Instrumented Comets—Astronautics of Solar and Planetary Probes

Abstract

Instrumented Comets—Astronautics of Solar and Planetary Probes. A study of instrumented comets is presented for the purpose of analysing the aspects of interplanetary research by unmanned vehicles. The technical, scientific, political and cultural significance of interplanetary research is stressed and consideration of an International Astronautical Decade proposed. The basic performance data and the possibilities of gravitational navigation by close encounter with the Moon, Venus or Mars are analyzed. A discussion of accuracy requirements, both from the flight mechanical and the mission point of view, follows. The flight mechanics of the lunar probe is discussed, the need for 4-body treatment shown, and examples of orbits under 4-body conditions given, including lunar encounter for hyperbolic departure. Orbits involving close encounter between the artificial comet and Venus, Mars and Jupiter are presented and evaluated. A classification of unmanned space vehicle systems is proposed. A number of instrumented comet systems is investigated and specific mission proposals made, such as the exploration of interplanetary plasma characteristics by solar-triggered thermonuclear probes and the study of natural comets by thermonuclear probes or inflated tracer bodies. A radiation-propelled space probe is suggested which can be used as tracer body for the exploration of interplanetary dust or as a paylpad-carrying space probe.

Zusammenfassung

Instrumentierte Kometen — Astronautik von Sonden zur Erforschung der Sonne und der Planeten. Um die Aussichten interplanetarischer Forschung mit Hilfe unbemannter Raumfahrzeuge zu studieren, werden „instrumentierte Kometen“ vorgeschlagen. Der Verfasser betont die technische, wissenschaftliche, politische und kulturelle Bedeutung der interplanetarischen Forschung und schlägt eine „Internationale Astronautische Dekade“ vor. In der Abhandlung werden die grundlegenden Daten für die Ausführung und die Möglichkeiten der Gravitationssteuerung durch enge Annäherung an Mond, Venus und Mars analysiert. Es folgt eine Diskussion der Genauigkeitserfordemisse, sowohl vom flugmechanischen als auch vom Zweckstandpunkt. Die Flugmechanik der „Mondsonde“ wird erörtert, die Notwendigkeit für eine Vierkörperproblem-Behandlung gezeigt und Beispiele für Bahnen bei Vierkörperproblembedingungen gegeben, die eine Begegnung mit dem Mond mit hyperbolischem Abflug einschließen. Die Arbeit zeigt Bahnen auf, bei denen es zu einer nahen Begegnung zwischen dem künstlichen Kometen und den Planeten Venus, Mars und Jupiter kommt. Diese Bahnen werden auch ausgewertet. Es wird ferner eine Klassifizierung unbemannter Raumfahrzeugsysteme vorgeschlagen. Eine Anzahl von Systemen instrumentierter Kometen wird untersucht und Vorschläge für besondere Aufgaben gemacht, wie die Erforschung der Charakteristika des interplanetarischen Plasmas durch von der Sonne ausgelöste thermonukleare Sondenfahrzeuge sowie das Studium natürlicher Kometen durch die thermonuklearen Sonden oder aufgeblasene Tracer-Körper. Auf eine strahlungsgetriebene Raumsonde wird hingewiesen, die als Tracer-Körper für die Erforschung des interplanetarischen Staubes oder als eine nutzlastbefördernde Raumsonde benützt werden kann.

Résumé

Comètes instrumentées — Eléments astronautiques des sondes solaires et planétaires. Une étude des comètes instrumentées, présentée dans le but d’analyser les aspects de la recherche interplanétaire par des véhicules non habités. Les significations technique, scientifique, politique et culturelle de la recherche interplanétaire sont soulignées et l’auteur propose de prendre en considération la création d’une Décade Astronautique Internationale. Les performances de base et les possibilités de navigation gravitationnelle par pénétration proche des champs de la lune, de Vénus ou de Mars sont analysées. Suit une discussion de la précision requise, aussi bien du point de vue de la mécanique du vol, que du point de vue de la mission assignée. La mécanique du vol d’un véhicule-sonde lunaire est discutée et la nécessité du traitement du problème des quatre corps établie. Dans le cadre du problème des quatre corps, des exemples d’orbites sont donnés et notamment celui d’une rencontre lunaire avec départ hyperbolique. Des orbites pésentant des pénétrations proches de la comète artificielle dans les champs de Vénus, de Mars et de Jupiter sont évaluées. Une classification des véhicules spatiaux non-habités est proposée. Certains types de comètes instrument sont étudiées et des propositions faites pour des types nouveaux de missions spécifiques. Telle l’exploration de la matière interplanétaire par sondes thermonucléaires déclanchées par rayonnement solaire et l’étude des comètes naturelles par sondes thermo-nucléaires ou ballons-sonde. Une sonde spatiale propulsée par rayonnement est proposée comme élément traceur pour l’exploration de la poussière interplanétaire ou comme sonde spatiale instrumentée.