Obwohl der Pony Express Mitte des 18. Jahrhunderts nur kurze Zeit überdauerte, bevor er vom transkontinentalen Telegraphen übertroffen wurde, inspirierte er ein Konzept für eine Reihe kleiner Satelliten, um Daten vom Mars zur Erde zu transportieren und dabei zu helfen, den Datenstau zu lindern, der derzeit in der Tiefe auftritt Weltraumnetzwerk.
„Der Solar System Pony Express ist ein Missionskonzept, das darauf abzielt, die Datenübertragungsfähigkeiten des Deep Space Network unter Verwendung der Idee von Datenmules zu erweitern“, sagte Robyn Woollands, Assistenzprofessorin am Department of Aerospace Engineering an der University of Illinois Urbana- Champagner.
Woollands beschrieb die Datenmules als kleine Raumfahrzeuge, die zu einem entfernten Ort wie dem Mars reisen können, wo sie Daten in unmittelbarer Nähe des Senders der Sonde erfassen und dann die Daten zurück zur Erde tragen, wo sie in unmittelbarer Nähe des Empfängers abwärts übertragen werden. Dies ermöglicht eine Kommunikation mit hoher Latenz und hoher Bandbreite.
„Ein Netzwerk von interplanetaren Datenmules könnte mithilfe von Cycler-Umlaufbahnen aufgebaut werden“, sagte Woollands. „Nach dem Start verwenden die Datenmules ihr eigenes Low-Thrust-Antriebssystem, um in eine Cycler-Umlaufbahn einzudringen und anschließende Vorbeiflüge an Erde und Mars anzuvisieren.“
Woollands erklärte, dass die Flugbahnen auf ihrem Weg auf zwei oder mehr Himmelskörper treffen und eine bescheidene Menge an Treibmittel für Korrekturmanöver erfordern. Nach dem Start verwenden die Datenmules ihr eigenes Low-Thrust-Antriebssystem, um in eine Cycler-Umlaufbahn einzudringen und anschließende Vorbeiflüge an Erde und Mars anzuvisieren.
„Während der Vorbeiflüge am Mars werden Daten von Raumfahrzeugen hochgeladen, die bereits auf dem Mars operieren – im Orbit oder an der Oberfläche – und während der Vorbeiflüge an der Erde werden Daten zurück zur Erde zurückgesendet“, sagte Woollands.
Sie sagte, ihr Ph.D. Der Student Alex Pascarella entwickelte die Werkzeuge, um die Trajektoriengestaltung und Optimierung der Erde/Mars-Cycler-Umlaufbahnen für die Solar System Pony Express-Mission zu ermöglichen.
„Wir simulieren Trajektorien, die einen Low-Thrust-Antrieb nutzen, und beinhalten ein High-Fidelity-Modell, das die Schwerkraft von Sonne, Erde und Mars berücksichtigt“, sagte Pascarella.
Weltraummissionen mit geringem Schub werden immer häufiger, da Ionentriebwerke effizienter sind als chemische Triebwerke. Sie sind auch kleiner/leichter, was die Konstruktion kleinerer Raumfahrzeuge ermöglicht, die wirtschaftlich als sekundäre Nutzlast gestartet werden können.
„Unsere Studie hat gezeigt, dass das gesamte während der simulierten Mission zurückgegebene Datenvolumen unser Ziel von 1 Petabit pro Jahr überstieg“, sagte Alex Pascarella, Ph.D. Student.
Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Acta Astronautica.
Solar System Pony Express ist ein NASA Innovative Advanced Concept-Projekt unter der Leitung von Joshua Vander Hook am Jet Propulsion Laboratory der NASA.
Mehr Informationen:
Alex Pascarella et al, Low-thrust Trajectory Optimization for the Solar System Pony Express, Acta Astronautica (2022). DOI: 10.1016/j.actaastro.2022.11.046