یک مقاله توصیف نتایج این مطالعه در مجله Acta Astronautica منتشر شد. از آنجایی که در دسامبر سال 1972، خدمه کشتی آپولو 17 به زمین بازگشت، بشریت با رویا برای دیدار دوباره ماه نخواهد بود. در سال 2017، دولت ایالات متحده برنامه Artemis را راه اندازی کرد، هدف این است که پرواز "اولین زن و مرد بعدی" در قطب جنوب ماه تا سال 2024 است.
در برنامه Artemis، برنامه ریزی شده است که از پلتفرم مدارهای ماهانه دروازه قمری به عنوان یک ایستگاه فضایی دائمی استفاده کند، از جایی که ماژول های قابل استفاده مجدد فضانوردان را به ماه تحویل می دهند. پیاده سازی مفهوم جدید درخواست توسعه طرح های فرود جدید بهینه بر روی سطح ماه را درخواست کرد. امروزه شرکت های خصوصی به درخواست ناسا تحقیقات را برای ایجاد ماژول های جدید قابل استفاده مجدد انجام می دهند، اما پیشرفت و نتایج مطالعات انجام شده هنوز گزارش نشده است.
دانش آموز کارشناسی ارشد Skolteha Kir Latyshev، دانشجوی کارشناسی ارشد Nikola Garzaniti، دانشیار Alessandro Garcar و پروفسور MIT Edward Crowley مدل های ریاضی را برای ارزیابی برنامه های فرود امیدوار کننده برای برنامه Artemis توسعه داد. به عنوان مثال، در برنامه تاریخی "آپولو"، یک ماژول قمری از مراحل فرود و اتمام استفاده شد که دو فضانورد را به ماه و بازگشت به کشتی منتقل کرد و گام فرود را روی ماه قرار داد.
محققان از این فرضیه که پلتفرم دروازه قمری در یک مدار تقریبا مستقیم Halo در نزدیکی لاگرانژ L2 قرار می گیرند - این مدار امروز محل ترجیحی ایستگاه است که اجازه می دهد فرود فضانورد در قطب جنوب ماه ماه. دانشمندان یک نوع را شبیه سازی کردند که در آن خدمه در چهار فضانورد حدود هفت روز در ماه صرف می شود، تعداد مراحل و نوع سوخت متفاوت است. در مجموع، 39 گزینه برای سیستم آینده فرود یک فرد در ماه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. از جمله مقایسه گزینه های امیدوار کننده ترین در هزینه پروژه
این تیم از یک رویکرد یکپارچه به ارزیابی تنظیمات جایگزین ماژول های فرود با تجزیه و تحلیل مجموعه ای از گزینه ها با استفاده از مدل های غربالگری استفاده کرد. اول، کارشناسان مجموعه ای پایه ای از راه حل های معماری را شناسایی کردند، از جمله تعداد مراحل و نوع سوخت برای هر مرحله از ماژول فرود.
داده های به دست آمده در قالب مدل های ریاضی خلاصه شده اند، با کمک دانشمندان یک مطالعه جامع عددی از گزینه های ساخت یک سیستم، ترکیب راه حل های مختلف معماری را انجام دادند. در مرحله نهایی، راه حل های دریافت شده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و گزینه های ترجیحی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند که می تواند جالب باشد که آنها در طراحی ماژول های فرود ماهانه شرکت کنند.
تجزیه و تحلیل نشان داد که برای سیستم های یکبار مصرف نوع ماژول های کاشت آپولو، موفق ترین راه حل از نقطه نظر کل توده سوخت، جرم خشک فضاپیما و ارزش راه اندازی یک معماری دو مرحله ای خواهد بود . با این حال، برای کشتی های قابل استفاده مجدد که برنامه ریزی شده به عنوان بخشی از برنامه Artemis استفاده می شود، سیستم های تک مرحله ای و سه مرحله ای به سرعت شروع به رقابت با دو مرحله می کنند.
