تم نشر مقالة تصف نتائج الدراسة في مجلة Acta Astronautica. منذ في ديسمبر 1972، عاد طاقم سفينة أبولو-17 عاد إلى الأرض، الإنسانية ليست جزءا مع الحلم لزيارة القمر مرة أخرى. في عام 2017، أطلقت حكومة الولايات المتحدة برنامج أرتميس، والغرض منها هي رحلة طيران "المرأة الأولى والرجل التالي" على القطب الجنوبي للقمر بحلول عام 2024.
في برنامج Artemis، من المقرر استخدام النظام الأساسي القمري القمري البوابة القمري الجديد كمحطة فضائية دائمة، حيث ستوفر الوحدات القابلة لإعادة الاستخدام رواد فضاء إلى القمر. طلب تنفيذ المفهوم الجديد تطوير مخططات الهبوط الأمثل الجديدة على سطح القمر. اليوم، تقوم الشركات الخاصة بناء على طلب ناسا أبحاثا لإنشاء وحدات هبوط جديدة قابلة لإعادة الاستخدام، ولكن التقدم والنتائج التي لم يتم الإبلاغ عن التقدم ونتائج الدراسات التي أجريتها بعد.
طالب ماجستير Skolteha Kir Latyshev، طالب الدراسات العليا Nikola Garzaniti، أستاذ مشارك Alessandro Garcar و Professor Mit Edward Crowley طور نماذج رياضية لتقييم أحدث مخططات الهبوط الواعدة لبرنامج أرتميس. في البرنامج التاريخي "Apollo"، على سبيل المثال، تم استخدام وحدة قمرية من خطوات الهبوط والإقلاع، والتي سلمت اثنين من رواد الفضاء إلى القمر والعودة إلى السفينة، تاركين خطوة الهبوط على سطح القمر.
شرع الباحثون من افتراض أن منصة بوابة القمرية ستكون موجودة على مدار هالة مستقيم تقريبا بالقرب من Lagrange L2 - هذا المدار اليوم هو الموقع المفضل للمحطة التي تسمح لرائد الفضاء الهبوط على القطب الجنوبي للقمر. محاكاة العلماء من البديل الذي يقضي فيه الطاقم في أربعة رواد فضاء حوالي سبعة أيام على سطح القمر، ويخفض عدد الخطوات ونوع الوقود. في المجموع، تم تحليل 39 خيارا للنظام المستقبلي للهبوط الشخص على سطح القمر. بما في ذلك مقارنة بين الخيارات الأكثر واعدة في تكلفة المشروع
استخدم الفريق نهجا متكاملا لتقييم التكوينات البديلة لوحدات الهبوط من خلال تحليل مجموعة الخيارات باستخدام نماذج الفحص. أولا، حدد الخبراء مجموعة أساسية من الحلول المعمارية، بما في ذلك عدد الخطوات ونوع الوقود لكل مرحلة من مراحل وحدة الهبوط.
تم تلخيص البيانات التي تم الحصول عليها في شكل نماذج رياضية، بمساعدة العلماء الذين أجروا دراسة عدديية شاملة للخيارات لبناء نظام، والجمع بين مختلف الحلول المعمارية. في المرحلة الأخيرة، تم تحليل الحلول المستلمة والخيارات المفضلة التي يمكن أن تكون مثيرة للاهتمام للمشاركة في تصميم وحدات الهبوط القمري.
أظهر التحليل أنه بالنسبة للنظم المتاح لنوع وحدات زراعة أبولو، فإن الحل الأكثر نجاحا من وجهة نظر الكتلة الإجمالية للوقود، والكتلة الجافة من المركبة الفضائية وقيمة الإطلاق ستكون بنية من مرحلتين وبعد ومع ذلك، بالنسبة لسفن قابلة لإعادة الاستخدام، والتي من المخطط استخدامها كجزء من برنامج أرتميس، تبدأ أنظمة مرحلة واحدة وثلاثة مراحل بسرعة في التنافس مع مرحلتين.
