Ein Artikel, der die Ergebnisse der Studie beschreibt, wurde im Acta Astronautica Magazine veröffentlicht. Seit im Dezember 1972 kehrte die Crew des Apollo-17-Schiffs auf die Erde zurück, die Menschheit trägt nicht mit dem Traum, um den Mond wieder zu besuchen. Im Jahr 2017 lancierte die US-Regierung das Artemis-Programm, dessen Zweck der Flug der "Ersten Frau und dem nächsten Mann" am Südpol des Mondes bis 2024 ist.
Im Artemis-Programm ist es geplant, die Lunar-Orbitalplattform der neuen Lunar Gateway als dauerhafte Raumstation zu nutzen, von wo aus den wiederverwendbaren Modulen Astronauten zum Mond liefern. Die Umsetzung des neuen Konzepts bat die Entwicklung neuer optimaler Landungssysteme auf der Oberfläche des Mondes an. Private Unternehmen auf Antrag von NASA forschen heute die Erstellung neuer wiederverwendbarer Lande-Module, aber der Fortschritt und die Ergebnisse der durchgeführten Studien wurden jedoch noch nicht berichtet.
Master's Student Skolteeha Kir LatyShew, Student Nikola Garzaniti, Associate Professor Alessandro Garcar und Professor Mit Edward Crowley entwickelte mathematische Modelle, um die vielversprechendsten Lande-Landesysteme für das Artemis-Programm zu bewerten. Im historischen Programm "Apollo", zum Beispiel wurde ein Mondmodul aus den Lande- und Startschritten verwendet, das den Mond und zurück zum Schiff zwei Astronauten lieferte, wodurch der Landeschritt auf den Mond hinterließ.
Die Forscher stiegen von der Annahme an, dass sich die Lunar Gateway-Plattform auf einer fast geradlinigen Halo-Orbit in der Nähe von Lagrange L2 befindet. Diese Umlaufbahn ist heute der bevorzugte Ort der Station, in dem der Astronaut auf dem Südpol des Mondes lässt. Wissenschaftler simulierten eine Variante, in der die Crew in vier Astronauten etwa sieben Tage auf dem Mond verbringen wird, wobei die Anzahl der Schritte und der Treibstoffart variiert. Insgesamt wurden 39 Optionen für das zukünftige Landungssystem einer Person auf dem Mond analysiert. Einschließlich eines Vergleichs der vielversprechendsten Optionen in den Projektkosten
Das Team benutzte einen integrierten Ansatz zur Bewertung alternativer Konfigurationen von Lande-Modulen, indem die Sollwert von Optionen mit Screening-Modellen analysiert wurden. Erstens identifizierten Experten einen grundlegenden Set architektonischer Lösungen, einschließlich der Anzahl der Schritte und den Treibstofftyp für jede Phase des Lande-Landes.
Die erhaltenen Daten wurden in Form mathematischer Modelle zusammengefasst, mit deren Hilfe Wissenschaftler eine umfassende numerische Untersuchung der Optionen für den Bau eines Systems führten, um verschiedene architektonische Lösungen zu kombinieren. In der Endphase wurden die empfangenen Lösungen analysiert und bevorzugte Optionen, die für diejenigen interessant sein könnten, die an der Gestaltung von Mondlande-Modulen beteiligt sind.
Die Analyse zeigte, dass für die Einwegsysteme der Art der Pflanzungsmodule Apollo, die erfolgreichste Lösung aus Sicht der Gesamtmasse des Kraftstoffs, die trockene Masse des Raumfahrzeugs und des Startwerts eine zweistufige Architektur sein wird . Bei wiederverwendbaren Schiffen, die als Teil des Artemis-Programms verwendet werden sollen, beginnen sich mit einem Stadium und dreistufigen Systemen schnell mit zweistufigen.
