起点:一个任务概念挑战星子形成理论
拉斐尔Marschall
1*,
尼古拉•托马斯2,
Stephan Ulamec
3,Stubbe Hviid4,斯特凡诺Mottola这样4,让-巴蒂斯特·文森特4,弗朗西斯卡费里5,
阿兰Herique
6,德克Plettemeier7,
阿尔卑斯山脉Kereszturi
8,
米歇尔·r·拉瓦尼亚
9,雅格布Prinetto9,
爱丽丝Dottori
9,艾伯特Falke10和弗朗西斯科•达席尔瓦《卡布拉尔11
- 1中心国家de la任职,Laboratoire J.-L。拉格朗日,de la蔚蓝海岸观察站,不错,法国
- 2伯尔尼大学物理研究所,伯尔尼,瑞士
- 3空间操作和宇航员训练,德国中心的皮毛空气和Raumfahrt,德国科隆
- 4行星研究所、德国中心的皮毛空气和Raumfahrt,柏林,德国
- 5意大利帕多瓦迪,意大利帕多瓦
- 6大学格勒诺布尔阿尔卑斯,国家de la研究中心,中心国家d作为研究所de Planetologie et d奥秘德格勒诺布尔,法国格勒诺布尔
- 7德累斯顿技术大学,德国德累斯顿
- 8孔柯伊Thege米天文研究所、研究中心的天文与地球科学,ELKH, MTA卓越中心,布达佩斯,匈牙利
- 9米兰理工大学、米兰、意大利
- 10空客国防和空间GmbH德国柏林
- 11GMV,瓦伦西亚,西班牙
彗星通常被认为是太阳系中最原始的对象。因此有较大的努力理解这些尸体。在过去的几十年中,我们看到了重大进展在我们的理论理解星子/ cometesimals(彗星)的前体的形成。最近的太空任务(ESA的罗塞塔任务彗星67 p / Churyumov-Gerasimenko-have提供观察不同的支持者声称彗星形成理论来验证他们的场景。然而,没有一个形成范式可以明确证实。鉴于了解第一个身体的重要性在我们的太阳系形成时,我们提出一个专用的任务是解决这一问题。起点将着陆器彗星核的表面,它将描述前五米的地下。与遥感仪器和有效载荷送入一个钻孔的部署,我们将能够研究古代的物理化学结构,修改的材料。任务设计适合ESA达到x6.9级任务的预算。
1介绍
彗星是太阳系中最原始的对象。他们可能除了海王星形成一个巨大的原始磁盘前兆的身体,通常被称为星子或comtesimals(例如,Nesvorny 2018,审查的动力学在早期太阳系)。当海王星通过磁盘迁移这些尸体被分散到当前天柯伊伯带特殊分散磁盘上哪些地方他们一直直到最近(例如,Nesvorny et al ., 2016;Nesvorny 2018)。分散盘被广泛认为是木星的水库家庭彗星(邓肯et al ., 2004;邓肯,2008;花et al ., 2015之前他们进入太阳系内部展览活动由冰的升华(尤其是H20)。
木星家庭彗星(JFC)是最容易彗星等航天器任务和已经过去三十年的太空探索的目标。第一个彗星遇到与木星彗星家族虽然不是,但1 p /哈雷,参观由冰(法夸尔et al ., 1985),维加1 & 2 (Sagdeev et al ., 1985),Sakigake (Hirao &伊藤,1988)和乔托(莱因哈德,1982)。随后,以下服务社是访问:19 p / Borrelly(深空1雷曼2002),81 p /野生2(星尘Reichhardt 1995)、9 p /坦普尔1号(星尘,深度撞击,和深度的影响,赫恩et al ., 2005),103 p /哈特利2(深度撞击/ EPOXI / EPOXI行动,赫恩et al ., 2011),最近67 p / Churyumov-Gerasimeko(罗塞塔,泰勒et al ., 2017)。