با توجه به تمام مفروضات ساخته شده در مقاله، می توان استدلال کرد که رهبر بدون قید و شرط در میان راه حل های ماموریت های کوتاه مدت ماهانه یک ماژول تک مرحله ای قابل استفاده مجدد در اکسیژن مایع و هیدروژن مایع (LOX / LH2) است. با این حال، نویسندگان تاکید می کنند که این تنها یک تحلیل اولیه است که در آن عوامل مانند ایمنی خدمه، احتمال مأموریت، و همچنین خطرات مدیریت پروژه در نظر گرفته نمی شود. برای حساب این عوامل، شبیه سازی دقیق تر در مراحل بعدی برنامه مورد نیاز خواهد بود.
کیر لاتیشف یادآور می شود که به عنوان بخشی از برنامه آپولو، مهندسان ناسا تجزیه مشابهی را انجام دادند و پیکربندی ماژول دو مرحله را انتخاب کردند. با این حال، در آن زمان، برنامه قمری بر اساس معماری اساسا متفاوت ساخته شد، که در آن هیچ ایستگاه مداری قمری وجود نداشت، جایی که می توان ماژول قمری را در فاصله بین پروازهای قرار داد. این به این معنی است که تمام پروازهای مجبور به انجام این کار با استفاده از ماژول های قمری یکبار مصرف، یعنی ایجاد یک دستگاه جدید برای هر ماموریت. علاوه بر این، در غیاب یک ایستگاه مداری ماهه، استفاده از یک سیستم کاشت سه مرحله ای، که در زمان ما در نظر گرفته شده، امکان پذیر نیست.
"در مطالعه، ما یک نتیجه جالب دریافت کردیم: اگر ما دستگاه های یکبار مصرف را در نظر بگیریم، معلوم می شود که حتی با ایستگاه مداری، شما می توانید یک ماژول فرود دو مرحله ای (ماژول مشابه Apollo") را با یک جرم کوچکتر از دستگاه ایجاد کنید و سوخت و هزینه های پایین تر، که به طور کلی با مفهوم مطابقت دارد، در برنامه "آپولو" پذیرفته شده است. اما استفاده از ماژول های قابل استفاده مجدد همه چیز را تغییر می دهد.
اگر چه دستگاه های تک و سه مرحله ای هنوز هم از طریق جرم خود بیش از دو مرحله هستند، به ما اجازه می دهد تا بارها و بارها از بسیاری از توده های خود استفاده کنیم (حدود 70-100 درصد و نه 60، به عنوان در مورد ماژول های دو مرحله ای)، در حالی که تضمین می کنند Latyshev می گوید: صرفه جویی در هزینه و تحویل هزینه های جدید در هر ایستگاه مداری، که منجر به کاهش برنامه قمری به طور کلی می شود. "
این می افزاید که یک عامل مهم در طراحی سیستم های فضایی مجهز، امنیت خدمه است، اما توجه به این موضوع فراتر از چارچوب تحقیق است. "امنیت یک عامل مهم است که انتخاب طرح فرود بستگی دارد. استفاده از ماژول های چند مرحله ای می تواند فرصت های بیشتری را برای بازده ایمن از خدمه به ایستگاه مداری قمری در صورت اضطراری ارائه دهد، که از طریق یک ماژول چند مرحله ای از "رهبر" ما - سیستم تک مرحله ای متمایز است.
بر خلاف یک ماژول تک مرحله، یک سیستم دو یا سه مرحله ای به شما اجازه می دهد تا از آن استفاده کنید تا خدمه را هر دو ماژول فرود و فرود را بازگردانید. در عین حال، انتظار می رود که با توجه به پیچیدگی های بیشتر، سیستم های دو و سه مرحله ای بالاتر از خطر شکست های فنی در مقایسه با سیستم های تک مرحله ای بالاتر خواهد بود.
به عبارت دیگر، انتخاب اینجا دوباره مبهم است - هر طرح دارای مزایا و معایب آن است، "Latyshev اضافه می کند. در آینده، دانشمندان قصد دارند چارچوب کار خود را گسترش دهند و یک مطالعه جامع از معماری سیستمیک کل زیرساخت های تحقیقاتی را انجام دهند، که بخشی جدایی ناپذیر از تمام برنامه های امیدوار کننده برای پرواز فضایی مجهز به ماه است.
منبع: علوم برهنه