بالنظر إلى جميع الافتراضات التي تم إجراؤها في المقال، يمكن القول أن الزعيم "غير المشروط" بين حلول البعثات القمرية قصيرة الأجل هي وحدة واحدة قابلة لإعادة الاستخدام على مرحلة واحدة على الأكسجين السائل والهيدروجين السائل (LOX / LH2). ومع ذلك، يؤكد المؤلفون أن هذا مجرد تحليل أولي، حيث لا تؤخذ عوامل مثل سلامة الطاقم، واحتمال مراعاة المهمة، وكذلك مخاطر إدارة المشاريع في الاعتبار. لحساب هذه العوامل، ستكون هناك حاجة إلى مزيد من المحاكاة التفصيلية في المراحل اللاحقة للبرنامج.
يلاحظ Kir Latyshev أنه، كجزء من برنامج أبولو، أجرى مهندسون ناسا تحليلا مماثلا واختاروا تكوين الوحدة المرحلة. ومع ذلك، في ذلك الوقت، تم بناء البرنامج القمري على بنية مختلفة بشكل أساسي، حيث لم يكن هناك محطة مدارية قمرية، حيث سيكون من الممكن وضع الوحدة القمرية في الفاصل الزمني بين الرحلات الجوية. هذا يعني أن جميع الرحلات الجوية كان لها أداء من الأرض باستخدام وحدات القمر القابلة للتصرف، وهذا هو، مما يخلق جهاز جديد لكل مهمة. بالإضافة إلى ذلك، في غياب محطة مدارية قمرية، لم يكن استخدام نظام زراعة ثلاث خطوات، الذي يعتبر في عصرنا، ممكنا.
"في الدراسة، تلقينا نتيجة مثيرة للاهتمام: إذا كنا نفكر في أجهزة المتاح، فإنه اتضح أنه حتى مع المحطة المدارية، يمكنك إنشاء وحدة هبوط من خطوتين (وحدة مشابهة" Apollo ") مع كتلة أصغر من الجهاز والوقود والتكاليف المنخفضة، والتي تتوافق بشكل عام مع المفهوم، المعتمدة في البرنامج "أبولو". لكن استخدام الوحدات القابلة لإعادة الاستخدام يغير كل شيء.
على الرغم من أن الأجهزة المفردة وثلاثة مراحل ما زالت تتجاوز مرحلتين من جانبها، فإنها تسمح لنا باستخدام معظم جماهيرها (حوالي 70-100 في المائة، وليس 60 عاما، كما هو الحال في وحدات من مرحلتين)، مع ضمان تقول Latyshev: "تكاليف توفير التكاليف والتسليم أجهزة جديدة لكل محطة مدارية، مما يؤدي إلى تخفيض البرنامج القمري ككل".
ويضيف أن عاملا مهما في تصميم أنظمة الفضاء المأهولة هو أمن الطاقم، لكن النظر في هذه المسألة يتجاوز إطار البحث. "الأمن يعد عاملا مهما الذي يعتمد اختيار مخطط الهبوط. استخدام وحدات متعددة المراحل يمكن أن توفر المزيد من الفرص لعودة آمنة للطاقم إلى المحطة المدارية القمرية في حالة الطوارئ، والتي تكون مفيدة تتميز بنمط متعدد المراحل من "زعيم" - نظام مرحلة واحدة.
على عكس الوحدة النمطية ذات المرحلة الفردية، يتيح لك نظام اثنين أو ثلاثة مراحل استخدامه لإرجاع الطاقم إلى وحدة الإقلاع والهبوط. في الوقت نفسه، من المتوقع أن تكون أنظمة أكبر في التعقيد، وستكون أنظمة ثنائية المراحل أعلى من خطر الإفشل التقني مقارنة بالنظم الواحدة المرحلة.
وهذا هو، الاختيار هنا غامض مرة أخرى - كل مخطط له مزاياه وعيوبه "، يضيف لاتشييف. في المستقبل، يخطط العلماء لتوسيع إطار عملهم وإجراء دراسة شاملة للهندسة المعمارية النظامية للبنية التحتية بالكامل، والتي تعد جزءا لا يتجزأ من جميع البرامج الواعدة لرحلات الفضاء المأهولة إلى القمر.
المصدر: العلوم العارية