Артыкул з апісаннем вынікаў даследавання апублікавана ў часопісе Acta Astronautica. З таго часу, як у сьнежня 1972 экіпаж карабля «Апалон-17» вярнуўся на Зямлю, чалавецтва не растаецца з марай зноў пабываць на Месяцы. У 2017 годзе ўрад ЗША запусціла праграму «Артэміда», мэта якой - палёт «першай жанчыны і наступнага мужчыны» на паўднёвы полюс Месяца да 2024 года.
У праграме «Артэміда» плануецца выкарыстоўваць новую месяцовую арбітальную платформу-шлюз Lunar Gateway ў якасці пастаяннай касмічнай станцыі, адкуль шматразовыя модулі будуць дастаўляць астранаўтаў на Месяц. Рэалізацыя новай канцэпцыі запатрабавала распрацоўкі новых аптымальных схем пасадкі на паверхню Месяца. Сёння прыватныя кампаніі па замове НАСА праводзяць даследаванні з мэтай стварэння новых шматразовых пасадкавых модуляў, аднак аб ходзе і выніках праводзяцца даследаванняў пакуль не паведамляецца.
Студэнт магістратуры Сколтеха Кір Латышаў, аспірант Нікола Гарзанити, дацэнт Алесандра Голкар і прафесар MIT Эдвард Кроўлі распрацавалі матэматычныя мадэлі для ацэнкі найбольш перспектыўных схем пасадкі на Месяц для праграмы «Артэміда». У гістарычнай праграме «Апалон», напрыклад, выкарыстоўваўся месяцовы модуль з пасадачнай і ўзлётнай прыступак, які дастаўляў двух астранаўтаў на Месяц і назад на карабель, пакідаючы пасадачную прыступку на Месяцы.
Даследчыкі зыходзілі з здагадкі, што платформа Lunar Gateway будзе размяшчацца на амаль прасталінейнай гало-арбіце каля кропкі Лагранжа L2 - гэтая арбіта на сённяшні дзень - пераважны варыянт размяшчэння станцыі, які дазваляе высадку астранаўтаў на паўднёвым полюсе Месяца. Навукоўцы змадэлявалі варыянт, у якім экіпаж у складзе чатырох астранаўтаў правядзе на Месяцы каля сямі сутак, вар'іруючы колькасць прыступак і тып паліва. У агульнай складанасці было прааналізавана 39 варыянтаў будучай сістэмы пасадкі чалавека на Месяц. У тым ліку, праведзена параўнанне найбольш перспектыўных варыянтаў па кошту праекта
Каманда выкарыстала комплексны падыход да ацэнкі альтэрнатыўных канфігурацый пасадкавых модуляў, прааналізаваўшы мноства варыянтаў з дапамогай скрынінгавых мадэляў. Спачатку спецыялісты вызначылі базавы набор архітэктурных рашэнняў, уключаючы колькасць прыступак і тып паліва для кожнай прыступкі пасадкавага модуля.
Атрыманыя дадзеныя былі абагульнены ў выглядзе матэматычных мадэляў, з дапамогай якіх навукоўцы правялі комплекснае колькасную даследаванне варыянтаў пабудовы сістэмы, камбінуючы розныя архітэктурныя рашэнні. На заключным этапе прааналізавалі атрыманае прастору рашэнняў і адабралі пераважныя варыянты, якія могуць быць цікавыя спецыялістам, якія ўдзельнічаюць у праектаванні месяцовых пасадкавых модуляў.
Праведзены аналіз паказаў, што для сістэм аднаразовага выкарыстання тыпу пасадачных модуляў «Апалон» найбольш удалым рашэннем з пункту гледжання сумарнай масы паліва, сухі масы касмічнага апарата і кошту запуску будзе двухступеністая архітэктура. Аднак для шматразовых караблёў, якія плануецца выкарыстаць у рамках праграмы «Артэміда», одноступенчатую і трохступеністыя сістэмы хутка пачынаюць канкураваць з двухступеністым.
