Tutkimuksen tuloksia kuvaava artikkeli julkaistiin Acta Astronautica -lehdessä. Joulukuussa 1972 lähtien Apollo-17-laivan miehistö palasi maahan, ihmiskunta ei kuulu unelman kanssa vierailemaan kuuhun. Vuonna 2017 Yhdysvaltain hallitus käynnisti Artemis-ohjelman, jonka tarkoituksena on "Ensimmäisen naisen ja seuraavaan miehen" lentoa kuun eteläravalla vuoteen 2024 mennessä.
Artemis-ohjelmassa on tarkoitus käyttää uutta Lunar Gateway's Lunar Orbital -alusta pysyvänä avaruusasemana, josta uudelleenkäytettävät moduulit toimittavat astronautit kuuhun. Uuden konseptin toteuttaminen pyysi uuden optimaalisten laskeutumisjärjestelmien kehittämistä kuun pinnalla. Nykyään NASA: n pyynnöstä yksityiset yritykset johtavat tutkimusta uusien uudelleenkäytettävien purkamismoduulien luomiseksi, mutta suoritettujen tutkimusten edistymistä ja tuloksia ei ole vielä ilmoitettu.
Master's Opiskelija Skolteha Kir Latyshev, jatko-opiskelija Nikola Garzaniti, apulaisprofessori Alessandro Garcar ja professori MIT Edward Crowley kehittivät matemaattisia malleja Artemis-ohjelman lupaavia laskujärjestelmiä. Esimerkiksi historiallisessa ohjelmassa "Apollo" käytettiin Lunar-moduulia laskeutumisesta ja lentoonlähtövaiheista, jotka antoivat kaksi astronauttia kuuhun ja takaisin alukseen jättäen laskeutumisvaiheen kuuhun.
Tutkijat etenivät olettamuksesta, että Lunar Gateway -alusta sijaitsee lähes suoraviivaisella Halo Orbit lähellä Lagrange L2 Point - tämä kiertorata on nykypäivän ensisijainen sijainti, joka sallii astronautin laskeutumisen kuun eteläiseen napaan. Tutkijat simuloivat varianttia, jossa miehistö neljä astronauttia viettää noin seitsemän päivää kuuhun, vaihdat vaiheet ja polttoainetyyppi. Yhteensä 39 vaihtoehtoa kuun laskeutumisjärjestelmään kuuhun analysoitiin. Mukaan lukien projektin kustannusten lupaavimmat vaihtoehdot
Joukkue käytti integroitua lähestymistapaa aloitusmoduulien vaihtoehtoisten kokoonpanojen arviointiin analysoimalla optioita seulontamalleilla. Ensinnäkin asiantuntijat tunnistivat arkkitehtonisten ratkaisujen perusryhmän, mukaan lukien asennusmoduulin jokaisen vaiheen ja polttoainetyypin määrä.
Saadut tiedot tiivistettiin matemaattisten mallien muodossa, jonka avulla tiedemiehet tekivät kattavan numeerisen tutkimuksen järjestelmän rakentamista vaihtoehdoista, yhdistämällä erilaisia arkkitehtonisia ratkaisuja. Viimeisessä vaiheessa saadut ratkaisut analysoitiin ja edullisia vaihtoehtoja, jotka voisivat olla mielenkiintoisia Lunar Landing -moduulien suunnitteluun osallistuville.
Analyysi osoitti, että Apollo-istutusmoduulien tyyppisten kertakäyttöisten järjestelmien osalta menestyksekäs ratkaisu polttoaineen kokonaismassan näkökulmasta, avaruusaluksen kuivamassasta ja käynnistysarvo on kaksivaiheinen arkkitehtuuri . Kuitenkin uudelleenkäytettävistä aluksista, jotka on tarkoitus käyttää osana Artemis-ohjelmaa, yksivaiheiset ja kolmivaiheiset järjestelmät alkavat nopeasti kilpailla kahden vaiheen kanssa.
