Статия, описваща резултатите от проучването, е публикувана в списание Acta Astronautica. От 1972 г. екипажът на кораба Аполо-17 се върна на земята, човечеството не се разделя с мечтата отново да посети Луната. През 2017 г. правителството на САЩ стартира програмата ARTEMIS, целта на която е полетът на "първата жена и следващия човек" на Южния полюс на Луната до 2024 година.
В програмата ARTEMIS е планирано да се използва новата лунна орбитална платформа на лунния портал като постоянна космическа станция, от където модулите за многократна употреба ще доставят астронавтите на Луната. Изпълнението на новата концепция поиска развитието на нови оптимални схеми за кацане на повърхността на Луната. Днес частните компании по искане на НАСА провеждат изследвания за създаване на нови модули за кацане за многократна употреба, но все още не са докладвани напредъкът и резултатите от проведените проучвания.
Училището на майстора Сколтеха Кир Латство, завършил студент Никола Гарзанити, доцент Алесандро Гаркар и професор Мит Едуард Кроули разработи математически модели, за да оцени най-обещаващите схеми за кацане за програмата ARTEMIS. В историческата програма "Аполон", например, лунният модул е използван от стъпалото и стъпките за излитане, които доставят два астронавта на Луната и обратно към кораба, оставяйки стъпалото на кацането на Луната.
Изследователите продължават от предположението, че платформата Lunar Gateway ще бъде разположена на почти линейна хало орбита близо до Lagrange L2 точка - тази орбита днес е предпочитаното местоположение на станцията, която позволява на южния полюс на Луната. Учените симулираха вариант, в който екипажът в четири астронавти ще похарчи около седем дни на Луната, променяйки броя на стъпките и вида на горивото. Общо 39 варианта за бъдещата система за кацане на човек на луната бяха анализирани. Включително сравнение на най-обещаващите опции в цената на проекта
Екипът използва интегриран подход към оценката на алтернативни конфигурации на модули за кацане чрез анализиране на набора от опции, използвайки скрининг модели. Първо, експертите идентифицираха основен набор от архитектурни решения, включително броя на стъпките и вида на горивото за всеки етап от модула за кацане.
Получените данни са обобщени под формата на математически модели, с помощта на които учените проведоха цялостно изучаване на възможностите за изграждане на система, съчетавайки различни архитектурни решения. На последния етап получените решения бяха анализирани и предпочитани опции, които биха могли да бъдат интересни за тези, които участват в дизайна на лунните модули за кацане.
Анализът показа, че за системи за еднократна употреба на вида на модулите на засаждане Apollo, най-успешното решение от гледна точка на общата маса на горивото, сухата маса на космическия кораб и стойността на пускането ще бъде двуетажна архитектура . Въпреки това, за доставъдните кораби, които са планирани да бъдат използвани като част от програмата ARTEMIS, едноетапните и тристепените системи бързо започват да се конкурират с двустепенна.
Като се имат предвид всички предположения, направени в статията, може да се твърди, че "безусловната" лидер сред решенията за краткосрочни лунни мисии е едностъпален модул за многократна употреба върху течен кислород и течен водород (LOX / LH2). Въпреки това, авторите подчертават, че това е само предварителен анализ, в който фактори като безопасността на екипажа, вероятността за мисията, както и рисковете от управление на проекти не се вземат предвид. За да се отчитат тези фактори, ще се изисква по-подробна симулация на следващите етапи на програмата.
Kir Latyshev отбелязва, че като част от програмата Apollo инженерите на НАСА проведоха подобен анализ и избраха двустепенната конфигурация на модула. По това време обаче лунната програма е построена на фундаментално различна архитектура, в която няма лунна орбитална станция, където би било възможно да се постави лунният модул в интервала между полетите. Това означава, че всички полети трябваше да изпълняват от земята, използвайки лунни модули за еднократна употреба, т.е. създаване на нов апарат за всяка мисия. В допълнение, при липса на лунна орбитална станция, използването на тристепенна система за засаждане, която се разглежда в нашето време, не е било възможно.
"В проучването получихме интересен резултат: ако разгледаме устройствата за еднократна употреба, се оказва, че дори и с орбиталната станция, можете да създадете двустепенен модул за кацане (подобен модул" Apollo ") с по-малка маса на апарата и гориво и по-ниски разходи, които като цяло отговарят на концепцията, приета в програмата "Аполон". Но използването на модули за многократна употреба променя всичко.
Въпреки че единичните и тристепените устройства все още надвишават двуетапна от тяхната маса, те ни позволяват многократно да използваме повечето от техните маси (приблизително 70-100%, а не 60, както в случая на двустепенни модули), като същевременно се гарантира Проектиране на разходи и доставка на разходите Нови устройства на орбитална станция, което води до намаляване на лунната програма като цяло ", казва Латис.
Той добавя, че важен фактор при проектирането на космически космически системи е сигурността на екипажа, но разглеждането на този въпрос надхвърля научноизследователската рамка. "Сигурността е важен фактор, по който зависи изборът на схемата за кацане. Използването на многоетажни модули може да осигури повече възможности за безопасно връщане на екипажа до лунната орбитална станция в случай на извънредна ситуация, която е благоприятно, отличаваща се с многостепен модул от нашия "лидер" - едноетапна система.
За разлика от едноетапния модул, дву- или тристепенна система ви позволява да използвате за връщане на екипажа и модул за излитане и кацане. В същото време се очаква, поради по-голяма сложност, две и тристепенни системи ще бъдат по-високи от риска от технически неуспехи в сравнение с едноетапните системи.
Това означава, че изборът тук е двусмислен - всяка схема има своите предимства и недостатъци, "добавя Латство. В бъдеще учените планират да разширят рамката на своята работа и да провеждат цялостно изследване на системната архитектура на цялата научноизследователска инфраструктура, която е неразделна част от всички обещаващи програми за полетни полети до Луната.
Източник: гола наука