Một bài viết mô tả kết quả của nghiên cứu đã được xuất bản trên Tạp chí Acta Astronautica. Kể từ tháng 12 năm 1972, phi hành đoàn của con tàu Apollo-17 trở về Trái đất, loài người không một phần với giấc mơ đến thăm mặt trăng một lần nữa. Trong năm 2017, chính phủ Hoa Kỳ đã phát động chương trình Artemis, mục đích là chuyến bay của "Người phụ nữ đầu tiên và người đàn ông tiếp theo" trên Nam Cực của Mặt trăng vào năm 2024.
Trong chương trình Artemis, nó được lên kế hoạch sử dụng nền tảng quỹ đạo mặt trăng của mặt trăng mới như một trạm vũ trụ cố định, từ nơi các mô-đun tái sử dụng sẽ cung cấp các phi hành gia lên mặt trăng. Việc thực hiện khái niệm mới yêu cầu sự phát triển của các lược đồ hạ cánh tối ưu mới trên bề mặt của mặt trăng. Ngày nay, các công ty tư nhân theo yêu cầu của NASA đang tiến hành nghiên cứu để tạo các mô-đun hạ cánh tái sử dụng mới, nhưng sự tiến bộ và kết quả của các nghiên cứu được tiến hành chưa được báo cáo.
Sinh viên Skolteha Kir Latyshev, sinh viên tốt nghiệp Nikola Garzaniti, phó giáo sư Alessandro Garcar và giáo sư Mit Edward Crowley đã phát triển các mô hình toán học để đánh giá các kế hoạch hạ cánh đầy hứa hẹn nhất cho chương trình Artemis. Trong chương trình lịch sử "Apollo", ví dụ, một mô-đun mặt trăng đã được sử dụng từ các bước hạ cánh và cất cánh, cung cấp hai phi hành gia lên mặt trăng và trở về tàu, để lại bước hạ cánh trên mặt trăng.
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành từ giả định rằng nền tảng cổng Lunar sẽ được đặt trên một quỹ đạo hào quang gần như thẳng gần Lagrange L2 Point - quỹ đạo này hôm nay là vị trí ưa thích của nhà ga cho phép phi hành gia hạ cánh trên cột phía nam của mặt trăng. Các nhà khoa học mô phỏng một biến thể trong đó phi hành đoàn trong bốn phi hành gia sẽ dành khoảng bảy ngày trên mặt trăng, thay đổi số bước và loại nhiên liệu. Tổng cộng, 39 lựa chọn cho hệ thống hạ cánh trong tương lai của một người trên mặt trăng đã được phân tích. Bao gồm so sánh các lựa chọn hứa hẹn nhất trong chi phí dự án
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một cách tiếp cận tích hợp để đánh giá các cấu hình thay thế của các mô-đun hạ cánh bằng cách phân tích bộ tùy chọn bằng cách sử dụng các mô hình sàng lọc. Đầu tiên, các chuyên gia đã xác định một tập hợp các giải pháp kiến trúc cơ bản, bao gồm số bước và loại nhiên liệu cho từng giai đoạn của mô-đun hạ cánh.
Dữ liệu thu được được tóm tắt dưới dạng mô hình toán học, với sự trợ giúp của các nhà khoa học đã tiến hành một nghiên cứu số toàn diện về các tùy chọn để xây dựng một hệ thống, kết hợp các giải pháp kiến trúc khác nhau. Ở giai đoạn cuối, các giải pháp nhận được đã được phân tích và ưu tiên các tùy chọn có thể thú vị đối với những người liên quan đến thiết kế của các mô-đun hạ cánh mặt trăng.
Phân tích cho thấy đối với các hệ thống dùng một lần của loại mô-đun trồng Apollo, dung dịch thành công nhất từ quan điểm của tổng khối lượng nhiên liệu, khối lượng khô của tàu vũ trụ và giá trị phóng sẽ là kiến trúc hai giai đoạn . Tuy nhiên, đối với các tàu có thể tái sử dụng, được dự định sẽ được sử dụng như một phần của chương trình Artemis, các hệ thống một giai đoạn và ba giai đoạn nhanh chóng bắt đầu cạnh tranh với hai giai đoạn.
