En artikel, der beskriver resultaterne af undersøgelsen, blev offentliggjort i Acta Astronautica-magasinet. Siden i december 1972 vendte sagen på Apollo-17-skibet tilbage til jorden, menneskeheden er ikke en del med drømmen om at besøge månen igen. I 2017 lancerede den amerikanske regering Artemis-programmet, hvis formål er flyet af den "første kvinde og den næste mand" på månens sydpole inden 2024.
I Artemis-programmet er det planlagt at bruge den nye Lunar Gateway's Lunar Orbital Platform som en fast rumstation, hvorfra de genanvendelige moduler leverer astronauter til månen. Gennemførelsen af det nye koncept anmodede om udviklingen af nye optimale landingsordninger på månens overflade. I dag gennemfører private virksomheder på anmodning af NASA forskning for at skabe nye genanvendelige landingsmoduler, men fremskridtene og resultaterne af de udførte undersøgelser er endnu ikke blevet rapporteret.
Master's Student Skolteha Kir Latyshev, Graduate Student Nikola Garzaniti, Lektor Alessandro Garcar og Professor Mit Edward Crowley udviklede matematiske modeller til at vurdere de mest lovende landingsordninger for Artemis-programmet. I det historiske program "Apollo" blev f.eks. Et lunarmodul brugt fra landings- og startstrinnene, som leverede to astronauter til månen og tilbage til skibet, hvilket efterlod landingstrinnet på månen.
Forskere fortsatte fra antagelsen om, at Lunar Gateway Platform vil være placeret på en næsten lige linje Halo-kredsløb nær LaGrange L2-punkt - denne kredsløb i dag er den foretrukne placering af stationen, der gør det muligt for astronauten landing på månens sydlige pol. Forskere simulerede en variant, hvor besætningen i fire astronauter vil bruge omkring syv dage på månen, der varierer antallet af trin og brændstoftype. I alt blev 39 muligheder for det fremtidige system for landing en person på månen analyseret. Herunder en sammenligning af de mest lovende muligheder i projektomkostningerne
Holdet brugte en integreret tilgang til vurderingen af alternative konfigurationer af landingsmoduler ved at analysere sæt af muligheder ved hjælp af screeningsmodeller. For det første identificerede eksperter et grundlæggende sæt arkitektoniske løsninger, herunder antallet af trin og brændstoftype for hvert trin i landingsmodulet.
De opnåede data blev opsummeret i form af matematiske modeller, med hjælp af hvilke forskere gennemførte en omfattende numerisk undersøgelse af mulighederne for at opbygge et system, der kombinerede forskellige arkitektoniske løsninger. I sidste ende blev de modtagne løsninger analyseret og foretrukne muligheder, der kunne være interessante for dem, der var involveret i design af Lunar Landing Modules.
Analysen viste, at for de engangssystemer af typen af plantemoduler Apollo, vil den mest succesfulde løsning ud fra brændstofets totale masse, den tørre masse af rumfartøjet og lanceringsværdien være en to-trins arkitektur . For genanvendelige skibe, der planlægges at blive brugt som en del af Artemis-programmet, begynder enkeltfaset og tre-trins systemer hurtigt at konkurrere med to-trins.
I betragtning af alle de antagelser, der er gjort i artiklen, kan det hævdes, at den "ubetingede" leder blandt løsninger til kortfristede månens missioner er et genanvendeligt enkeltstrinsmodul på flydende ilt og flydende hydrogen (LOX / LH2). Forfatterne understreger imidlertid, at dette kun er en foreløbig analyse, hvor faktorer som besætningens sikkerhed, sandsynligheden for missionen, samt risikoen for projektledelse ikke tages i betragtning. For at tage højde for disse faktorer, vil der blive krævet mere detaljeret simulering på de efterfølgende faser af programmet.
KIR Latyshev bemærker, at NASA-ingeniører som en del af Apollo-programmet gennemførte en lignende analyse og valgte to-trins modulkonfigurationen. På det tidspunkt blev Lunar-programmet imidlertid bygget på en fundamentalt forskellig arkitektur, hvor der ikke var nogen lunar-orbitalstation, hvor det ville være muligt at placere månemodulet i intervallet mellem flyvninger. Det betyder, at alle flyvninger skulle udføre fra jorden ved hjælp af engangs lunarmoduler, det vil sige at skabe et nyt apparat til hver mission. Derudover har anvendelsen af et tre-trins plantesystem, der overvejes i vores tid, ikke i fraværet af en lunar-orbitalstation, som overvejes i vores tid.
"I undersøgelsen modtog vi et interessant resultat: Hvis vi betragter engangsanordninger, viser det sig, at selv med orbitalstationen kan du oprette et to-trins landingsmodul (lignende modul" Apollo ") med en mindre masse af apparatet og brændstof og lavere omkostninger, som generelt overholder konceptet, vedtaget i programmet "Apollo". Men brugen af genanvendelige moduler ændrer alt.
Selvom enkelt- og tre-trins enheder stadig overstiger to-trins ved deres masse, tillader de os gentagne gange at bruge de fleste af deres masser (ca. 70-100 procent og ikke 60, som i tilfælde af to-trins moduler), samtidig med at man sikrer Omkostningsbesparelser og leveringsomkostninger Nye enheder pr. Orbitalstation, hvilket fører til reduktion af Lunar-programmet som helhed, "siger Latyshev.
Det tilføjer, at en vigtig faktor i udformningen af bemandet rumsystemer er besætningens sikkerhed, men overvejelsen af dette spørgsmål går ud over forskningsrammen. "Sikkerhed er en vigtig faktor, som valget af landingssystem afhænger af. Brugen af multistage moduler kan give flere muligheder for et sikkert tilbagevenden af besætningen til månens orbitalstation i tilfælde af en nødsituation, hvilket er fordelagtigt at fremgå af et multi-trins modul fra vores "Leader" - Single-Stage System.
I modsætning til et enkelt-trinsmodul giver et to- eller tre-trins system dig mulighed for at bruge til at returnere besætningen både start og landingsmodul. Samtidig forventes det, at på grund af større kompleksitet vil to- og tre-trins systemer være højere end risikoen for tekniske fejl i forhold til single-stage-systemer.
Det vil sige, at valget her er igen tvetydigt - hver ordning har sine fordele og ulemper, "tilføjer Latyshev. I fremtiden planlægger forskerne at udvide rammerne for deres arbejde og gennemføre en omfattende undersøgelse af den systemiske arkitektur i hele forskningsinfrastrukturen, hvilket er en integreret del af alle lovende programmer for bemandet rumflyvning til månen.
Kilde: Naked Science