Um artigo descrevendo os resultados do estudo foi publicado na revista Acta Astronautica. Desde em dezembro de 1972, a tripulação do navio Apollo-17 retornou à Terra, a humanidade não se separa do sonho de visitar a Lua novamente. Em 2017, o governo dos EUA lançou o programa Artemis, cujo objetivo é o vôo da "primeira mulher e do próximo homem" no pólo sul da lua até 2024.
No programa Artemis, é planejado usar a nova plataforma orbital lunar da Lunar como uma estação espacial permanente, de onde os módulos reutilizáveis entregarão as astronautas para a lua. A implementação do novo conceito solicitou ao desenvolvimento de novos esquemas de pouso ideais na superfície da lua. Hoje, as empresas privadas sobre o pedido da NASA estão realizando pesquisas para criar novos módulos de pouso reutilizáveis, mas o progresso e os resultados dos estudos conduzidos ainda não foram relatados.
Estudante de Mestrado Skolteha Kir Latyshev, estudante de pós-graduação Nikola Garzaniti, professor associado Alessandro Garcar e Professor Mit Edward Crowley desenvolveram modelos matemáticos para avaliar os esquemas de pouso mais promissores para o programa Artemis. No programa histórico "Apollo", por exemplo, um módulo lunar foi usado a partir do pouso e passos de decolagem, que entregou dois astronautas para a lua e de volta ao navio, deixando o passo de pouso na lua.
Pesquisadores prosseguiram da suposição de que a plataforma Lunar Gateway estará localizada em uma órbita de halo quase direto perto de Lagrange L2 Point - esta órbita hoje é a localização preferida da estação que permite o desembarque do astronauta no pólo sul da lua. Os cientistas simularam uma variante em que a tripulação em quatro astronautas passará cerca de sete dias na lua, variando o número de etapas e o tipo de combustível. No total, 39 opções para o sistema futuro de pousar uma pessoa na lua foram analisadas. Incluindo uma comparação das opções mais promissoras do custo do projeto
A equipe usou uma abordagem integrada para a avaliação de configurações alternativas de módulos de pouso, analisando o conjunto de opções usando modelos de triagem. Primeiro, os especialistas identificaram um conjunto básico de soluções arquitetônicas, incluindo o número de etapas e tipo de combustível para cada etapa do módulo de pouso.
Os dados obtidos foram resumidos na forma de modelos matemáticos, com a ajuda da qual os cientistas realizaram um estudo numérico abrangente das opções de construção de um sistema, combinando várias soluções arquitetônicas. Na fase final, as soluções recebidas foram analisadas e opções preferidas que poderiam ser interessantes para aqueles envolvidos no projeto de módulos de pouso lunar.
A análise mostrou que, para os sistemas descartáveis do tipo de plantio de módulos Apollo, a solução mais bem-sucedida do ponto de vista da massa total do combustível, a massa seca da espaçonave e o valor de lançamento será uma arquitetura de dois estágios . No entanto, para navios reutilizáveis, que são planejados para serem usados como parte do programa Artemis, sistemas de estágio único e três estágios começam rapidamente a competir com dois estágios.
Dadas todas as suposições feitas no artigo, pode-se argumentar que o líder "incondicional" entre soluções para missões lunares de curto prazo é um módulo de estágio único reutilizável sobre oxigênio líquido e hidrogênio líquido (LOX / LH2). No entanto, os autores enfatizam que esta é apenas uma análise preliminar, na qual fatores como a segurança da tripulação, a probabilidade de a missão, bem como os riscos de gerenciamento de projetos não são levados em conta. Para explicar esses fatores, será necessária uma simulação mais detalhada nos estágios subseqüentes do programa.
Kir Latyshev observa que, como parte do programa Apollo, os engenheiros da NASA realizaram uma análise semelhante e escolheram a configuração do módulo de duas etapas. No entanto, naquela época, o programa lunar foi construído sobre uma arquitetura fundamentalmente diferente, na qual não havia uma estação orbital lunar, onde seria possível colocar o módulo lunar no intervalo entre vôos. Isso significa que todos os vôos tiveram que se apresentar a partir do solo usando módulos lunares descartáveis, isto é, criando um novo aparelho para cada missão. Além disso, na ausência de uma estação orbital lunar, o uso de um sistema de plantio de três etapas, que é considerado em nosso tempo, não foi possível.
"No estudo, recebemos um resultado interessante: Se considerarmos dispositivos descartáveis, ele acaba sendo com a estação orbital, você pode criar um módulo de pouso de duas etapas (módulo similar" Apollo ") com uma massa menor do aparelho e custos de combustível e menores, que geralmente estão em conformidade com o conceito, adotado no programa "Apollo". Mas o uso de módulos reutilizáveis muda tudo.
Embora dispositivos únicos e de três estágios ainda excedam duas etapas por sua massa, eles nos permitem usar repetidamente a maioria de suas massas (aproximadamente 70-100%, e não 60, como no caso de módulos de dois estágios), Poupança de custos e entrega custa novos dispositivos por estação orbital, que leva à redução do programa lunar como um todo ", diz Latyshev.
Acrescenta que um fator importante no design de sistemas espaciais tripulados é a segurança da tripulação, mas a consideração desta questão vai além do quadro de pesquisa. "A segurança é um fator importante sobre o qual a escolha do regime de pouso depende. O uso de módulos multistagos pode proporcionar mais oportunidades para um retorno seguro da tripulação à estação orbital lunar em caso de emergência, que é vantajosa distinta por um módulo multi-estágio do nosso sistema "líder" - Sistema de estágio único.
Ao contrário de um módulo de estágio único, um sistema de dois ou três estágios permite que você use para retornar a tripulação ambos o módulo de decolagem e pouso. Ao mesmo tempo, espera-se que, devido a maior complexidade, sistemas de dois e três estágios seja maior do que o risco de falhas técnicas em comparação com sistemas de estágio único.
Ou seja, a escolha aqui é novamente ambíguo - cada esquema tem suas vantagens e desvantagens ", acrescenta latyshev. No futuro, os cientistas planejam expandir o quadro de seu trabalho e conduzir um estudo abrangente da arquitetura sistêmica de toda a infraestrutura de pesquisa, que é parte integrante de todos os programas promissores para vôos espaciais tripulados para a lua.
Fonte: Ciência nua