虽然我们的理解大大提高(见凯勒& Kuhrt, 2020审查)许多问题保持开放。特别是,希望,我们可以推断出彗星如何形成并没有满足,然后形成冲突场景的支持者声称确认观测这些任务(斯曼et al ., 2020)。虽然已取得显著进展了解彗星形成理论方面(见第三节),我们似乎已经达到一个僵局地面真理告诉我们,理论是正确的。
因此,我们建议一个专用的、高度集中的任务是需要解决的一个最重要的问题在行星科学:“彗星是怎样形成的?”。我们现在的起点概念ESA达到x6.9级任务来解决这个问题是非常重要的,了解我们,和其他行星系统的形成。
为了实现我们的目标,我们认为,进入地下材料是必要的。这可以通过提供一个着陆器彗星的表面。与遥感仪器和部署有效载荷送入一个钻孔(同井眼成像,Kereszturi et al ., 2022),我们将能够研究古代的物理化学结构,修改的材料。
我们将在第二节的科学目标任务和提供必要的低估形成理论的知识的当前状态(3节)以及它们如何被测试(第四节)。重要的是,在第五部分我们将认为原状,仍可以访问原始材料的浅层地下彗星核。
目前,推进我们的理解有两种路径的星子形成:1)通过一个示例返回任务,和2)通过专用探测器探测地下,后者我们倡导(第6节)。最后,我们将描述任务配置(7节)和稻草人载荷(8节)。
2科学目标的任务
起点的目的是通知和挑战星子形成理论。了解星子形成原生行星盘可以说是行星科学最大的问题之一。为此,它是收集地面真理不可或缺的最原始的物理化学结构和不受干扰的材料可以在我们的太阳系。起点寻求解决的问题是否仍然可以发现这种冰冷的材料和彻底分析了地下的彗星。具体来说,起点旨在解决以下科学问题。
1。cometesimals形成了不同的构建块,如例如“鹅卵石”,层次子单元,或分形分布?
2。耐火材料和挥发性材料一起在星子怎么增长分别如冰和耐火材料颗粒生长和聚集后(图1我),或者做耐火材料颗粒凝结核挥发物(图1二世)?
3所示。星子的构建块附近的所有形式(图1一个),或有重要的混合材料(图1 b在行星盘)?
图1。素描地层学的一颗彗星核。红色代表干耐火材料,蓝色和黄色代表水和有限公司2冰分别。最右边的列显示一列材料最高浅层无冰的材料。低于我们预期包含水冰和耐火材料的一层,下面一层还包含有限公司2。中心列展示了大量的材料,在高活动阶段可以删除在近日点。镶板(一)和(b)说明两种粒子混合物,材料也有类似的成分(一)和其他粒子显著不同(b)。镶板(我)和(2)说明两种混合物的尘埃和冰,第一个被inter-mixture冰和尘埃粒子(我),第二个一个封装的尘粒冰。
回答这些问题起点将着陆器彗星,我们将描述前五米的地下遥感的结合和有效载荷降低井眼。我们的工具将检查小规模的物理化学结构。这种方法将使我们能够解决以下目标,每个上面通知各自的科学问题。
)揭示存在的构建块的一个彗星核(子)微米米规模探索修改的材料。
B)确定这些构建块的物理结构,特别是,组件的大小分布和耐火材料和挥发性成分是如何混合和/或耦合。
C)特征的组成构件通过识别和量化的主要冰和耐火材料组件。
在下面,我们将讨论如何解决这些目标会通知场景通过回顾知识的当前状态,形成详细的预测将考验,我们会发现需要不受干扰的材料。
3 State-of-knowledge星子形成
星子如何形成的主要假设从原行星状星云的亚微米灰尘和冰粒子可以分为两组(见,例如,最近的一次审查斯曼et al ., 2020)。
1)分层吸积的灰尘和冰颗粒形成星子(例如,Weidenschilling 1977;凯尼恩&灾区,1998;Windmark et al ., 2012 a;b;Davidsson et al ., 2016);和
2)所谓的“卵石”的增长,然后带到温柔的引力坍缩形成较大的身体如流不稳定(例如,Goldreich &沃德,1973;Youdin &古德曼,2005;约翰森et al ., 2007;布卢姆et al ., 2017)。