Улічваючы ўсё дапушчэння, зробленыя ў артыкуле, можна сцвярджаць, што «безумоўны» лідэр сярод рашэнняў для кароткатэрміновых месяцовых місій - шматразовы аднаступенны модуль на вадкім кіслародзе і вадкім вадародзе (LOX / LH2). Аднак аўтары падкрэсліваюць, што гэта толькі папярэдні аналіз, у якім не улічваюцца такія фактары, як бяспека экіпажа, верагоднасць поспеху місіі, а таксама рызыкі кіравання праектам. Для ўліку гэтых фактараў спатрэбіцца больш дэталёвае мадэляванне на наступных этапах праграмы.
Кір Латышаў адзначае, што ў рамках праграмы «Апалон» інжынеры НАСА праводзілі аналагічны аналіз і спынілі свой выбар на двухступенчатай канфігурацыі модуля. Аднак у той час месяцовая праграма будавалася на прынцыпова іншай архітэктуры, у якой адсутнічала месяцовая арбітальная станцыя, дзе можна было б размясціць месяцовы модуль ў інтэрвале паміж палётамі. Гэта азначае, што ўсе палёты даводзілася выконваць з Зямлі, выкарыстоўваючы аднаразовыя месяцовыя модулі, то ёсць ствараючы новы апарат пад кожную місію. Акрамя таго, у адсутнасці месяцовай арбітальнай станцыі выкарыстанне трохступеністай сістэмы пасадкі, якая разглядаецца ў наш час, не ўяўлялася магчымым.
«У даследаванні мы атрымалі цікавы вынік: калі разглядаць аднаразовыя апараты, аказваецца, што нават пры наяўнасці арбітальнай станцыі можна стварыць двухступеньчатая пасадачны модуль (аналагічны модулю« Апалон ») з меншай масай апарата і паліва і больш нізкімі выдаткамі, што ў цэлым адпавядае канцэпцыі, прынятай у праграме «Апалон». Але выкарыстанне шматразовых модуляў ўсё змяняе.
Хоць адно-і трохступеністыя апараты па-ранейшаму пераўзыходзяць двухступеністыя па сваёй масе, яны дазваляюць шматкроць выкарыстоўваць большую частку сваёй масы (прыблізна 70-100 адсоткаў, а не 60, як у выпадку двухступеністых модуляў), пры гэтым забяспечваючы эканомію выдаткаў на вытворчасць і дастаўку новых апаратаў на арбітальную станцыю, што вядзе да патаннення месячнай праграмы ў цэлым », - распавядае Латышаў.
Ён дадае, што важны фактар пры праектаванні пілатуемых касмічных сістэм - бяспека экіпажа, але разгляд гэтага пытання выходзіць за рамкі даследавання. «Бяспека - важны фактар, ад якога залежыць выбар схемы пасадкі. Выкарыстанне шматступеньчатых модуляў можа забяспечыць больш магчымасцяў для бяспечнага вяртання экіпажа на месяцовую арбітальную станцыю ў выпадку аварыйнай сітуацыі, што выгадна адрознівае шматступенны модуль ад нашага «лідэра» - одноступенчатой сістэмы.
У адрозненне ад одноступенчатого модуля, двух- або трохступеньчатая сістэма дазваляе выкарыстоўваць для вяртання экіпажа як ўзлётны, так і пасадачны модуль. У той жа час чакаецца, што ў сілу большай складанасці ў двух-і трохступеньчатая сістэм будзе вышэй рызыка ўзнікнення тэхнічных збояў у параўнанні з одноступенчатую сістэмамі.
Гэта значыць, выбар тут зноў неадназначны - кожная схема мае свае перавагі і недахопы », - дадае Латышаў. У будучыні навукоўцы плануюць пашырыць рамкі сваёй працы і правесці комплекснае даследаванне сістэмнай архітэктуры ўсёй даследчай інфраструктуры, якая з'яўляецца неад'емнай часткай усіх перспектыўных праграм пілатуемых касмічных палётаў на Месяц.
Крыніца: Naked Science