광기, 자력계 및 열 복사계가 포함되었을 것이다.^[18] 랜드선은 배터리 전원을 사용하여 약 20시간 동안 작동했을 것이다.^[19]

만약 샘플 반환이 수행되었다면, 랜드선은 이륙하여 랑데부를 거쳐 지상 및 지하 샘플을 재진입 캡슐 내에서 지구로 후속 전달하기 위해 상공(50 km)에 떠 있는 모선에 전달했을 것이다.^[1][20] 랜드선은 샘플 전송 후 폐기되었을 것이다.

다음 3가지 안이 검토되었다.

• 계획 A: 착륙선에 의한 착륙 임무.
• 계획 B: 착륙 & 샘플 반환 임무.
• 계획 A': 착륙 & 다중 랑데부 임무.

5. 탐사 장비

OKEANOS의 탐사 장비는 질량 분석기, 카메라, 자력계 정도만 알려져 있으며, 자세한 과학 장비 설명이나 설계도는 공개되지 않았다.

독일 항공우주 센터(DLR)와 일본의 우주항공연구개발기구(JAXA)는 2014년부터 랜드선(착륙선) 개념을 협력하여 연구했다.^[1] 랜드선은 무게 100kg 이하, 크기는 지름 65cm, 높이 40cm의 원통형이며, 재충전 불가능한 배터리로 작동한다.^[1][17]

랜드선의 과학 탑재체 질량은 20kg을 초과하지 않으며, 다음과 같은 장비를 탑재할 예정이었다.^[18]

랜드선은 압축 질소 가스로 구동되는 1m 깊이의 공압 드릴을 사용하여 물, 얼음과 같은 지하 휘발성 성분을 채취 및 분석할 수 있다.^[2][1] 채취한 샘플은 탑재된 질량 분석기로 옮겨져 휘발성 성분 분석을 진행하며, 일부는 동위원소 분석을 위해 최대 1000°C까지 가열될 예정이었다.^[2] 랜드선은 배터리 전원을 사용하여 약 20시간 동안 작동한다.^[19]

만약 샘플 반환이 수행되었다면, 랜드선은 이륙하여 랑데부를 거쳐 지상 및 지하 샘플을 재진입 캡슐 내에서 지구로 전달하기 위해 상공(50km)에 떠 있는 모선에 전달했을 것이다.^[1][20] 랜드선은 샘플 전송 후 폐기될 예정이었다.
착륙선 탑재 장비:

• 질량 분석기
• 초분광 현미경
• 초분광 파노라마 이미저
• 광학 항법 카메라
• 레이저 거리 측정기
• 플럭스 게이트 3축 자력계
• 알파 입자 X선 분광계 (APXS)
• 지표면 및 지하 샘플러

5. 1. 순항 단계

• EXZIT^영어(적외선 관측 장치)
• : 구경 약 10cm의 가시광선 및 근적외선 망원경. 황도광 및 우주 적외선 배경 복사의 분광 관측을 수행한다. 지구에서 목성권으로 향하는 도중, 태양과의 거리에 따른 황도광의 휘도 및 스펙트럼의 변화를 관측하여, 행성간 먼지의 밀도와 조성을 3차원적으로 분석한다. 목성권 도착 후에는 우주 적외선 배경 복사를 직접 관측한다.
• ALDN2^영어(대면적 행성간 먼지 검출 어레이)
• : 태양계 먼지 분포의 현장 측정.
• GAP2^영어(감마선 폭발 관측 장치)
• : 감마선 폭발의 편광 관측.
• MGF^영어(자력계)
• : 자기장 관측.

5. 2. 돛에 부착

• 대형 면적의 먼지 감지기 배열 (ALDN-2)
• 자기장 실험 (MGF-2)은 플럭스 게이트 자력계이다.

5. 3. 우주선

• 외계 황도대 적외선 망원경 (EXZIT): 직경 10cm의 망원경이다.
• 감마선 폭발 편광계 (GAP-2)
• 몸체의 내부 구조를 이미지화하는 단일 모드 레이더

6. 발사 및 귀환 (계획 B)

2026년에 발사되어^[26] 2050년대에 귀환한다.^[26]

7. 지원 및 개발 투자

JAXA와 ISAS에서 개발을 지원하고 있다. DLR에서도 개발 지원 및 투자를 하고 있다.