目前的小sub-micron-sized尘埃和冰颗粒之间碰撞初原行星星云使他们彼此坚持。这个过程允许增长从亚微米到厘米量表(Weidenschilling 1977;杜米尼克& Tielens, 1997;布卢姆&玉木,2000;2008;和田et al ., 2008;2009;贪吃者et al ., 2010;Zsom et al ., 2010;布卢姆et al ., 2022)。增长的上限取决于粒子成分和磁盘的位置。在这些大的大小,进一步增长抑制在大多数情况下,因为这些较大的尘埃粒子之间的碰撞导致分裂,跳跃,和成坑,从而产生“增长障碍”(布卢姆&玉木,2000;贪吃者et al ., 2010;Zsom et al ., 2010;布卢姆,2018;Schrapler et al ., 2018)。
第一个场景中,等级增长,以不同的方式绕过了这种增长的障碍。例如,非常小的颗粒可以成长为非常粘稠的聚集,进而可以长到大得多的比上面描述的大小(Ohtsuki 2012;Kataoka et al ., 2013)。另外,碰撞粒子与大质量比率允许一些大规模的转移小颗粒较大的一个。一旦对象依附100米然后他们主要增长规模大小相同的碰撞和引力绑定(de Niem et al ., 2018)。
在第二个场景中,增长在一个大的障碍是克服从厘米级粒子,通常称为鹅卵石,星子。当鹅卵石充分集中在磁盘卵石云可以轻轻地引力作用下。目前,首选和人类机制会导致这样一个卵石浓度是流不稳定(Youdin &古德曼,2005;约翰森et al ., 2007;2014年;简颂&约翰森·沃尔伯格,2014年;简颂&约翰森·沃尔伯格,2014年;西蒙et al ., 2016;谢弗et al ., 2017;西蒙et al ., 2017;沃尔伯格简颂et al ., 2017;杨et al ., 2017;Abod et al ., 2019)。这个场景中直接形成大(100年代的公里)星子(例如,西蒙et al ., 2016;谢弗et al ., 2017)。目前未知如果彗星来自的小端形成大小分布或较大的星子的碎片。
星子形成的理论研究已经取得了令人瞩目的进步在过去的十年。但是先前的彗星任务,包括罗塞塔(泰勒et al ., 2017)67 / churyumov - gerasimenko彗星,这两种场景的支持者提供了支持证据(斯曼et al ., 2020)。重要的是,它是一个主要的激励原则决定哪些任务场景应该是首选,如果需要调用另一个。
4测试星子形成理论
最简单的鉴别器上述两个形成场景之间预测的内部结构。特别是,各自的积木是非常不同的大小和成分非均质性。等级增长发生在很长一段时间(数百万年)和结果在一个内部由异构metre-scale构建块(图1 b)。构件的异构性源于形成时间长,使得混合来自不同地区的构建块的磁盘。内部特征,可以作为分形集料内部(Donn &休斯,1986)或瓦砾堆(斯曼,1986)。特别是,我们希望的大小分布组件在彗星地下遵循幂律(即。是规模不变/分)。
相比之下,卵石的引力坍缩云很快发生。这种情况会导致相对同质的核图1一个)与两个孔隙度大小尺度:一个长度尺度的谷物(微米)和其他的长度尺度(cm)(如“鹅卵石”Skorov &布卢姆,2012;布卢姆et al ., 2017;布卢姆,2018)。组件的大小分布在这种情况下会将双模(或多)而不是规模不变。
因此,区分这些形成场景识别是非常重要的星子的基石(客观),确定其物理性质(客观B),及其组成的异质性(objective - C)。
进一步,研究耐火材料和冰是如何混合在这些构建块(客观B)会透露出尘的增长发生在行星盘。例如,耐火材料生长,然后在十字路口的冰线周围凝析油挥发性物种(图1二世),或者他们共同成长导致一个更亲密的两种声音的混合组件(图1我)?
