Sebuah artikel yang menjelaskan hasil penelitian ini dipublikasikan di majalah Acta Astronautica. Sejak Desember 1972, kru kapal Apollo-17 kembali ke Bumi, kemanusiaan tidak berpisah dengan mimpi untuk mengunjungi bulan lagi. Pada 2017, pemerintah AS meluncurkan Program Artemis, tujuan yang merupakan penerbangan "wanita pertama dan orang berikutnya" di Kutub Selatan Bulan pada tahun 2024.
Dalam program Artemis, direncanakan untuk menggunakan platform orbital Lunar Gateway baru sebagai stasiun ruang angkasa permanen, dari mana modul yang dapat digunakan kembali akan memberikan astronot ke bulan. Implementasi konsep baru meminta pengembangan skema pendaratan baru yang optimal di permukaan Bulan. Saat ini, perusahaan swasta atas permintaan NASA sedang melakukan penelitian untuk menciptakan modul pendaratan yang dapat digunakan kembali, tetapi kemajuan dan hasil penelitian yang dilakukan belum dilaporkan.
Mahasiswa Siswa Skolteha Kir Latyshev, mahasiswa pascasarjana Nikola Garzaniti, Associate Professor Alessandro Garcar dan Profesor MIT Edward Crowley mengembangkan model matematika untuk menilai skema artemis yang paling menjanjikan. Dalam program sejarah "Apollo", misalnya, modul lunar digunakan dari langkah-langkah pendaratan dan lepas landas, yang melahirkan dua astronot ke bulan dan kembali ke kapal, meninggalkan langkah pendaratan di bulan.
Para peneliti melanjutkan dari asumsi bahwa platform Gateway Lunar akan berlokasi di orbit Halo yang hampir lurus di dekat Lagrange L2 Point - orbit ini adalah lokasi yang disukai dari stasiun yang memungkinkan para astronot mendarat di kutub selatan bulan. Para ilmuwan mensimulasikan varian di mana kru dalam empat astronot akan menghabiskan sekitar tujuh hari di bulan, memvariasikan jumlah langkah dan jenis bahan bakar. Secara total, 39 opsi untuk sistem pendaratan masa depan seseorang di bulan dianalisis. Termasuk perbandingan opsi yang paling menjanjikan dalam biaya proyek
Tim menggunakan pendekatan terintegrasi untuk penilaian konfigurasi alternatif modul pendaratan dengan menganalisis serangkaian opsi menggunakan model skrining. Pertama, para ahli mengidentifikasi serangkaian dasar solusi arsitektur, termasuk jumlah langkah dan jenis bahan bakar untuk setiap tahap modul pendaratan.
Data yang diperoleh dirangkum dalam bentuk model matematika, dengan bantuan ilmuwan yang melakukan studi numerik komprehensif tentang opsi untuk membangun sistem, menggabungkan berbagai solusi arsitektur. Pada tahap akhir, solusi yang diterima dianalisis dan pilihan yang disukai yang bisa menarik bagi mereka yang terlibat dalam desain modul lunar landing.
Analisis menunjukkan bahwa untuk sistem sekali pakai jenis modul penanaman Apollo, solusi paling sukses dari sudut pandang total massa bahan bakar, massa kering pesawat ruang angkasa dan nilai peluncuran akan menjadi arsitektur dua tahap. . Namun, untuk kapal-kapal yang dapat digunakan kembali, yang direncanakan akan digunakan sebagai bagian dari program Artemis, sistem tunggal dan tiga tahap dengan cepat mulai bersaing dengan dua tahap.
Mengingat semua asumsi yang dibuat dalam artikel, dapat dikatakan bahwa pemimpin "tanpa syarat" di antara solusi untuk misi lunar jangka pendek adalah modul tahap tunggal yang dapat digunakan kembali pada oksigen cair dan hidrogen cair (LOX / LH2). Namun, penulis menekankan bahwa ini hanya analisis pendahuluan, di mana faktor-faktor seperti keselamatan kru, kemungkinan misi, serta risiko manajemen proyek tidak diperhitungkan. Untuk memperhitungkan faktor-faktor ini, simulasi yang lebih rinci akan diperlukan pada tahap program selanjutnya.
Kir Latyshev mencatat bahwa, sebagai bagian dari program Apollo, insinyur NASA melakukan analisis yang sama dan memilih konfigurasi modul dua tahap. Namun, pada saat itu, program bulan dibangun pada arsitektur yang berbeda secara mendasar, di mana tidak ada stasiun orbital bulan, di mana dimungkinkan untuk menempatkan modul lunar dalam interval antara penerbangan. Ini berarti bahwa semua penerbangan harus tampil dari tanah menggunakan modul lunar sekali pakai, yaitu membuat peralatan baru untuk setiap misi. Selain itu, dengan tidak adanya stasiun orbital bulan, penggunaan sistem tanam tiga langkah, yang dipertimbangkan dalam waktu kita, belum mungkin.
"Dalam penelitian ini, kami menerima hasil yang menarik: jika kami mempertimbangkan perangkat sekali pakai, ternyata bahkan dengan stasiun orbital, Anda dapat membuat modul pendaratan dua langkah (modul serupa" Apollo ") dengan massa aparatur yang lebih kecil Dan bahan bakar dan biaya lebih rendah, yang umumnya sesuai dengan konsep, diadopsi dalam program "Apollo". Tetapi penggunaan modul yang dapat digunakan kembali mengubah segalanya.
Meskipun perangkat tunggal dan tiga tahap masih melebihi dua tahap dengan massa mereka, mereka memungkinkan kami untuk berulang kali menggunakan sebagian besar massa mereka (sekitar 70-100 persen, dan bukan 60, seperti dalam kasus modul dua tahap), sambil memastikan Penghematan biaya dan pengiriman biaya perangkat baru per stasiun orbital, yang mengarah pada pengurangan program bulan secara keseluruhan, "kata Latyshev.
Ini menambah bahwa faktor penting dalam desain sistem ruang berawak adalah keamanan kru, tetapi pertimbangan masalah ini melampaui kerangka penelitian. "Keamanan adalah faktor penting di mana pilihan skema pendaratan tergantung. Penggunaan modul bertingkat dapat memberikan lebih banyak peluang bagi pengembalian kru yang aman ke stasiun Orbital Lunar jika terjadi keadaan darurat, yang menguntungkan dibedakan oleh modul multi-tahap dari sistem "pemimpin" kami.
Tidak seperti modul panggung tunggal, sistem dua atau tiga tahap memungkinkan Anda untuk digunakan untuk mengembalikan kru modul lepas landas dan pendaratan. Pada saat yang sama, diharapkan bahwa, karena kompleksitas yang lebih besar, sistem dua dan tiga tahap akan lebih tinggi daripada risiko kegagalan teknis dibandingkan dengan sistem satu tahap.
Artinya, pilihan di sini sekali lagi ambigu - setiap skema memiliki kelebihan dan kekurangannya, "tambah Latyshev. Di masa depan, para ilmuwan berencana untuk memperluas kerangka kerja mereka dan melakukan studi komprehensif tentang arsitektur sistemik dari seluruh infrastruktur penelitian, yang merupakan bagian integral dari semua program yang menjanjikan untuk penerbangan ruang berawak ke bulan.
Sumber: Ilmu telanjang