Với tất cả các giả định được thực hiện trong bài viết, có thể lập luận rằng nhà lãnh đạo "vô điều kiện" trong số các giải pháp cho các nhiệm vụ âm lịch ngắn hạn là một mô-đun giai đoạn duy nhất có thể tái sử dụng trên oxy lỏng và hydro lỏng (lox / lh2). Tuy nhiên, các tác giả nhấn mạnh rằng đây chỉ là một phân tích sơ bộ, trong đó các yếu tố như sự an toàn của phi hành đoàn, khả năng của nhiệm vụ, cũng như rủi ro của quản lý dự án không được tính đến. Để giải thích cho các yếu tố này, mô phỏng chi tiết hơn sẽ được yêu cầu tại các giai đoạn tiếp theo của chương trình.
Kir Latyshev lưu ý rằng, như một phần của chương trình Apollo, các kỹ sư của NASA đã thực hiện một phân tích tương tự và chọn cấu hình mô-đun hai giai đoạn. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, chương trình Lunar được xây dựng trên một kiến trúc khác nhau về cơ bản, trong đó không có trạm quỹ đạo mặt trăng, nơi có thể đặt mô-đun âm lịch trong khoảng giữa các chuyến bay. Điều này có nghĩa là tất cả các chuyến bay phải thực hiện từ mặt đất bằng cách sử dụng các mô-đun âm lịch dùng một lần, nghĩa là tạo ra một bộ máy mới cho từng nhiệm vụ. Ngoài ra, trong trường hợp không có trạm quỹ đạo mặt trăng, việc sử dụng hệ thống trồng ba bước, được xem xét trong thời đại chúng ta, vẫn chưa thể xảy ra.
"Trong nghiên cứu, chúng tôi đã nhận được một kết quả thú vị: Nếu chúng tôi xem xét các thiết bị dùng một lần, hóa ra ngay cả với trạm quỹ đạo, bạn có thể tạo mô-đun hạ cánh hai bước (mô-đun tương tự" Apollo ") với khối lượng nhỏ hơn của bộ máy và chi phí nhiên liệu và thấp hơn, thường tuân thủ khái niệm, được thông qua trong chương trình "Apollo". Nhưng việc sử dụng các mô-đun tái sử dụng thay đổi mọi thứ.
Mặc dù các thiết bị đơn và ba giai đoạn vẫn vượt quá hai giai đoạn bởi khối lượng của chúng, nhưng chúng cho phép chúng ta liên tục sử dụng hầu hết các khối lượng của chúng (khoảng 70-100%, và không phải 60, như trong trường hợp các mô-đun hai giai đoạn), đồng thời đảm bảo Tiết kiệm chi phí và giao hàng Chi phí thiết bị mới trên mỗi trạm quỹ đạo, dẫn đến việc giảm toàn bộ chương trình âm lịch, Latyshev nói.
Nó làm tăng thêm rằng một yếu tố quan trọng trong thiết kế của hệ thống không gian có người lái là sự an toàn của phi hành đoàn, nhưng việc xem xét vấn đề này vượt xa khung nghiên cứu. "Bảo mật là một yếu tố quan trọng mà việc lựa chọn sơ đồ hạ cánh phụ thuộc. Việc sử dụng các mô-đun đa tầng có thể cung cấp nhiều cơ hội hơn cho sự trở lại an toàn của phi hành đoàn đến trạm quỹ đạo mặt trăng trong trường hợp khẩn cấp, thuận lợi được phân biệt bởi một mô-đun nhiều giai đoạn từ "Lãnh đạo" của chúng tôi - hệ thống một tầng.
Không giống như một mô-đun một giai đoạn, một hệ thống hai hoặc ba giai đoạn cho phép bạn sử dụng để trả lại phi hành đoàn cả hai mô-đun cất cánh và hạ cánh. Đồng thời, dự kiến, do sự phức tạp hơn, hệ thống hai và ba giai đoạn sẽ cao hơn so với nguy cơ thất bại kỹ thuật so với các hệ thống một tầng.
Đó là, sự lựa chọn ở đây một lần nữa là mơ hồ - mỗi chương trình có những ưu điểm và nhược điểm của nó, thêm Latyshev. Trong tương lai, các nhà khoa học có kế hoạch mở rộng khung công việc của họ và thực hiện một nghiên cứu toàn diện về kiến trúc hệ thống của toàn bộ cơ sở hạ tầng nghiên cứu, đây là một phần không thể thiếu của tất cả các chương trình đầy hứa hẹn cho các chuyến bay không gian có người lái đến mặt trăng.
Nguồn: Khoa học khỏa thân