虽然完成我们的目标可以明确确认或拒绝形成一个特定的场景中,我们也应该认识到,我们的发现可能没有验证。这将反过来使我们测量的关键制约因素,应该激发小说形成理论在数值建模开始能够更准确地解决这些细节。至关重要的是,星子积木的性质需要以最原始和不受干扰的材料。
5的位置不受干扰的材料
彗星和星子最初假设之间的联系Opik (1961)使彗星核袭击的主要目标,找到最原始的、不受干扰的材料。他们已经形成并存储在寒冷的太阳系外,因此其内部没有显著改变(邓肯et al ., 1988;李维森&邓肯,1997;花et al ., 2015;Nesvorny 2018)。热处理的附近地下,彗星碰撞的碎片大的潜在来源星子似乎使它不太可能找到原状材料近表面。我们会说,这并非如此。
首先,季节性热皮肤深度已经进入了太阳系内部的彗星等67 / churyumov - gerasimenko彗星位于1 - 2米的深度(图1;Herny et al ., 2021;Davidsson et al ., 2022)。其次,研究表明,分手只改变身体的一小部分接近表面通过加热和压实(朱迪斯&米歇尔,2020)。因此,改变只局限在表面附近。一种机制,可以将此处理层随后将揭示原始材料。这种机制是彗星的活动。彗星的某些地区的侵蚀率峰值可以大量在近日点(例如,南半球的彗星67 p看到5至10米的侵蚀;图1)Herny et al ., 2021;Davidsson et al ., 2022)。
此外,升华方面在近日点活动位于非常接近的表面(在第一个十厘米Herny et al ., 2021;Davidsson et al ., 2022)。这是由于昼夜侵蚀深度是大于日皮肤深度(mm)。季节性侵蚀深度大于几个季节性热皮肤深处,水升华的位置前,甚至可能有限公司2升华。
最后,公司活动的检测在67 p (莫尔斯et al ., 2015;馥香et al ., 2016;Gasc et al ., 2017)表明该高度动荡的冰(自由升华温度26 K)一直保留,接近地表指示最小热处理。
总理着陆点因此会在一个地区,经历了高侵蚀(如彗星67 p这是南半球)。这确保了最原始的材料可以在第一表面50厘米。
6彗星的下一步勘探
因为彗星被认为是时间胶囊从早期的太阳系,多个任务已空运这些对象。欧洲,ESA的带领下,已经成为一个成功的领导人在这个领域,因为乔托(莱因哈德,1987)和罗塞塔(泰勒et al ., 2017)同时选择彗星拦截器飞行任务动态新彗星(史诺德&琼斯,2019)。虽然起点也是一颗彗星的任务,它应该被理解的主要目标将会是第一个理解这些机构的形成,而不是学习他们的活动。
保持领导在这个领域可以遵循两条路径之一。第一个路径是低温甚至non-cryogenic样本返回。不幸的是在这一点上这样一个任务是远远超出了ESA达到x6.9级任务的范围。第二,重要的飞跃对我们理解太阳系的形成可以通过集中任务探索彗星的地下原位我们在这里提出。罗塞塔菲莱探测器(Ulamec et al ., 2016;2017年)表明,登陆彗星是可能的。虽然菲莱没有实现所有的目标,罗塞塔任务为我们提供了足够的信息,登陆相关的核现在显著降低风险。
此外,我们的使命是构思是互补的而不是竞争的科学未来样本返回任务。这样一个任务,例如,前面提出的凯撒任务(斯奎尔斯et al ., 2018),美国国家航空航天局的新领域项雷竞技rebat目,将提供关于彗星的高度解决化学和同位素信息材料。但它将打开探索彗星物质的物理性质,特别是volatile-refractory关系。在这个意义上样品返回,起点在一起提供了一个相当完整的会计我)同位素和化学成分(样本返回)和ii)物理结构(起点)最原始的材料在我们的太阳系。此外,起点将提供关键信息彗星材料的强度是一个重要的属性示例返回。然而,彗星物质的力量仍在争论布卢姆et al ., 2006;Groussin et al ., 2015)。起点将直接测量这个力量通过钻入sub-suraface因此通知可能采样机制最有效样本返回任务。
7任务配置
设计一个彗星任务满足科学目标在一个ESA达到x6.9级预算极具挑战性。但高级评审委员会指出,“鉴于无可争议的相关性彗星样品返回任务,收集和储存技术的进步对低温的彗星样品冰强烈建议针对未来的任务”1。我们的目标是提供高质量的科学成果在内乱领域广泛的社区而展示新技术和新技术,以促进未来低温样品返回任务。
