Planetary Exploration 3.0: A Roadmap for Software-Defined, Radically Adaptive Space Systems

arXiv:2604.20910v1 Announce Type: cross 摘要: 火星の地表と地下以外の世界は、まだ大規模に未探索のままです。しかし、これらの世界は惑星科学の根本的な問いの答えを秘めています。氷星の潜在的に居住可能な地下海から、カイパー帯天体に保存された古代記録まで。NASA の火星探査の成功は、段階的アプローチによって達成されました：数十年にわたり、22 つの徐々に高度化するミッションが計画されました。我々はこれを「惑星探査 2.0 (PE 2.0)」と呼ぶパラダイムですが、巡航時間が 10 年以上になり、反復型ミッションが不可能になる外惑星系では、このパラダイムは持続不可能です。我々は「惑星探査 3.0 (PE 3.0)」を提案します：PE 3.0 パラダイムでは、未訪問の世界は、ソフトウェア定義かつ劇的に適応可能な宇宙システムによって、単一あるいは数個のミッションで探査されます。PE 3.0 ミッションは、自ら取得した in situ データに基づき、初期探査科学と追試仮説検証の両方の科学を実行し、以前見られたことのない環境でも頑丈に動作する宇宙船機能を発展させます。PE 3.0 の主要な実現要素は、ソフトウェア定義の宇宙システム (SDSS) です。これは、すべてのレベルでソフトウェア更新を通じて機能を適応させるシステムです。本稿は、惑星探査 3.0 に関するケック宇宙研究研究所 (KISS) ウォークショップからの知見をまとめ、以下の内容をカバーしています：(1) 科学定義、アーキテクチャ、設計手法、検証・確認を含む PE 3.0 システム工学；(2) 再構成可能なハードウェア、多機能性、モジュール性を含むソフトウェア定義の宇宙システム技術；(3) 自律科学、ナビゲーション、制御、Embodied AI を含むオンボード知能；そして (4) PE 3.0 ミッションの 3 つの概念：ニュートロン/トリトン・スマートフライバイ、海洋世界探査機、およびオー尔特雲偵察ミッション。

arXiv:2604.20910v1 Announce Type: cross Abstract: The surface and subsurface of worlds beyond Mars remain largely unexplored. Yet these worlds hold keys to fundamental questions in planetary science - from potentially habitable subsurface oceans on icy moons to ancient records preserved in Kuiper Belt objects. NASA's success in Mars exploration was achieved through incrementalism: 22 progressively sophisticated missions over decades. This paradigm, which we call Planetary Exploration 2.0 (PE 2.0), is untenable for the outer Solar System, where cruise times of a decade or more make iterative missions infeasible. We propose Planetary Exploration 3.0 (PE 3.0): a paradigm in which unvisited worlds are explored by a single or a few missions with radically adaptive space systems. A PE 3.0 mission conducts both initial exploratory science and follow-on hypothesis-driven science based on its own in situ data returns, evolving spacecraft capabilities to work resiliently in previously unseen environments. The key enabler of PE 3.0 is software-defined space systems (SDSSs) - systems that can adapt their functions at all levels through software updates. This paper presents findings from a Keck Institute for Space Studies (KISS) workshop on PE 3.0, covering: (1) PE 3.0 systems engineering including science definition, architecture, design methods, and verification & validation; (2) software-defined space system technologies including reconfigurable hardware, multi-functionality, and modularity; (3) onboard intelligence including autonomous science, navigation, controls, and embodied AI; and (4) three PE 3.0 mission concepts: a Neptune/Triton smart flyby, an ocean world explorer, and an Oort cloud reconnaissance mission.