참조

_[1] 간행물 INVESTIGATION OF THE SOLAR SYSTEM DISK STRUCTURE DURING THE CRUISING PHASE OF THE SOLAR POWER SAIL MISSION https://www.hou.usra[...] 49th Lunar and Planetary Science Conference 2018 (LPI Contrib. No. 2083)
_[2] 간행물 Sampling Scenario for the Trojan Asteroid Exploration Mission http://www.hayabusa.[...] 2017-12-31
_[3] 간행물 Trajectory Design for Jovian Trojan Asteroid Exploration via Solar Power Sail http://www.jsforum.o[...] The Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), JAXA 2017-12-31
_[4] 뉴스 JAXA Sail to Jupiter's Trojan Asteroids https://www.centauri[...] Centauri Dreams 2017-03-15
_[5] 뉴스 Huge sail will power JAXA mission to Trojan asteroids and back https://www.japantim[...] The Japan Times 2016-07-21
_[6] 웹사이트 Jupiter Magnetospheric Orbiter and Trojan Asteroid Explorer https://www.cospar-a[...] COSPAR 2010
_[7] 문서 Roadmap 2017 — Fundamental Concepts for Promoting Large Scientific Research Projects http://www.mext.go.j[...] 2017-07-28
_[8] 논문 OKEANOS - Jupiter Trojan Asteroid Rendezvous and Landing Mission using the Solar Power Sail http://adsabs.harvar[...]
_[9] 논문 System Designing of Solar Power Sail-craft for Jupiter Trojan Asteroid Exploration https://www.jstage.j[...]
_[10] 논문 Science exploration and instrumentation of the OKEANOS mission to a Jupiter Trojan asteroid using the solar power sail https://www.scienced[...]
_[11] 간행물 ISAS Small Body Exploration Strategy https://www.lpl.ariz[...] Lunar and Planetary Laboratory The University of Arizona-JAXA Workshop (2017) 2016-12-12
_[12] 간행물 IKAROS and Solar Power Sail - Craft Missions for Outer Planetary Region Exploration https://solarsystem.[...] 2015-06-15
_[13] 간행물 The Solar Power Sail Mission to Jupiter Trojans http://www.lcpm10.ca[...] The 10th IAA International Conference on Low-Cost Planetary Missions 2013-06-19
_[14] 간행물 Liquid Crystal Device with Reflective Microstructure for Attitude Control https://arc.aiaa.org[...] Aerospace Research Central
_[15] 문서 Lineup of Microwave Discharge Ion Engines http://www.isas.jaxa[...] JAXA
_[16] 간행물 Mission Analysis of Sample Return from Jovian Trojan Asteroid by Solar Power Sail https://www.jstage.j[...] Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan
_[17] 간행물 Science experiments on a Jupiter Trojan asteroid on the solar powered sail mission https://www.hou.usra[...] 47th Lunar and Planetary Science Conference (2016)
_[18] 문서 Trojan asteroid probe https://repository.e[...] JAXA
_[19] 간행물 SCIENCE AND EXPLORATION IN THE SOLAR POWER SAIL OKEANOS MISSION TO A JUPITER TROJAN ASTEROID https://www.hou.usra[...] 49th Lunar and Planetary Science Conference 2018 (LPI Contrib. No. 2083)
_[20] 간행물 Direct Exploration of Jupiter Trojan Asteroid using Solar Power Sail http://www.jsforum.o[...] 2020-08-05
_[21] 문서 EXZIT Telescope http://gopira.jp/sym[...] JAXA
_[22] 간행물 Jupiter Trojan's shallow subsurface: direct observations by radar on board OKEANOS mission https://meetingorgan[...] EPSC Abstracts Vol. 12, EPSC2018-526, 2018 European Planetary Science Congress 2018
_[23] 학위논문 ソーラー電力セイル探査機OKEANOSに搭載する宇宙赤外線背景放射観測装置の設計 https://hdl.handle.n[...] 関西学院大学大学院理工学研究科
_[24] 웹인용 Jupiter Trojan’s shallow subsurface: direct observations by radar on board OKEANOS mission https://meetingorgan[...] 2018
_[25] 웹인용 SCIENCE AND EXPLORATION IN THE SOLAR POWER SAIL OKEANOS MISSION TO A JUPITER TROJAN ASTEROID https://www.hou.usra[...] 2018
_[26] 간행물 The Solar Power Sail Mission to Jupiter Trojans http://www.lcpm10.ca[...] The 10th IAA International Conference on Low-Cost Planetary Missions 2013-06-19
_[27] 간행물 Sampling Scenario for the Trojan Asteroid Exploration Mission http://www.hayabusa.[...]
_[28] 웹인용 Re: Japanese launch schedule https://forum.nasasp[...] 2017-03-15
_[29] 웹인용 Future Developement Plans of Sample Return Capsure evolved on the basic of HAYABUSA SRC heritage https://www.colorado[...] 2018-06-12
_[30] 웹인용 INVESTIGATION OF THE SOLAR SYSTEM DISK STRUCTURE DURING THE CRUISING PHASE OF THE SOLAR POWER SAIL MISSION https://www.hou.usra[...] 2018
_[31] 간행물 IKAROS and Solar Power Sail-Craft Missions for Outer Planetary Region Exploration https://solarsystem.[...] 2015-06-15
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