可以解决我们的目标高度集中的任务,设计成本,攻击行星形成理论的一个关键问题将不会在未来解决任何美国宇航局新领域样本返回任务(即。雷竞技rebat,类似于重新凯撒)。我们也注意到任务提出了直升机和夏卡尔等和决心在美国宇航局发现技术上和经济上可行的计划与任务概念被更多的技术/经济比我们这里提出的挑战。
任务的方法假定一个母亲航天器(卫星),O站)和一个探测器(着陆器的,L站)。不像罗塞塔,所以只有三个函数。它必须确定一个着陆地点,它必须带来的目标,它必须作为一个数据中继的在地上。年代本身只提供的科学回报,因此不进行科学有效载荷。的和它的功能是严格关注科学目标。
为了简化任务轮廓,我们的目标将是一个短周期彗星已经侦察的主题。我们选择9 p /坦普尔1号,67年,进入丘留莫夫-格拉西缅p / 103 p /哈特利2,19个p / Borrelly优先秩序。9 p是,目前,最高优先级,因为它有一个旋转周期长和提供更高的可达性探测器(包括合适的降落区、安全和照明条件),允许更多的简单操作。通常所需的δv的飞船是1500 - 2000 m / s的顺序对于这样一个基于以前的研究任务。
我们预计的总干质量可以限制到1000公斤的贡献250公斤。的高质量的对菲莱(100公斤)反映了关注科学和需要确保成功着陆和锚定。我们假设着陆器可以支持多达35公斤的有效载荷(有效载荷质量比约为14%,是相当保守的cf飞船B2彗星拦截;史诺德&琼斯,2019)。操作的目的,我们假定一个八年巡航之后,4个月的映射导航相机),允许重力决心,旋转轴验证和着陆地点的选择。经验从身体其它小任务(例如,罗塞塔,隼鸟号2,赫拉)表明,一个标准的导航相机提供足够的分辨率(<在line-formula id="inf1"> 厘米/ px)和图像质量的着陆地点选择,着陆后监视和着陆器识别。
科学目标需要访问地下。作为钻井(以及其他机械驱动)将导致无报酬的角动量着陆器,需要某种形式的锚定菲莱上实现。尽管菲莱的失败锚,射击个人鱼叉的概念,连接到探测器与re-tensionable范围仍然有效,应该重新认识特别是考虑到我们现在意识到彗星材料的容重和孔隙度通过罗塞塔。原始的彗星材料的表面强度仍在辩论(实际上一个方面调查,准备低温示例返回),因为从罗塞塔工具相互矛盾的结果。但优势大约20 Pa在大尺度和kPa较小(探测器)尺度支持大多数观测(Groussin et al ., 2015;文森特et al ., 2015;辊et al ., 2016;Attree et al ., 2018)表明优化/锚定方法的改进。
其他概念研究了锚定飞船或兰德斯,可以交易。短(几十秒)推进器解雇将着陆器向下是一个适用的概念在锚解雇补偿反弹。更多的(偶尔“异国情调”)的概念,包括指甲,触手,self-opposing甚至流体系统,如何锚航天器低重力的身体已经出版,应该得到另一个关键的调查。部署和成功着陆后,我们设想操作表面上的4个月'科学阶段。这可能包括近日点或near-perihelion操作。一旦表面上,探测器将执行一组活动基于以下三个元素中列出表1。
表1。表面活性表面的一次交付的年代。
访问最原始的材料可用,我们必须研究材料的地下核(<在line-formula id="inf3"> 厘米深度)或提取。的必须提供便利。钻看起来最破坏性的和最可控的方法Di Lizia et al。(2016);皱叶甘蓝et al。(2017)。我们应该注意,避免取心样品处理系统的使用,因为我们希望检查彗星物质代替从而保持其完整性和最小化挥发损失。
彗星上各种钻井系统提出了应用程序(和/或小行星),和所有试图应对挑战的设计定义糟糕的环境。一般来说,一钻提供了最大的灵活性渗透的材料广泛的物理性质如孔隙度、密度和结构强度。相当大的开发已经放到SD的设计2在菲莱Di Lizia et al。(2016)已经部分重用,导致经验如天外火星钻的设计et al。(2008)。钻井可能会其他任务的一个重要组成部分,包括月球登陆小行星和矮行星(施et al ., 2021)和月球的探索(皱叶甘蓝et al ., 2017)。对于起点至少四个场景需要研究。
