En artikkel som beskriver resultatene av studien ble publisert i Acta Astronautica-magasinet. Siden i desember 1972 kom besetningen til Apollo-17-skipet tilbake til jorden, menneskeheten del ikke med drømmen om å besøke månen igjen. I 2017 lanserte amerikanske regjeringen Artemis-programmet, som formålet er flyet av den "første kvinnen og den neste mannen" på Månens sørpole i 2024.
I Artemis-programmet er det planlagt å bruke den nye Lunar Gateways Lunar Orbital Platform som en permanent romstasjon, hvor de gjenbrukbare modulene vil levere astronauter til månen. Gjennomføringen av det nye konseptet ba om utviklingen av nye optimale landingsordninger på månens overflate. I dag gjennomfører private selskaper på forespørsel fra NASA forskning for å skape nye gjenbrukbare landingsmoduler, men fremdriften og resultatene av de gjennomførte studiene er ennå ikke rapportert.
Masterstudent Skolteha Kir Latyshev, Graduate Student Nikola Garzaniti, Lektor Alessandro Garcar og professor Mit Edward Crowley utviklet matematiske modeller for å vurdere de mest lovende landingsordningene for Artemis-programmet. I det historiske programmet "Apollo", for eksempel, ble en månemodul brukt fra landings- og startstrinnene, som leverte to astronauter til månen og tilbake til skipet, og forlot landingsstrinnet på månen.
Forskere fortsatte fra antagelsen om at Lunar Gateway-plattformen vil være lokalisert på en nesten rettlinjehals-bane i nærheten av LaGrange L2-punkt - denne bane i dag er den foretrukne plasseringen av stasjonen som gjør at astronauten lander på den sørlige polen på månen. Forskere simulerte en variant der mannskapet i fire astronauter vil tilbringe omtrent syv dager på månen, varierer antall trinn og drivstofftype. Totalt ble 39 opsjoner for det fremtidige systemet for landing en person på månen analysert. Inkludert en sammenligning av de mest lovende alternativene i prosjektkostnaden
Teamet brukte en integrert tilnærming til vurderingen av alternative konfigurasjoner av landingsmoduler ved å analysere settet av alternativer ved hjelp av screening modeller. For det første identifiserte eksperter et grunnleggende sett med arkitektoniske løsninger, inkludert antall trinn og drivstofftype for hvert trinn i landingsmodulen.
De oppnådde dataene ble oppsummert i form av matematiske modeller, ved hjelp av hvilke forskere gjennomført en omfattende numerisk studie av opsjonene for å bygge et system, kombinere ulike arkitektoniske løsninger. På den endelige fasen ble de mottatte løsningene analysert og foretrukne alternativer som kunne være interessante for de som var involvert i design av månelandingsmoduler.
Analysen viste at for disponible systemer av typen plantemoduler Apollo, den mest vellykkede løsningen fra synspunktet for den totale masse av drivstoffet, vil tørrmassen av romfartøyet og lanseringsverdien være en to-trinns arkitektur . For gjenbrukbare skip, som er planlagt å bli brukt som en del av Artemis-programmet, begynner enkeltstrinn og tre-trinns systemer raskt å konkurrere med to-trinns.
Gitt alle forutsetningene i artikkelen, kan det hevdes at den "ubetingede" lederen blant løsninger for kortsiktige månens oppdrag er en gjenbrukbar enkelttrinnsmodul på flytende oksygen og flytende hydrogen (LOX / LH2). Forfatterne understreker imidlertid at dette bare er en foreløpig analyse, hvorfra faktorer som besetningssikkerheten, sannsynligheten for oppdraget, samt risikoen for prosjektledelsen ikke tas i betraktning. For å ta hensyn til disse faktorene, vil det være mer detaljert simulering på de påfølgende stadiene av programmet.
Kir Latyshev bemerker at NASA-ingeniører som en del av Apollo-programmet gjennomførte en lignende analyse og valgte den to-trinns modulkonfigurasjonen. På den tiden ble Lunar-programmet på den tiden bygget på en fundamentalt annen arkitektur, der det ikke var noen månens orbitalstasjon, hvor det ville være mulig å plassere månemodulen i intervallet mellom flyreiser. Dette betyr at alle flyreiser måtte utføre fra bakken ved hjelp av engangs månemoduler, det vil si, noe som skaper et nytt apparat for hvert oppdrag. I tillegg, i fravær av en månens orbitalstasjon, har bruken av et tre-trinns plantesystem, som vurderes i vår tid, ikke vært mulig.
"I studien fikk vi et interessant resultat: Hvis vi vurderer engangsutstyr, viser det seg at selv med orbitalstasjonen, kan du lage en to-trinns landingsmodul (lignende modul" Apollo ") med en mindre masse av apparatet og drivstoff og lavere kostnader, som generelt oppfyller konseptet, vedtatt i programmet "Apollo". Men bruken av gjenbrukbare moduler endrer alt.
Selv om enkelt- og tre-trinns enheter fortsatt overstiger to-trinns av deres masse, tillater de oss å gjentatte ganger bruke de fleste av sine masser (ca 70-100 prosent, og ikke 60, som i tilfelle av to-trinns moduler), samtidig som de sikres Kostnadsbesparelser og leveringskostnader nye enheter per orbitalstasjon, som fører til reduksjon av månesprogrammet som helhet, sier Latyshev.
Det legger til at en viktig faktor i utformingen av bemannede romsystemer er sikkerheten til mannskapet, men vurderingen av dette problemet går utover forskningsrammen. "Sikkerhet er en viktig faktor som valget av landingsordningen avhenger av. Bruken av flerstasjonsmoduler kan gi flere muligheter for en sikker retur av mannskapet til månens orbitalstasjon i nødstilfeller, noe som er fordelaktig preget av en multi-trinns modul fra vår "leder" - enkelt-trinns system.
I motsetning til en enkelt-trinns modul kan et to- eller tre-trinns system du kan bruke til å returnere mannskapet både start- og landingsmodul. Samtidig forventes det at, på grunn av større kompleksitet, vil to- og tre-trinns systemer være høyere enn risikoen for tekniske feil sammenlignet med enkelt-trinns systemer.
Det vil si at valget her er igjen tvetydig - hver ordning har sine fordeler og ulemper, sier Latyshev. I fremtiden planlegger forskerne å utvide rammen av sitt arbeid og gjennomføre en omfattende studie av den systemiske arkitekturen til hele forskningsinfrastrukturen, som er en integrert del av alle lovende programmer for bemannede romflyvninger til månen.
Kilde: Naked Science