Escape Trajectory and Connection to Interplanetary Voyage from the Sun-Earth L2 Point

Abstract

近年、イオンエンジンなどの低推力推進手段が実用化され、さまざまな惑星探査が可能になった。今や宇宙活動のフィールドは太陽系外縁部まで広がっている。その中で、宇宙航空研究開発機構（JAXA）は、太陽-地球系のL2ラグランジュ点に建設するディープ・スペース・ポートの検討を開始した。この深宇宙ポートを実用化するためには、宇宙船の発着方法を確立する必要がある。本論文では、まず制限3体問題の下でのL2点からの脱出マヌーバについて議論する。ここでは、L2点からの衝動的なマヌーバを広く研究し、その結果を用いて最適な低推力脱出手法を合成する。本論文では、主要な成果として、電気デルタ-V地球重力アシスト(EDVEGA)技術を用いた最適脱出・加速マヌーバのスキームを提示し、その中で包括的なデルタ-V評価法を提示する。得られた結果は、将来の太陽系探査の時代を切り開くものであり、非常に有用である。 Recently, various kinds of planetary explorations have become more feasible, taking the advantage of low thrust propulsion means such as ion engines that have come into practical use. The field of space activity has now been expanded even to the rim of the outer solar system. In this context, the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) has started investigating a Deep Space Port built at the L2 Lagrange point in the Sun-Earth system. For the purpose of making the deep space port practically useful, there is a need to establish a method to making spaceship depart and return from/to the port. This paper first discusses the escape maneuvers originating from the L2 point under the restricted three-body problem. Impulsive maneuvers from the L2 point are extensively studied here, and using the results, optimal low-thrust escape strategies are synthesized. The paper presents, as the major results, the optimal escape and acceleration maneuvers schemes using Electric Delta-V Earth Gravity Assist (EDVEGA) technique, in which the comprehensive delta-V evaluation method is presented. The results obtained are highly useful, ushering the future solar system exploration era.