1。钻,钻和低载荷(s)到空洞
2。钻与钻然后收回一些负载降低额外的负载
3所示。钻钻结构完全集成的有效载荷
4所示。挖掘和/或铲,后续部署负载到显示表面
个人优点和缺点演习和独家新闻。演习将允许进入更深的深度,可以结合科学仪器(微观/钻孔成像仪、拉曼/ LIBS和太赫兹,.5-6太赫兹,分光计)。这可以通过集成光学、光纤和天线到钻本身(德桑蒂斯et al。(2017))。然而,钻孔的实现将是困难提出了扫描电子显微镜(SEM)和可能不可能用激光烧蚀质谱仪(打)。之前的研究表明,钻会贡献9公斤35 W(峰值)/ 15 W(平均)。
一勺将允许更好的SEM和逃亡的工具只有在有限深度(过去的任务,例如,菲尼克斯和海盗,通常会挖到20厘米。我们设想,1 - 2热皮肤深处或5厘米)。我们认为有必要将两个选项(有提供冗余的优势)。维护材料研究的完整性的有效载荷是任务成功的关键困难必须克服。这是一个要求采样机制不显著热量的材料。慢钻降低热影响。必须保持材料的微观结构的方法μm规模(基本尺寸范围的单体),它将是非常可取的厘米尺度(原始的预期大小石子从磁盘吸积阶段)。
8有效载荷
我们的假负载所示表2。所有的科学仪器的。当前负载估计的总质量<在line-formula id="inf4"> 公斤,允许至少20%质量保证金对预期的35公斤的可以支持(见上图)。
表2。稻草人载荷的起点和相关的测量,预期质量和力量。第二表明仪器在井的部署位置(B),表面上舀(S),或停留在登陆(L)。最后一列指定各自的科学目标是地址的工具。列表也显示有效载荷从最高到最低的优先级(目标A / B、C、上下文),从而提供潜在descope选项。
达到目标的A, B, C需要负载,可以覆盖在空间尺度上从亚微米到几十米。图2总结了有效载荷及其分辨率限制(下界的框)和字段的视图(上界的各自的盒子)。有效载荷也可以分为三个任务:考试的物理性质,化学性质的考试,描述和监测环境。
图2。欧瑞格稻草人载荷和相关的空间尺度这个图表所示:扫描电子显微镜(SEM),井眼光学显微镜(BOM),太赫兹tomo - /摄谱仪(太赫兹),探地雷达(GPR),拉曼/ LIBS (RLIBS),激光消融质谱仪(打),全景摄像机(车上全景),和环境包(EP)。总结了仪器的细节表2。
每个盒子代表决议限制的下界和上界的视野每个乐器。橙色框引用检查物理结构载荷,蓝色盒子载荷致力于化学分析、和绿色框载荷集中于描述环境。
以下四个主要工具。首先,最高分辨率数据将返回的扫描电子显微镜(SEM)。它将被部署到钻孔和交付的物理和化学信息规模最小的结构。第二,钻孔光学显微镜(BOM)将披露信息,在别人,粒子是如何包装,地下矩阵是如何构成的。第三,太赫兹tomo - /摄谱仪(太赫兹)将提供测量耐火材料和挥发性物质的空间分布和混合的mm cm-scales。第四,高频探地雷达(GPR)将坐在登月舱。它将提供cm-resolution雷达成像的第一个5米以下着陆点将允许在其他识别地层学和干燥和不同的挥发性丰富之间的过渡层。
两种工具仅用于检索地下材料的元素组成。我们选择了拉曼光谱和激光诱导击穿光谱(LIBS)以及激光烧蚀/电离质谱仪(打)来执行这个任务。他们的主要任务是objective - C。
最后,它将描述和监测至关重要的着陆地点了解环境所有的测量。这将是实现全景相机套件,不仅提供一个360°的着陆地点,还下摄像头捕捉着陆点着陆,着陆后阶段。它还将包括一个向上的相机捕捉任何潜在的活性高于探测器。探测器也将配备一个环境包组成的小型传感器来测量,例如,温度和气体压力在着陆点,灰尘沉积到探测器的数量,和附近地下的介电性能。这些传感器将附着在着陆器和起落架允许在需要的时候表面接触。
轨道飞行器(年代)将被要求携带高分辨率导航相机着陆地点的选择,一个年代的通信链接,登陆器支持硬件(例如,弹射系统)。一个极稳定的振荡器(USO)被认为是高度有用near-nucleus导航和可以提供额外的科学。
9日负荷发展
实现我们的既定任务目标有效载荷套件(表2)是必要的,包括仪器,目前技术准备水平较低(TRL)。因此,开发工具与各自的资金需要在未来几年将这些仪器实验室5。我们将讨论在未来几年最重要的投资需求。
