Proximal Exploration of Venus Volcanism with Teams of Autonomous Buoyancy-Controlled Balloons

要約

高度制御気球は、金星の大気や地殻変動・火山活動などの地質学的現象に関する重要な科学的調査を行うことが期待されており、最近の地球上での実験でも数多く実証されている。本論文では、自律的に高度制御された複数の気球が、低周波マイクロバロメーターを用いて金星の爆発的な火山活動を監視し、不確実な風場を自律的に航行して、検出された興味ある事象の追跡観測を行う運用コンセプトを探求するものである。我々は、金星の不確実な風場における高度制御気球の新しい自律誘導技術を提案し、このアプローチにより、火山イベントのクローズアップ観測数がパッシブドリフターに比べて最大63%増加し、地上誘導に比べて16%増加することを示した。この結果は、風速場の不確実性に対して頑健であり、爆発的な火山事象の頻度、マイクロバロメータの検出感度、航空プラットフォームの数が大きく変化しても維持されます。

要約(オリジナル)

Altitude-controlled balloons hold great promise for performing high-priority scientific investigations of Venus’s atmosphere and geological phenomena, including tectonic and volcanic activity, as demonstrated by a number of recent Earth-based experiments. In this paper, we explore a concept of operations where multiple autonomous, altitude-controlled balloons monitor explosive volcanic activity on Venus through infrasound microbarometers, and autonomously navigate the uncertain wind field to perform follow-on observations of detected events of interest. We propose a novel autonomous guidance technique for altitude-controlled balloons in Venus’s uncertain wind field, and show the approach can result in an increase of up to 63% in the number of close-up observations of volcanic events compared to passive drifters, and a 16% increase compared to ground-in-the-loop guidance. The results are robust to uncertainty in the wind field, and hold across large changes in the frequency of explosive volcanic events, sensitivity of the microbarometer detectors, and numbers of aerial platforms.

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