Un artículo que describe los resultados del estudio se publicó en la revista ACTA Astronautica. Desde en diciembre de 1972, la tripulación del barco Apollo-17 regresó a la Tierra, la humanidad no se separe con el sueño de volver a visitar la luna. En 2017, el gobierno de los EE. UU. Lanzó el programa Artemis, cuyo propósito es el vuelo de la "primera mujer y el siguiente hombre" en el Polo Sur de la Luna para 2024.
En el programa Artemis, está previsto que utilice la nueva plataforma orbital lunar de Nueva Gateway como una estación espacial permanente, desde donde los módulos reutilizables entregarán a los astronautas a la luna. La implementación del nuevo concepto solicitó el desarrollo de nuevos esquemas de aterrizaje óptimos en la superficie de la luna. Hoy en día, las empresas privadas a solicitud de la NASA están realizando investigaciones para crear nuevos módulos de aterrizaje reutilizables, pero aún no se han reportado el progreso y los resultados de los estudios realizados.
Estudiante de la maestra Skolteha Kir Latyshev, estudiante graduado Nikola Garzaniti, profesor asociado Alessandro Garcar y el profesor MIT Edward Crowley desarrollaron modelos matemáticos para evaluar los esquemas de aterrizaje más prometedores para el programa Artemis. En el programa histórico "Apollo", por ejemplo, se usó un módulo lunar a partir de los pasos de aterrizaje y despegue, lo que entregó dos astronautas a la luna y regresó a la nave, dejando el paso de aterrizaje en la luna.
Los investigadores procedieron de la suposición de que la plataforma Lunar Gateway se ubicará en una órbita de halo casi recta cerca de Lagange L2 Point: esta órbita hoy es la ubicación preferida de la estación que permite al aterrizaje astronauta en el Polo Sur de la Luna. Los científicos simularon una variante en la que la tripulación en cuatro astronautas pasará unos siete días en la luna, variando la cantidad de pasos y tipo de combustible. En total, se analizaron 39 opciones para el futuro sistema de aterrizaje a una persona en la luna. Incluyendo una comparación de las opciones más prometedoras en el costo del proyecto.
El equipo utilizó un enfoque integrado de la evaluación de las configuraciones alternativas de los módulos de aterrizaje al analizar el conjunto de opciones utilizando modelos de detección. Primero, los expertos identificaron un conjunto básico de soluciones arquitectónicas, incluida la cantidad de pasos y tipo de combustible para cada etapa del módulo de aterrizaje.
Los datos obtenidos se resumieron en forma de modelos matemáticos, con la ayuda de los cuales los científicos realizaron un estudio numérico integral de las opciones para construir un sistema, combinando varias soluciones arquitectónicas. En la etapa final, se analizaron las soluciones recibidas y las opciones preferidas que podrían ser interesantes para aquellos involucrados en el diseño de módulos de aterrizaje lunar.
El análisis mostró que para los sistemas desechables del tipo de módulos de plantación Apollo, la solución más exitosa desde el punto de vista de la masa total del combustible, la masa seca de la nave espacial y el valor de lanzamiento será una arquitectura de dos etapas. . Sin embargo, para los buques reutilizables, que se planifican para ser utilizados como parte del programa Artemis, los sistemas de una etapa y tres etapas comienzan rápidamente a competir con dos etapas.
Dados todas las suposiciones hechas en el artículo, se puede argumentar que el líder "incondicional" entre soluciones para misiones lunares a corto plazo es un módulo reutilizable de una sola etapa sobre oxígeno líquido y hidrógeno líquido (LOX / LH2). Sin embargo, los autores enfatizan que esto es solo un análisis preliminar, en el que no se tienen en cuenta los factores como la seguridad de la tripulación, la probabilidad de la misión, así como los riesgos de gestión de proyectos. Para tener en cuenta estos factores, se requerirá una simulación más detallada en las etapas posteriores del programa.
Kir Latyshev señala que, como parte del programa Apollo, los ingenieros de la NASA realizaron un análisis similar y eligieron la configuración del módulo de dos etapas. Sin embargo, en ese momento, el programa lunar fue construido sobre una arquitectura fundamentalmente diferente, en la que no había una estación orbital lunar, donde sería posible colocar el módulo lunar en el intervalo entre vuelos. Esto significa que todos los vuelos tuvieron que actuar desde el suelo utilizando módulos lunares desechables, es decir, creando un nuevo aparato para cada misión. Además, en ausencia de una estación orbital lunar, el uso de un sistema de siembra de tres pasos, que se considera en nuestro tiempo, no ha sido posible.
"En el estudio, recibimos un resultado interesante: si consideramos dispositivos desechables, resulta que incluso con la estación orbital, puede crear un módulo de aterrizaje de dos pasos (módulo similar" Apollo ") con una masa más pequeña del aparato y el combustible y los costos más bajos, que generalmente cumplen con el concepto, adoptados en el programa "Apollo". Pero el uso de módulos reutilizables cambia todo.
Aunque los dispositivos únicos y de tres etapas aún exceden su masa por su misa, nos permiten usar repetidamente la mayoría de sus masas (aproximadamente el 70-100 por ciento, y no 60, como en el caso de los módulos de dos etapas), mientras se aseguran Los ahorros y entrega de costos costos nuevos dispositivos por estación orbital, lo que conduce a la reducción del programa lunar en su conjunto ", dice Latyshev.
Agrega que un factor importante en el diseño de sistemas espaciales tripulados es la seguridad de la tripulación, pero la consideración de este problema va más allá del marco de investigación. "La seguridad es un factor importante en el que depende la elección del esquema de aterrizaje. El uso de módulos de múltiples etapas puede proporcionar más oportunidades para un retorno seguro de la tripulación a la estación orbital lunar en caso de una emergencia, que es ventajosa distinguida por un módulo de múltiples etapas de nuestro sistema "LEADER" - Etapa de una sola etapa.
A diferencia de un módulo de una sola etapa, un sistema de dos etapas le permite usar para devolver la tripulación, tanto el módulo de despegue y aterrizaje. Al mismo tiempo, se espera que, debido a una mayor complejidad, los sistemas de dos y tres etapas serán más altos que el riesgo de fallas técnicas en comparación con los sistemas de una sola etapa.
Es decir, la elección aquí es de nuevo ambigua: cada esquema tiene sus ventajas y desventajas ", agrega latyshev. En el futuro, los científicos planean ampliar el marco de su trabajo y realizar un estudio integral de la arquitectura sistémica de toda la infraestructura de investigación, que es una parte integral de todos los programas prometedores para vuelos espaciales tripulados a la luna.
Fuente: Ciencia desnuda