扫描电子显微镜是一个关键的工具,需要进一步发展。目前,有一个名叫Mochii的SEM可以从西雅图的公司称为Voxa (马丁内斯et al ., 2019)。Mochii飞往国际空间站于2020年(自己的et al ., 20205),因此可以认为是实验室。为起点的SEM需要额外的开发。例如,彗星的工具可以大大简化应用程序,因为它不需要真空室(彗星的表面已经在真空条件)。
宽带太赫兹光谱.5-6太赫兹范围内是一个相对较新的技术,快速推进。已经有商业实验室设备供应商,可以用来研究材料的决议<在line-formula id="inf5"> 微米。然而,我们脏冰反射/传输属性的知识仍然有限。目前,工作重点是理解的最有效的方法来研究材料(反射、透射、反射的角分布,空间分辨率,等等,)。提高实验室通过额外的实验室研究和开发的简单原型显然是必要的。我们还值得注意的是,现在的发射机和接收机是分开的。收发器的发展过程中,可以减少复杂性。
欧瑞格探地雷达(O-GPR)是一种高频雷达(1 - 5 GHz)和完整的极地能力支持深层结构来描述。优化运营近距离表面,雷达受益full-deramp架构与缓慢的连续波调制和有限的传输功率。Tx -和Rx-antennas植入1公尺的繁荣而旋转的平台上提供多样性的观察几何图形和合成孔径功能。添加一个Rx-antenna适应平台提供收发分置的能力,从而提高分辨率。该仪器是智慧继承/天外火星探测器(TRL 9) (Ciarletti et al ., 2017)和嵌合体(Herique et al ., 2019),重新设计的框架NEOMAPP H2020研究(TR5)。关于这些乐器,O-GPR电子部分设计需要放大带宽(1 - 5 GHz)。所选架构验证:第一次试验板进行验证,没有困难已确定在设计和组件级别。维瓦尔第天线系统(Plettemeier et al ., 2009)是一个按比例缩小的版本的智慧。
传统的RLIBS具有显著的空间。这包括ChemCam (LIBS)上的好奇心罗孚(法布尔et al ., 2011),SuperCam扶桑罗孚(上Manrique et al ., 2020),天外火星RLS(拉曼;Veneranda et al ., 2021),并递交为MMX罗孚开发的小型拉曼光谱仪(曹et al ., 2021)。逃亡的也是如此,传统的“福布斯-格朗特”号任务(Managadze et al ., 2010)和Luna-Glob (Chumikov et al ., 2021)。因此,仪器满足objective - C TRL已经很高,因此不需要重大的发展。
车上全景也具有显著的硬件遗产。类似的系统已经在罗塞塔的菲莱(CIVA, ROLIS;Bibring et al ., 2007 a;Mottola这样et al ., 2007隼鸟号II),(吉祥物MasCamJaumann et al ., 2017),开发和建立了罗莎琳德富兰克林车上全景(科茨,2019)。必要的修改可能包括一个新的传感器板允许新一代CMOS探测器。此外,一些小的发展需要的数据和命令接口和电源。
环保包装(EP)被设计成一个多传感器方案原位测量调查表面的物理性质,土壤和底土和彗星的环境。可以测量的参数。
1)表面温度、热导率和惯性调查稳定、瞬态热性能(例如,通过加热电阻细胞,钻井操作)。
2)表面强度、材料密度、凝聚力、孔隙度、粒度分布、分层评估彗星的材料的机械性能。
3)电气性能等土壤介电常数、电导率、电场、排放和灰尘电气化。
4)监控彗星尘埃和挥发物调查环境和可能的活动。
利用从之前的原位任务(例如,罗塞塔在彗星67 p /菲莱(Bibring et al ., 2007 b;Biele & Ulamec, 2009),隼鸟号II /吉祥物(何鸿燊et al ., 2017)对于小行星示例返回,卡西尼号/惠更斯泰坦(Lebreton & Matson, 2003),天外火星/夏(埃斯波西托et al ., 2018;球et al ., 2022和洞察力班尼特et al ., 2020)在火星),各种类型的传感器可以提出执行测量探测器在不同的场所(例如,着陆器的脚,在钻,等等,)和深度。EP的柔性结构允许多个传感器由一个共同的电子设备的集成和数据管理单元。