Članek, ki opisuje rezultate študije, je bil objavljen v reviji Acta Astronautica. Od decembra 1972 se je posadka Apollo-17 ladje vrnila na zemljo, človeštvo ne del sanj, da ponovno obišče luno. V letu 2017 je ameriška vlada začela program ARTEMIS, katerega namen je letenje "prve ženske in naslednjega človeka" na južnem polu lune do leta 2024.
V programu ARTEMIS, je načrtovana za uporabo novega Lunarnega prehoda Orbitalna platforma kot stalno vesoljsko postajo, od koder bodo moduli za večkratno uporabo dostavili astronavtom na Luno. Izvajanje novega koncepta je zahtevalo razvoj novih optimalnih shem iztovarjanja na površini Lune. Danes zasebna podjetja na zahtevo NASA izvajajo raziskave za ustvarjanje novih modulov iztovarjanja na večkratno uporabo, vendar še niso poročali o napredku in rezultatih izvedenih študij.
Magistrski študent Skolteha Kir Latyshev, diplomant Študent Nikola Garzaniti, izredni profesor Alessandro Garcar in profesor Mit Edward Crowley razvil matematične modele za oceno najbolj obetavnih shem iztovarjanja za program ARTEMIS. V zgodovinskem programu "Apollo", na primer, je bil uporabljen lunarni modul iz pristajalnih in vzletnim korakom, ki je dal dva astronavta na Luno in nazaj na ladjo, kar je zapustilo stopnjo pristanka na luni.
Raziskovalci so izhajali iz predpostavke, da se bo platforma Lunar Gateway nahajala na skoraj liniji Halo Orbit blizu Lagrange L2 točke - ta orbit je danes prednostna lokacija postaje, ki omogoča, da astronavt pristanek na južnem polmeru Lune. Znanstveniki si je simuliral varianto, v kateri bo posadka v štirih astronavtih porabila približno sedem dni na Luni, ki je spreminjala število korakov in vrste goriva. Skupaj je bilo analiziranih 39 možnosti za prihodnji sistem iztovarjanja Oseba na Luni. Vključitev primerjave najbolj obetavnih možnosti v stroških projekta
Ekipa je uporabila celovit pristop k oceni alternativnih konfiguracij pristajalnih modulov z analizom niza opcij z uporabo presejalnih modelov. Prvič, strokovnjaki so opredelili osnovni niz arhitekturnih rešitev, vključno s številom korakov in vrste goriva za vsako stopnjo modula iztovarjanja.
Pridobljeni podatki so bili povzeti v obliki matematičnih modelov, s pomočjo katerih znanstveniki so izvedli celovito numerično študijo možnosti za izgradnjo sistema, ki združuje različne arhitekturne rešitve. V zaključni fazi so bile prejeti rešitve analizirane in prednostne možnosti, ki bi lahko bile zanimive za tiste, ki so vključeni v zasnovo modulov lunarnih pristanka.
Analiza je pokazala, da je za sisteme za enkratno uporabo vrste sadilnih modulov Apollo, najuspešnejša rešitev z vidika skupne mase goriva, suha mase vesoljskega plovila in vrednost za zagon bo dvostopenjska arhitektura . Vendar pa za ladje, ki jih je mogoče ponovno uporabiti, ki se načrtujejo, da se uporabljajo kot del programa ARTEMIS, enostopenjske in tristopenjske sisteme hitro začnejo tekmujejo z dvema stopnjama.
Glede na vse predpostavke iz ćlena, je mogoče trditi, da je "brezpogojni" vodja med rešitvami za kratkoročne lunarne misije, ki jih je mogoče ponovno uporabiti enostopenjski modul na tekoče kisika in tekoči vodik (lox / lH2). Vendar pa avtorji poudarjajo, da je to le predhodna analiza, v kateri dejavniki, kot so varnost posadke, verjetnost misije, kot tudi tveganja projektnega vodenja, se ne upoštevajo. Zaradi teh dejavnikov bo potrebna podrobnejša simulacija na naslednjih fazah programa.
Kir Latyshev ugotavlja, da je kot del programa Apollo, inženirji NASA izvedli podobno analizo in izbral dvostopenjsko konfiguracijo modula. Vendar pa je bil takrat, Lunar program je bil zgrajen na bistveno različnih arhitekturi, v kateri ni bilo lunarnih orbitalnih postaje, kjer bi bilo mogoče postaviti lunarni modul v interval med leti. To pomeni, da so vsi leti morali izvesti iz tal, ki uporabljajo lunarni moduli za enkratno uporabo, to je ustvarjanje nove naprave za vsako misijo. Poleg tega, v odsotnosti lunarne orbitalne postaje, uporaba tristopenjskega sajenja sistema, ki se obravnava v našem času, ni bilo mogoče.
"V študiji smo prejeli zanimiv rezultat: če upoštevamo naprave za enkratno uporabo, se izkaže, da tudi z orbitalno postajo, lahko ustvarite dvostopenjski modul za pristanek (podoben modul" Apollo ") z manjšo maso aparata in gorivo in nižje stroške, ki na splošno izpolnjujejo koncept, sprejeti v programu "Apollo". Toda uporaba modulov za večkratno uporabo spremeni vse.
Čeprav enotne in tristopenjske naprave še vedno presegajo dvostopenjsko po masi, nam omogočajo, da večkrat uporabljamo večino svojih množic (približno 70-100 odstotkov in ne 60, kot v primeru dvostopenjskih modulov), hkrati pa zagotoviti Prihranki pri stroških in stroški dostave Nove naprave na Orbitalno postajo, ki vodi do zmanjšanja lunarnega programa kot celote, «pravi Latyshev.
Dodaja, da je pomemben dejavnik pri oblikovanju vesoljskih sistemov posadke, varnost posadke, vendar upoštevanje tega vprašanja presega okvir za raziskave. "Varnost je pomemben dejavnik, na katerem je odvisna izbira sheme iztovarjanja. Uporaba večstopenjskih modulov lahko zagotovi več priložnosti za varno vrnitev posadke na lunarno orbitalno postajo v nujnih primerih, kar je ugodno, ki ga odlikuje večstopenjski modul iz našega "vodje" - enostopenjski sistem.
Za razliko od enega faza modula, dvo-ali tristopenjski sistem vam omogoča, da uporabite za vrnitev posadke tako vzlet in modul pristankov. Hkrati se pričakuje, da bo zaradi večje kompleksnosti, dvo- in tristopenjske sisteme višje od tveganja tehničnih napak v primerjavi z enostopenjskimi sistemi.
To pomeni, da je izbira tukaj spet dvoumna - vsaka shema ima svoje prednosti in slabosti, "dodaja Latyshev. V prihodnosti znanstveniki nameravajo razširiti okvir svojega dela in izvajati celovito študijo sistemske arhitekture celotne raziskovalne infrastrukture, ki je sestavni del vseh obetavnih programov za vse late za vesoljske polete na Luno.
Vir: Naked Science