En artikel som beskriver resultaten av studien publicerades i Acta Astronautica-tidningen. Sedan i december 1972 återvände besättningen av Apollo-17-fartyget till jorden, mänskligheten inte med drömmen att besöka månen igen. År 2017 lanserade den amerikanska regeringen Artemis-programmet, vars syfte är flyget av den "första kvinnan och nästa man" på månens södra pol vid 2024.
I Artemis-programmet är det planerat att använda den nya Lunar Gateway's Lunar Orbital-plattform som en permanent rymdstation, varifrån de återanvändbara modulerna kommer att leverera astronauter till månen. Genomförandet av det nya konceptet begärde utvecklingen av nya optimala landningssystem på månens yta. Idag bedriver privata företag på begäran av NASA forskning för att skapa nya återanvändbara landningsmoduler, men framstegen och resultaten av de genomförda studierna har ännu inte rapporterats.
Magisters student Skolteha Kir Latyshev, doktorand Nikola Garzaniti, docent Alessandro Garcar och professor Mit Edward Crowley utvecklade matematiska modeller för att bedöma de mest lovande landningssystemen för Artemis-programmet. I det historiska programmet "Apollo", till exempel, användes en månmodul från landnings- och startstegen, som levererade två astronauter till månen och tillbaka till skeppet och lämnade landningssteget på månen.
Forskare fortsatte från antagandet att Lunar Gateway-plattformen kommer att ligga på en nästan raklinjestrålbana nära Lagrange L2-punkt - den här banan idag är den föredragna platsen för stationen som gör det möjligt för astronauten att landa på den södra stationen av månen. Forskare simulerade en variant där besättningen i fyra astronauter kommer att spendera ungefär sju dagar på månen, varierar antalet steg och bränsletyp. Totalt analyserades 39 alternativ för det framtida systemet för att landa en person på månen. Inklusive en jämförelse av de mest lovande alternativen i projektkostnaden
Teamet använde ett integrerat tillvägagångssätt för bedömningen av alternativa konfigurationer av landningsmoduler genom att analysera uppsättningen alternativ med skärmmodeller. För det första identifierade experter en grundläggande uppsättning arkitektoniska lösningar, inklusive antalet steg och bränsletyp för varje steg i landningsmodulen.
De erhållna uppgifterna sammanfattades i form av matematiska modeller, med hjälp av vilka forskare utförde en omfattande numerisk studie av alternativen för att bygga ett system, som kombinerar olika arkitektoniska lösningar. Vid det sista steget analyserades de mottagna lösningarna och föredragna alternativ som kan vara intressanta för de som är involverade i designen av Lunar Landing-moduler.
Analysen visade att för de engångssystem av typen av planteringsmoduler Apollo, den mest framgångsrika lösningen ur bränslets totala massa, kommer rymdfarkostens torra massa och lanseringsvärdet att vara en tvåstegsarkitektur . För återanvändbara fartyg, som planeras att användas som en del av Artemis-programmet, börjar enstegs- och trestegssystem snabbt konkurrera med tvåstegs.
Med tanke på alla antaganden som gjorts i artikeln kan det hävdas att den "ovillkorliga" ledaren bland lösningar för kortsiktiga månuppdrag är en återanvändbar enstegsmodul på flytande syre och flytande väte (LOX / LH2). Författarna betonar emellertid att detta bara är en preliminär analys, där faktorer som besättningssäkerhet, sannolikheten för uppdraget, liksom riskerna med projektledning beaktas inte. För att redogöra för dessa faktorer krävs mer detaljerad simulering vid de efterföljande stadierna av programmet.
KIR Latyshev noterar att NASA-ingenjörer som en del av Apollo-programmet utförde en liknande analys och valde konfigurationen av tvåstegsmodulen. Men vid den tiden byggdes Lunar-programmet på en fundamentalt olika arkitektur, där det inte fanns någon Lunar Orbital Station, där det skulle vara möjligt att placera månmodulen i intervallet mellan flyg. Det innebär att alla flygningar måste utföra från marken med engångsmoduler, det vill säga att skapa en ny apparat för varje uppdrag. Dessutom har användningen av ett trestegs planteringssystem, som beaktats i vår tid inte varit möjligt.
"I studien fick vi ett intressant resultat: Om vi anser engångsenheter visar det sig att även med den orbitalstationen kan du skapa en tvåstegs landningsmodul (liknande modul" Apollo ") med en mindre massa av apparaten och bränsle och lägre kostnader, som i allmänhet uppfyller konceptet, antaget i programmet "Apollo". Men användningen av återanvändbara moduler ändrar allt.
Även om enstaka och trestegsenheter fortfarande överstiger tvåstegs av sin massa, tillåter de oss att upprepade gånger använda de flesta av sina massor (cirka 70-100 procent, och inte 60, som i fallet med tvåstegsmoduler), samtidigt som man säkerställer Kostnadsbesparingar och leveranskostnader Nya enheter per orbitalstation, vilket leder till minskningen av Lunar-programmet som helhet, säger Latyshev.
Det tillägger att en viktig faktor i utformningen av bemannade rymdsystem är besättningen, men övervägandet av denna fråga går utöver forskningsramen. "Säkerhet är en viktig faktor som valet av landningsschema beror på. Användningen av flerstegsmoduler kan ge fler möjligheter till en säker återkomst av besättningen till den måne orbitalstationen i händelse av en nödsituation, vilket är fördelaktigt utmärkande av en multi-scenmodul från vårt "ledare" - enstegssystem.
Till skillnad från en enstegsmodul kan du använda ett två- eller tre-stegssystem du kan använda för att returnera besättningen både start och landningsmodul. Samtidigt förväntas det på grund av ökad komplexitet kommer två- och trestegssystem att vara högre än risken för tekniska misslyckanden jämfört med enstegssystem.
Det är, valet här är igen tvetydigt - varje schema har sina fördelar och nackdelar, "lägger till Latyshev. I framtiden planerar forskarna att utöka ramen för sitt arbete och genomföra en omfattande studie av den systemiska arkitekturen i hela forskningsinfrastrukturen, vilket är en integrerad del av alla lovande program för bemannade rymdflyg till månen.
Källa: Naken vetenskap