虽然传统仪器在以前原位任务授予高TRL传感器列入EP,新技术发展可以设想为开发新类型的测量,传感器小型化和性能改进。有一个彗星钻井系统的重要遗产。SD2罗塞塔体现了技术的操作环境(Di Lizia et al ., 2016),即使它是不可能执行的所有计划操作。钻有一个垂直平移自由度(自由度)到彗星表面,因此所选的钻探的网站,这可能进一步技术开发的基础增加multiple-hole的实验室技术。多个钻探地点会增加的科学回报提出任务,但一致的开发步骤是必需的因为没有相关示威活动的技术。Ma_MISS仪器天外火星上钻了整合的可能性科学仪器直接钻。进一步改善是必要的,允许的可能性,以适应更大的仪器,确保电力所需的连接和数据没有钻的性能退化。所需的开发步骤的脸的小型化仪器,如前所述,着陆器上的仪器之间的联系及其探测钻。
10的结论
彗星如何形成的仍然是一个行星科学的关键问题。回答这个问题将使我们能够理解我们,和其他行星系统的形成。
尽管重大进展了解彗星形成了在理论方面,我们仍然缺乏明确的证据来决定之间相互矛盾的理论。因此,我们相信,一个高度集中和专门的任务需要证明地面真理并执行明确的测量,可以解开形成理论。这个概念是为了适应ESA达到x6.9级任务计划。
起点的目标任务1)理解如果cometesimals是由不同的积木等如“鹅卵石”,层次子单元,或分形分布;2)确定耐火材料和挥发性材料一起在星子增长如冰和耐火材料颗粒增长分别聚在一起后,还是耐火材料颗粒凝结核挥发物;和3)检查如果星子的基石都形成了附近的对方,或如果有重要的混合材料在行星盘。这些目标可以满足交付一个着陆器彗星核的表面。
一旦在表面,着陆器将产生一个钻孔,不同的乐器(扫描电子显微镜、钻孔光学成像仪,太赫兹tomo /摄谱仪,拉曼/ LIBS)将降低检查原始材料的物理化学结构。将补充这些测量高频地质雷达和激光烧蚀质谱仪。全景相机和一个环境包将提供关键的着陆地点。
通过提供现场和遥感测量的最原始的材料在我们的太阳系起点将直接限制行星形成的早期阶段,当彗星形成的前兆。
数据可用性声明
最初的贡献提出了研究中都包含在本文/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。
作者的贡献
所有作者列出了一大笔,直接和知识贡献的工作,批准发布。
资金
嵌合体发展已经收到了欧盟资助的地平线2020研究和创新项目赠款协议870377号(项目NEO-MAPP)。
确认
RM承认资金从欧洲研究委员会(ERC)在欧盟的地平线2020研究和创新计划(批准协议没有。101019380)。
的利益冲突
房颤GmbH是一家由空客恩波利国防和空间。FC被GMV恩波利。
其余作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
脚注
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关键词:使命,彗星,星子,形成,着陆器和月球车
引用:Marschall R,托马斯·N Ulamec年代,Hviid年代,Mottola这样年代,文森特•jb费里F, Herique, Plettemeier D, Kereszturi,拉瓦尼亚先生,Prinetto J, Dottori, Falke A和da Silva《卡布拉尔F(2023)起点:一个任务概念挑战星子形成理论。前面。空间抛光工艺。3:1054360。doi: 10.3389 / frspt.2022.1054360
收到:2022年9月26日;接受:2022年11月25日;
发表:2023年1月13日。
编辑:
约瑟普·m·Trigo-Rodriguez空间科学研究所,西班牙国家研究委员会(CSIC),西班牙版权©2023 Marschall,托马斯,Ulamec、Hviid Mottola这样文森特,费里,Herique, Plettemeier, Kereszturi,拉瓦尼亚,Prinetto, Dottori Falke和da Silva《卡布拉尔。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
*通信:拉斐尔Marschall,raphael.marschall@oca.eu