行星探测任务设计分析

我们提出了一个使用空间望远镜的直接探测行星探测任务分析框架。该框架生成包含不同行星种群的完整任务模拟，以产生任务模拟集合，这些集合用于计算任务科学产出的分布。我们描述了任务模拟的组成部分，包括任意行星系统的完整描述、行星探测仪器的描述以及目标系统观测的建模。这些组成部分与决策建模算法相结合，使我们能够通过简单的任务规则自动生成任务时间线，从而实现优化的科学产出。除了该算法的实现细节外，我们还讨论了验证技术和未来可能的改进。我们将此分析技术应用于四个任务概念，它们的共同元素是 4m 直径的望远镜孔径：具有两个不同内工作角的内部光瞳映射日冕仪、外部遮星器以及 THEIA XPC 多距离遮星器。本研究的重点是确定这四种设计实现其最困难的任务目标之一的能力——探测和表征宜居带中的类地行星。我们发现，即使我们假设每 10 颗恒星中只有 1 颗拥有此类行星，所有四种设计都能在 5 年的任务中探测到大约 5 颗类地行星。这些设计在表征其发现的行星的能力上存在显著差异。除了科学产出外，我们还分析了两种遮星器设计的燃料使用情况，并讨论了每种任务概念的优缺点。