Artykuł opisujący wyniki badania zostało opublikowane w magazynie ACTA Astronauty. Od grudnia 1972 r. Załoga statku Apollo-17 wróciła do Ziemi, ludzkość nie rozstaje się ze snem, aby ponownie odwiedzić księżyc. W 2017 r. Rząd USA uruchomił program Artemis, którego celem jest lot "pierwszej kobiety i następnego człowieka" na południowym biegunie księżyca do 2024 roku.
W programie Artemis planuje wykorzystać nową platformę Księżycową orbitalną Lunar Gateway jako stałą stacji kosmicznej, skąd moduły wielokrotnego użytku dostarczą astronautów na księżyc. Wdrożenie nowej koncepcji wymagała rozwój nowych optymalnych schematów lądowania na powierzchni księżyca. Obecnie prywatne firmy na wniosek NASA prowadzą badania w celu stworzenia nowych modułów lądowania wielokrotnego użytku, ale postępy i wyniki przeprowadzonych badań nie zostały jeszcze zgłoszone.
Student Mistrza Skolteha Kir Latyshev, absolwentka Nikola Garzaniti, profesor nadzwyczajny Alessandro Garcar i profesor Mit Edward Crowley opracował modele matematyczne, aby ocenić najbardziej obiecujące schematy lądowania programu Artemis. W programie historycznym "Apollo", na przykład moduł księżycowy był używany z etapów lądowania i zdejmowania, co dostarczył dwóch astronautów na księżyc iz powrotem do statku, pozostawiając krok lądowania na Księżycu.
Naukowcy przystąpili z założenia, że platforma bramy Lunar Gateway znajdą się na prawie prostej orbicie halo w pobliżu Lagange L2 Point - Ta orbit jest obecnie preferowaną lokalizacją stacji, która umożliwia lądowanie astronauta na południowym biegunie księżyca. Naukowcy symulowali wariant, w którym załoga w czterech astronautów wyda około siedmiu dni na Księżycu, zmieniając liczbę kroków i rodzaju paliwa. W sumie przeanalizowano 39 opcji przyszłego systemu lądowania osobę na Księżycu. W tym porównanie najbardziej obiecujących opcji w kosztach projektu
Zespół wykorzystał zintegrowane podejście do oceny alternatywnych konfiguracji modułów lądowania, analizując zestaw opcji przy użyciu modeli badań przesiewowych. Po pierwsze, eksperci zidentyfikowali podstawowy zestaw rozwiązań architektonicznych, w tym liczbę kroków i rodzaju paliwa dla każdego etapu modułu lądowania.
Uzyskane dane zostały podsumowane w postaci modeli matematycznych, przy czym pomoc naukowcy przeprowadzili kompleksowe badanie numeryczne opcji budowania systemu, łącząc różne rozwiązania architektoniczne. Na ostatnim etapie przeanalizowano otrzymane rozwiązania i preferowane opcje, które mogą być interesujące dla osób zaangażowanych w projektowanie modułów lądowania księżycowego.
Analiza wykazała, że do jednorazowych systemów rodzaju modułów sadzenia Apollo, najbardziej udanego roztworu z punktu widzenia całkowitej masy paliwa, suchej masy statku kosmicznego i wartość uruchomienia będzie architekturą dwustopniową . Jednak w przypadku statków wielokrotnego użytku, które planowane są stosowane w ramach programu Artemis, Szybko Szybko etapowe, szybko zaczynają konkurować z dwustopniowym.
Biorąc pod uwagę wszystkie założenia dokonane w artykule, można argumentować, że "bezwarunkowy" lider wśród rozwiązań krótkoterminowych misji księżycowych jest wielokrotnego użytku jednorazowego modułu na tlen ciekłego i ciekłego wodoru (LOX / LH2). Jednak autorzy podkreślają, że jest to tylko wstępna analiza, w której czynnikach, takich jak bezpieczeństwo załogi, prawdopodobieństwo misji, a także ryzyko zarządzania projektami nie są uwzględniane. Aby uwzględnić te czynniki, będzie wymagana bardziej szczegółowa symulacja na kolejnych etapach programu.
Kir Latyshev zauważa, że jako część programu Apollo inżynierowie przeprowadzili podobną analizę i wybrali dwustopniową konfigurację modułu. Jednak w tym czasie program Księżycowy został zbudowany na zasadniczo innej architekturze, w której nie było księżycowej stacji orbitalnej, gdzie byłoby możliwe umieszczenie modułu księżycowego w przedziale między lotami. Oznacza to, że wszystkie loty musiały działać z ziemi za pomocą jednorazowych modułów księżycowych, czyli, tworząc nowe urządzenie dla każdej misji. Ponadto, w przypadku braku księżycowej stacji orbitalnej, użycie trójpokastego systemu sadzenia, które jest rozpatrywane w naszym czasie, nie było możliwe.
"W badaniu otrzymaliśmy interesujący wynik: Jeśli rozważymy jednorazowe urządzenia, okazuje się, że nawet za pomocą stacji orbitalnej można utworzyć dwukierunkowy moduł docelowy (podobny moduł" Apollo ") z mniejszą masą aparatu oraz koszty paliwa i niższe, które ogólnie są zgodne z koncepcją, przyjętą w programie "Apollo". Ale korzystanie z modułów wielokrotnego użytku zmienia wszystko.
Chociaż urządzenia pojedyncze i trójstopniowe nadal przekraczają dwustopniowe przez ich masę, pozwalają nam wielokrotnie używać większości ich mas (około 70-100 procent, a nie 60, jak w przypadku modułów dwustopniowych), przy jednoczesnym zapewnieniu Oszczędności i dostawy kosztuje nowe urządzenia na stację orbitalną, co prowadzi do redukcji programu księżycowego jako całości "- mówi Latyshev.
Dodaje, że ważnym czynnikiem w projektowaniu systemów pomostowych jest bezpieczeństwo załogi, ale rozważanie tej kwestii wykracza poza ramy badawcze. "Bezpieczeństwo jest ważnym czynnikiem, na którym zależy wybór schematu lądowania. Wykorzystanie modułów wieloetapowych może zapewnić większe możliwości zapewnienia bezpiecznego powrotu załogi do stacji orbitalnej księżycowej w przypadku awaryjnego, który jest korzystny wyróżniający się modułem wieloetapowym z naszego "lidera" - jednorazowego systemu.
W przeciwieństwie do modułu jednoponiętego, układ dwustopniowy umożliwia użytkowanie, aby zwrócić załogi zarówno moduł startu i lądowania. Jednocześnie oczekuje się, że ze względu na większą złożoność, dwu- i trójstopniowe systemy będą wyższe niż ryzyko awarii technicznych w porównaniu z systemami jednorazowych.
Oznacza to, że wybór jest ponownie niejednoznaczny - każdy schemat ma swoje zalety i wady, "dodaje Latysheva. W przyszłości naukowcy planują rozszerzyć ramy swojej pracy i przeprowadzać kompleksowe badanie architektury ogólnoustrojowej całej infrastruktury badawczej, która jest integralną częścią wszystkich obiecujących programów do załogowych lotów kosmicznych do Księżyca.
Źródło: Naked Science