Skoltech ja MIT pakkusid Lunari mooduli optimaalset arhitektuuri

Anonim
Skoltech ja MIT pakkusid Lunari mooduli optimaalset arhitektuuri 13429_1
Skoltech ja MIT pakkusid Lunari mooduli optimaalset arhitektuuri

Uuringu tulemusi kirjeldav artikkel avaldati Acta Astronautica ajakirjas. Alates 1972. aasta detsembrist naasis Apollo-17 laeva meeskond maa peale, inimkond ei osa unistusega, et külastada kuu uuesti. 2017. aastal käivitas USA valitsus Artemis programmi, mille eesmärk on "esimese naise ja järgmise inimese" lend Kuu lõunapoolusele 2024. aasta lõunapoolusel.

Artemis programmis on plaanis kasutada uut Lunar Gateway Lunar Orbital platvormi alalise kosmosejaamana, kust korduvkasutatavad moodulid annavad Astronautide kuule. Uue kontseptsiooni rakendamine taotles uute optimaalsete maandumisskeemide väljatöötamist kuu pinnal. Tänapäeval korraldavad eraettevõtted NASA taotlusel teadusuuringuid uute korduvkasutatavate maandumismoodulite loomiseks, kuid läbiviidavate uuringute edenemist ja tulemusi ei ole veel teatatud.

Master's Student Skopeha Kirde Latyshev, Graduate Student Nikola Garzaniti, dotsent Alessandro Garcar ja professor mit Edward Crowley töötas välja matemaatilised mudelid, et hinnata Artemis programmi kõige paljutõotavaid maandumisskeeme. Ajaloolises programmis "Apollo", näiteks Lunar moodul kasutati maandumis- ja stardi sammud, mis andsid kaks astronautide Kuu ja tagasi laeva, jättes maandumise samm kuu.

Teadlased läksid eeldusest, et Lunar Gateway platvorm asub peaaegu sirgjoonelisel Halo orbiidil Lagrange L2 punkti lähedal - see Orbit täna on jaama eelistatud asukoht, mis võimaldab astronauti maandumist kuu lõunapoolusel. Teadlased simuleerisid varianti, milles meeskond neljas astronautides veedab umbes seitse päeva kuu, varieeruvad sammude arv ja kütuse tüüp. Kokku analüüsiti kokku 39 valikuvõimalust Kuu maandumise tulevase süsteemi jaoks. Sealhulgas võrdlus kõige lootustandvamaid võimalusi projekti maksumus

Meeskond kasutas maandumismoodulite alternatiivsete konfiguratsioonide hindamisele integreeritud lähenemisviisi, analüüsides võimalusi sõelumismudelite abil. Esiteks tuvastasid eksperdid arhitektuuriliste lahenduste põhikomplekti, sealhulgas maandumismooduli iga etapi etappide ja kütuseliigi arvu.

Saadud andmed võeti kokku matemaatiliste mudelite kujul, mille abil teadlased viisid läbi süsteemi ehitamise võimalusi, ühendades erinevate arhitektuursete lahenduste ühendamisel. Lõppstaadiumis analüüsiti vastuvõetud lahendusi ja eelistatud võimalusi, mis võivad olla huvitavad neile, kes tegelevad Lunari maandumismoodulite kujundamisse.

Analüüs näitas, et ühekordselt kasutatavate süsteemide istutusmoduleid Apollo, kõige edukam lahendus vaatenurgast kütuse kogumassist, kosmoselaeva kuivmass ja käivitamise väärtus on kaheastmeline arhitektuur . Kuid korduvkasutatavate laevade puhul, mida kavatsetakse kasutada Artemis programmi osana, hakkavad üheastmeline ja kolmeastmelised süsteemid kiiresti konkureerima kaheastmelisest.

Arvestades kõiki artiklis tehtud eelduste, võib väita, et lühiajaliste Lunar missioonide lahenduste "tingimusteta" juht on korduvkasutatav üheaene moodul vedela hapniku ja vedela vesinikuga (LOX / LH2). Autod rõhutavad siiski, et tegemist on ainult esialgse analüüsiga, kus selliseid tegureid nagu meeskonna ohutus, missiooni tõenäosus, samuti projektijuhtimise riskid. Nende tegurite arvestamiseks nõutakse programmi järgnevates etappides üksikasjalikumat simulatsiooni.

Kirbud Märgib, et Apollo programmi osana viis NASA insenerid sarnase analüüsi ja valis kaheastmelise mooduli konfiguratsiooni. Kuid sel ajal ehitati Lunari programm põhimõtteliselt erinevale arhitektuurile, kus puudub Lunar Orbital jaama, kus oleks võimalik paigutada Lunar mooduli intervallile lendude vahel. See tähendab, et kõik lennud tuli maapinnast läbi viia ühekordselt kasutatavate Lunar moodulite abil, mis loob iga missiooni jaoks uue aparatuuri. Lisaks ei ole Lunari orbitaaljaama puudumisel olnud kolmeastmelise istutussüsteemi kasutamine, mida meie aja jooksul kaalutakse.

"Uuringus saime huvitava tulemuse: kui me kaalume ühekordselt kasutatavaid seadmeid, selgub, et isegi orbiidijaamaga saate luua kaheastmelise maandumismooduli (sarnane mooduli" Apollo "), millel on seadme väiksem mass ja kütuse ja madalamate kuludega, mis vastavad üldiselt kontseptsioonile, mis on vastu võetud programmis "Apollo". Kuid korduvkasutatavate moodulite kasutamine muudab kõike.

Kuigi ühe- ja kolmeastmelised seadmed ületavad nende massil endiselt kahte etappi, võimaldavad meil korduvalt kasutada enamikku oma massidest (umbes 70-100 protsenti ja mitte 60, nagu kaheastmelise moodulite puhul), tagades samal ajal Kulude kokkuhoid ja tarnekulud Uued seadmed orbitaaljaama kohta, mis toob kaasa Lunari programmi vähendamise tervikuna, "ütleb Latyshev.

Ta lisab, et mehitatud kosmose süsteemide kujundamisel oluline tegur on meeskonna julgeolek, kuid selle küsimuse läbivaatamine läheb kaugemale teadusuuringute raamistikust. "Turvalisus on oluline tegur, millele maandumisskeemi valik sõltub. Mitmesuguste moodulite kasutamine võib pakkuda rohkem võimalusi meeskonna turvaliseks tagastamiseks Lunar orbitaaljaamale hädaolukorras, mis on soodne mitmeastmelise mooduliga meie "liider" - üheastmelise süsteemi abil.

Erinevalt üheastmelise mooduliga võimaldab kahe või kolmeastmeline süsteem kasutada meeskonna tagastamiseks nii starti ja maandumismooduli tagastamiseks. Samal ajal on oodata, et suurema keerukuse tõttu on kahe- ja kolmeastmelised süsteemid kõrgemad kui tehniliste vigade oht võrreldes üheetapiliste süsteemidega.

See tähendab, et valik siin on jälle ebaselge - iga skeemil on oma eelised ja puudused, "lisab Latyshevi. Tulevikus kavatsevad teadlased laiendada oma töö raamistikku ja korraldada tervikliku uurimise kogu teadustöö infrastruktuuri süsteemse arhitektuuri, mis on kõigi paljulubavate programmide lahutamatu osa mehitatud kosmose lendude jaoks kuule.

Allikas: alasti teadus

Loe rohkem