Een artikel dat de resultaten van het onderzoek beschrijft, werd gepubliceerd in het Acta Astronautica-magazine. Sinds in december 1972 keerde de bemanning van het Apollo-17-schip terug naar de aarde, de mensheid maakt niet deel aan de droom om de maan weer te bezoeken. In 2017 lanceerde de Amerikaanse regering het Artemis-programma, waarvan het doel de vlucht is van de "eerste vrouw en de volgende man" op de zuidpool van de maan tegen 2024.
In Artemis-programma is het gepland om het nieuwe Lunar Orbital-platform van de Lunar Gateway als een permanent ruimtestation te gebruiken, vanwaar de herbruikbare modules astronauten aan de maan zullen leveren. De implementatie van het nieuwe concept vroeg de ontwikkeling van nieuwe optimale landingsschema's op het oppervlak van de maan. Tegenwoordig voeren particuliere bedrijven op verzoek van NASA onderzoek om nieuwe herbruikbare landingsmodules te creëren, maar de voortgang en de resultaten van de uitgevoerde studies zijn nog niet gemeld.
Masterstudent Skolteha Kir Latyshev, Graduate Student Nikola Garzaniti, Associate Professor Alessandro Garcar en Professor Mit Edward Crowley ontwikkelde wiskundige modellen om de meest veelbelovende landingsschema's voor het Artemis-programma te beoordelen. In het historische programma "Apollo" werd bijvoorbeeld een maanmodule gebruikt van de landings- en startstappen, die twee astronauten aan de maan en terug naar het schip leverden, waardoor de landingstap op de maan verliet.
Onderzoekers kwamen voort uit de veronderstelling dat het Lunar Gateway-platform zich op een bijna rechte halo-baan bevindt in de buurt van Lagrange L2-punt - deze baan is de voorkeurslocatie van het station waarmee de astronaut die op de zuidelijke paal van de maan toestaat. Wetenschappers simuleerden een variant waarin de bemanning in vier astronauten ongeveer zeven dagen op de maan zal doorbrengen, variërend van het aantal stappen en brandstoftype. In totaal werden 39 opties voor het toekomstige systeem van het landen van een persoon op de maan geanalyseerd. Inclusief een vergelijking van de meest veelbelovende opties in de projectkosten
Het team gebruikte een geïntegreerde benadering van de beoordeling van alternatieve configuraties van landingsmodules door de reeks opties te analyseren met behulp van screeningmodellen. Ten eerste identificeerden deskundigen een basisreeks van architecturale oplossingen, waaronder het aantal stappen en brandstoftype voor elke fase van de landingsmodule.
De verkregen gegevens werden samengevat in de vorm van wiskundige modellen, met behulp van welke wetenschappers een uitgebreide numerieke studie hebben uitgevoerd van de opties voor het bouwen van een systeem, waarbij verschillende architecturale oplossingen worden gecombineerd. In de laatste fase werden de ontvangen oplossingen geanalyseerd en geprefereerde opties die interessant kunnen zijn voor degenen die betrokken zijn bij het ontwerp van maanlandingsmodules.
De analyse toonde aan dat voor de wegwerpsystemen van het type aanplantingsmodules Apollo, de meest succesvolle oplossing vanuit het oogpunt van de totale massa van de brandstof, de droge massa van het ruimtevaartuig en de lanceringswaarde een tweetraps architectuur zijn . Voor herbruikbare schepen, die gepland zijn om te worden gebruikt als onderdeel van het Artemis-programma, beginnen enkele fase en drie-fases-systemen snel te concurreren met een tweetraps.
Gezien alle aannames in het artikel, kan worden betoogd dat de "onvoorwaardelijke" leider bij oplossingen voor korte-termijn maanmissies een herbruikbare eentrapsmodule op vloeibare zuurstof en vloeibare waterstof (LOX / LH2) is. De auteurs benadrukken echter dat dit slechts een voorlopige analyse is, waarbij factoren zoals de veiligheid van de bemanning, de waarschijnlijkheid van de missie, evenals de risico's van projectbeheer niet in aanmerking worden genomen. Om rekening te houden met deze factoren, is meer gedetailleerde simulatie vereist in de daaropvolgende stadia van het programma.
KIR LATYSHEP merkt op dat NASA-ingenieurs, als onderdeel van het APOLLO-programma, een vergelijkbare analyse uitgevoerd en de configuratie van de tweetraps-module koos. In die tijd werd het Lunar-programma echter gebouwd op een fundamenteel verschillende architectuur, waarin er geen maan-orbitale station was, waar het mogelijk zou zijn om de maanmodule in het interval tussen vluchten te plaatsen. Dit betekent dat alle vluchten van de grond moesten uitvoeren met behulp van wegwerpige maanmodules, dat wil zeggen, het creëren van een nieuw apparaat voor elke missie. Bovendien, bij afwezigheid van een Lunar Orbital Station, is het gebruik van een plantsysteem met drie stappen, dat in onze tijd wordt overwogen, niet mogelijk geweest.
"In de studie hebben we een interessant resultaat ontvangen: als we beschouwen als we beschouwen, blijkt dat, zelfs met het orbitale station, u een tweestaps landingsmodule kunt maken (vergelijkbare module" Apollo ") met een kleinere massa van het apparaat en brandstof en lagere kosten, die in het algemeen voldoet aan het concept, aangenomen in het programma "Apollo". Maar het gebruik van herbruikbare modules verandert alles.
Hoewel single en three-fase-apparaten nog steeds hoger zijn dan de massa, kunnen we ons herhaaldelijk gebruik maken van de meeste van hun massa's (ongeveer 70-100 procent en niet 60, zoals in het geval van twee-fase-modules), terwijl ze ervoor zorgen Kostenbesparingen en bezorgkosten Nieuwe apparaten per orbitale station, dat leidt tot de vermindering van het maanprogramma als geheel ", zegt LatyShev.
Het voegt eraan toe dat een belangrijke factor in het ontwerp van bemande ruimtesystemen de veiligheid van de bemanning is, maar de overweging van dit probleem gaat verder dan het onderzoekskader. "Beveiliging is een belangrijke factor waarop de keuze van het landingsschema afhangt. Het gebruik van multistagemodules kan meer kansen bieden voor een veilige terugkeer van de bemanning tot het maanstandaard in het geval van nood, die voordelig is onderscheiden door een multi-fase-module uit onze "leider" - Single-Stage-systeem.
In tegenstelling tot een single-fase-module, kunt u een twee- of drie-fase-systeem gebruiken om de bemanning zowel start- en landingsmodule terug te geven. Tegelijkertijd wordt verwacht dat, als gevolg van een grotere complexiteit, twee- en drietraps-systemen hoger zullen zijn dan het risico van technische storingen in vergelijking met systemen met één fase.
Dat wil zeggen, de keuze hier is weer dubbelzinnig - elke regeling heeft zijn voor- en nadelen, "voegt Latyshev toe. In de toekomst zijn wetenschappers van plan het kader van hun werk uit te breiden en een uitgebreide studie uit te voeren van de systemische architectuur van de gehele onderzoeksinfrastructuur, die een integraal onderdeel is van alle veelbelovende programma's voor bemande ruimtevluchten naar de maan.
Bron: Naked Science