Kun otetaan huomioon kaikki artikkelissa esitetyt oletukset, voidaan väittää, että lyhytaikaisten Lunar-tehtävien ratkaisujen "ehdoton" johtaja on uudelleenkäytettävä yksivaiheinen moduuli nestemäisellä hapella ja nestemäisellä vetyllä (LOX / LH2). Kirjoittajat korostavat kuitenkin, että tämä on vain alustava analyysi, jossa tekijöitä, kuten miehistön turvallisuutta, operaation todennäköisyyttä sekä hankkeen hallinnan riskiä ei oteta huomioon. Näiden tekijöiden huomioon ottamiseksi tarvitaan yksityiskohtaisempaa simulointia ohjelman myöhemmissä vaiheissa.
KIR LATYSHEV toteaa, että Apollo-ohjelman osana NASA-insinöörit tekivät samanlaisen analyysin ja valitsivat kaksivaiheisen moduulin kokoonpanon. Kuitenkin tuolloin Lunar-ohjelma perustettiin pohjimmiltaan erilaiselle arkkitehtuurille, jossa ei ollut Lunar-orbitaalista asemaa, jossa Lunar-moduuli olisi mahdollista sijoittaa lentojen väliin. Tämä tarkoittaa, että kaikissa lennoilla oli tehtävä maasta käyttäen kertakäyttöisiä Lunar-moduuleja, eli uuden laitteen luominen jokaiselle tehtävälle. Lisäksi kuun orbitaalisen aseman puuttuessa kolmivaiheisen istutusjärjestelmän käyttö, jota pidetään aikamme, ei ole ollut mahdollista.
"Tutkimuksessa saimme mielenkiintoisen tuloksen: ja polttoaineita ja alhaisempia kustannuksia, jotka yleensä noudattavat konseptia, joka hyväksyttiin ohjelmassa "APOLLO". Mutta uudelleenkäytettävien moduulien käyttö muuttaa kaiken.
Vaikka yksittäiset ja kolmivaiheiset laitteet ylittävät edelleen kaksivaiheisen massansa mukaan, ne antavat meille mahdollisuuden käyttää toistuvasti suurimman osan massastaan (noin 70-100 prosenttia eikä 60, kuten kaksivaiheisen moduulien tapauksessa) varmistaen samalla Kustannussäästöt ja toimituskulut Uudet laitteet orbital asemaa kohti, mikä johtaa Lunar-ohjelman vähentämiseen kokonaisuutena ", Latyshev sanoo.
Se lisää, että miehitettyjen avaruusjärjestelmien suunnittelussa oleva tärkeä tekijä on miehistön turvallisuus, mutta tämän asian käsittely ylittää tutkimuskehyksen. "Turvallisuus on tärkeä tekijä, jolla laskeutumisjärjestelmän valinta riippuu. Monivaiheisten moduulien käyttö voi tarjota enemmän mahdollisuuksia miehistön turvalliseen palauttamiseen kuun orbitaaliseen asemaan hätätilanteessa, mikä on edullista erottaa monivaiheisen moduulin "Leader" - yksivaiheisesta järjestelmästämme.
Toisin kuin yksivaiheinen moduuli, kaksi- tai kolmivaiheinen järjestelmä mahdollistaa miehistön palauttamiseen sekä lentoonlähtömoduulin. Samalla on odotettavissa, että suuremman monimutkaisuuden vuoksi kaksi- ja kolmivaiheiset järjestelmät ovat korkeammat kuin teknisten vikojen riski verrattuna yksivaiheisiin järjestelmiin.
Toisin sanoen valinta täällä on jälleen epäselvä - jokaisella järjestelmällä on edut ja haitat ", lisää Latyshev. Tulevaisuudessa tutkijat aikovat laajentaa työnsä puitteita ja toteuttaa kattava tutkimus koko tutkimusinfrastruktuurin systeemisestä arkkitehtuurista, joka on olennainen osa kaikkia miehitettyjen avaruuslentojen ohjelmia kuuhun.
Lähde: Alasti tiede