Angesichts aller in dem Artikel getätigten Annahmen kann argumentiert werden, dass der "bedingungslose" Anführer der Lösungen für kurzfristige Mondmissionen ein wiederverwendbares einstufiges Modul auf flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff (LOX / LH2) ist. Die Autoren betonen jedoch, dass dies nur eine vorläufige Analyse ist, in der Faktoren wie die Sicherheit der Besatzung, die Wahrscheinlichkeit der Mission sowie die Risiken des Projektmanagements nicht berücksichtigt werden. Um diese Faktoren zu berücksichtigen, ist in den nachfolgenden Stadien des Programms eine detailliertere Simulation erforderlich.
KIR LATYSHEV stellt fest, dass NASA-Ingenieure im Rahmen des Apollo-Programms eine ähnliche Analyse durchführten und die zweistufige Modulkonfiguration wählten. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Mondprogramm jedoch auf einer grundsätzlich unterschiedlichen Architektur errichtet, in der es keine Mond-Orbitalstation gab, in der es möglich wäre, das Lunar-Modul in das Intervall zwischen den Flügen zu platzieren. Dies bedeutet, dass alle Flüge mit Einweglunarmodulen aus dem Boden ausführen mussten, dh ein neues Gerät für jede Mission. Darüber hinaus ist in Abwesenheit einer Mond-Orbitalstation die Verwendung eines dreistufigen Pflanzsystems, das in unserer Zeit berücksichtigt wird, nicht möglich.
"In der Studie erhielten wir ein interessantes Ergebnis: Wenn wir Einweggeräte in Betracht ziehen, stellt sich heraus, dass Sie auch mit der Orbitalstation ein zweistufiges Lande-Lande-Modul (ähnliches Modul" Apollo ") mit einer kleineren Masse des Geräts erstellen können und Kraftstoff und niedrigere Kosten, die im Allgemeinen dem Konzept entspricht, der im Programm "Apollo" angenommen wurde. Die Verwendung von wiederverwendbaren Modulen ändert jedoch alles.
Obwohl einzelne und dreistufige Geräte durch ihre Masse noch zweistufig überschreiten, ermöglichen es uns, die meisten ihrer Massen wiederholt zu nutzen (etwa 70-100 Prozent und nicht 60, wie bei zweistufigen Modulen), während Sie sicherstellen Kosteneinsparungen und Lieferung kostet neue Geräte pro Orbitalstation, was zur Verringerung des Lunar-Programms insgesamt führt ", sagt LatyShev.
Es fügt hinzu, dass ein wichtiger Faktor für das Design von bemannten Raumsystemen die Sicherheit der Crew ist, aber die Berücksichtigung dieses Problems geht jedoch über den Forschungsrahmen hinaus. "Die Sicherheit ist ein wichtiger Faktor, auf den die Wahl des Landungssystems abhängt. Die Verwendung von mehrstufigen Modulen bietet mehr Möglichkeiten für eine sichere Rückkehr der Crew an der Mond-Orbitalstation im Falle eines Notfalls, der von einem mehrstufigen Modul von unserem "Leader" - einstufigen System vorteilhaft ist.
Im Gegensatz zu einem einstufigen Modul können Sie ein zwei- oder dreistufiges System verwenden, um die Crew sowohl Start- als auch Landing-Modul zurückzugeben. Gleichzeitig wird erwartet, dass aufgrund größerer Komplexität zwei- und dreistufige Systeme im Vergleich zu einstufigen Systemen über das Risiko technischer Fehlern höher sein werden.
Das heißt, die Wahl hier ist wieder mehrdeutig - jedes Schema hat seine Vor- und Nachteile: "Fügt LatyShev hinzu. In Zukunft planen Wissenschaftler, den Rahmen ihrer Arbeit auszubauen und ein umfassendes Studium der systemischen Architektur der gesamten Forschungsinfrastruktur durchzuführen, was ein wesentlicher Bestandteil aller vielversprechenden Programme für bemannte Raumflüge zum Mond ist.
Quelle: Naked Science