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    Los investigadores identifican las arquitecturas óptimas del sistema de aterrizaje humano para aterrizar en la Luna

    Crédito:Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo

    Investigadores de Skoltech y el Instituto de Tecnología de Massachusetts han analizado varias docenas de opciones para elegir la mejor en términos de rendimiento y costos para la 'última milla' de una futura misión a la Luna:en realidad, llevar astronautas a la superficie lunar y regresar a ella. la seguridad de la estación lunar en órbita. El artículo fue publicado en la revista Acta Astronautica .

    Desde diciembre de 1972, cuando la tripulación del Apolo 17 abandonó la superficie lunar, los humanos han estado ansiosos por regresar a la Luna. En 2017, el gobierno de los Estados Unidos lanzó el programa Artemis, que tiene la intención de llevar "la primera mujer y el próximo hombre" al polo sur lunar para 2024. La misión Artemis utilizará una nueva plataforma orbital, apodado el Portal Lunar, que será una estación espacial permanente desde la cual los módulos reutilizables llevarán a los astronautas de regreso a la Luna. Este nuevo enfoque requiere un nuevo análisis de los enfoques de aterrizaje óptimos; las empresas privadas contratadas por la NASA para diseñar los módulos de aterrizaje reutilizables están llevando a cabo esta investigación, pero guardando sus hallazgos para ellos mismos.

    Skoltech M.Sc. estudiante Kir Latyshev Doctor. estudiante Nicola Garzaniti, Profesor asociado Alessandro Golkar, y Edward Crawley, del MIT, desarrollaron modelos matemáticos para evaluar las opciones más prometedoras para los sistemas de aterrizaje humanos para una futura misión Artemisa. Por ejemplo, el programa Apollo usó arquitectura de 2 etapas, cuando el módulo lunar de Apolo, que consta de módulos de descenso y ascenso, fue capaz de llevar a dos personas a la superficie lunar y retroceder, dejando atrás el módulo de descenso.

    El equipo asumió que Lunar Gateway está ubicado en la L2 cerca de la órbita del halo rectilíneo, la opción actualmente preferida que tiene la estación orbitando el punto L2 Lagrange de una manera que facilita el aterrizaje en el polo sur lunar. También modelaron una expedición de cuatro astronautas, que pasará alrededor de siete días en la Luna. Los científicos consideraron tanto el número óptimo de etapas como los propulsores preferidos para el sistema. En total, pasaron por 39 variantes del futuro sistema de aterrizaje humano lunar, también modelando el costo de las opciones más prometedoras.

    El equipo pasó por un enfoque integral para evaluar conceptos alternativos de módulos de aterrizaje humanos lunares, analizando un amplio número de opciones utilizando modelos de proyección arquitectónica. Primero definieron el conjunto clave de decisiones arquitectónicas a tomar, como el número de etapas y el tipo de propulsor que se utilizará en cada etapa del módulo de aterrizaje. Organizaron la información en modelos matemáticos, y realizó una exploración computacional integral de arquitecturas de sistemas alternativas provenientes de la combinación de las diferentes decisiones arquitectónicas. Finalmente, analizaron el espacio comercial resultante e identificaron arquitecturas preferidas para su consideración por las partes interesadas interesadas en el diseño de módulos de aterrizaje lunares humanos.

    Su análisis mostró que para los sistemas de aterrizaje prescindibles como los utilizados en el programa Apollo, La arquitectura de 2 etapas es de hecho la más ventajosa, ya que tiene tanto masas secas totales como cargas propulsoras más bajas, así como menores costos de lanzamiento por misión. Sin embargo, para vehículos reutilizables previstos para el programa Artemis, Los sistemas de 1 etapa y de 3 etapas se vuelven rápidamente comparables en sus ventajas.

    Con todas las suposiciones en el documento consideradas, el ganador "definitivo" para una serie de misiones lunares cortas de tipo "incursión" es el módulo reutilizable de una etapa que funciona con oxígeno líquido e hidrógeno líquido (LOX / LH2). Los autores señalan que este es un análisis preliminar, que no tiene en cuenta la seguridad de la tripulación, la probabilidad de éxito de la misión, así como las consideraciones sobre los riesgos de la gestión del proyecto, que requerirán un modelo más elaborado en una etapa posterior del programa.

    Kir Latyshev señala que, para el programa Apollo, Los ingenieros de la NASA hicieron un análisis similar y eligieron el módulo lunar de 2 etapas. Sin embargo, la arquitectura general de las misiones lunares era diferente en ese entonces. No tenía una estación lunar en órbita para mantener el módulo lunar entre las misiones, lo que significaba que todos los vuelos ALM deberían realizarse directamente desde la Tierra. También significó el uso de módulos lunares totalmente prescindibles (un nuevo vehículo para cada misión), a diferencia de los reutilizables que se consideran hoy en día. Aparte de eso, sin la estación lunar, una de las opciones actuales, el sistema de aterrizaje de 3 etapas, no era posible en absoluto.

    "Curiosamente, nuestro estudio encuentra que, incluso con la estación orbital, si se consideran vehículos totalmente fungibles, entonces todavía se espera que el sistema de aterrizaje de 2 etapas (tipo Apolo) tenga masas más bajas y, por lo tanto, costos más bajos, lo que en cierto modo confirma la decisión de Apolo. Sin embargo, la reutilización cambia eso. Aunque los vehículos de 1 y 3 etapas en este caso siguen siendo más pesados ​​que los de 2 etapas, permiten reutilizar más de la 'masa del vehículo' (aproximadamente 70-100% en comparación con alrededor del 60% para la opción de 2 etapas) una y otra vez, ahorrando así dinero en la producción y entrega de nuevos vehículos a la estación en órbita y haciendo que las misiones lunares sean potencialmente más baratas, "Dice Latyshev.

    Añade que la consideración de la seguridad de la tripulación es un factor importante en el diseño de sistemas espaciales humanos que los autores no tuvieron en cuenta en su estudio. "Este factor de seguridad puede afectar los resultados de cualquier manera. Por ejemplo, Las soluciones de etapas múltiples pueden ofrecer oportunidades de retorno más seguras en caso de emergencia en la órbita lunar de estacionamiento antes del descenso a la superficie que nuestro 'ganador, "el sistema de 1 etapa:el vehículo de descenso o ascenso se puede utilizar para el retorno en el caso de los sistemas de 3 y 2 etapas en lugar de la etapa única del sistema de 1 etapa. Al mismo tiempo, Se espera que los sistemas de 2 y 3 etapas sean más complejos y, por lo tanto, tengan más riesgos de averías. a diferencia de la solución más simple de una etapa. Entonces hay una compensación nuevamente, "Explica Latyshev.

    El equipo planea expandir el trabajo en el futuro, con una exploración integral de la arquitectura del sistema de toda la infraestructura de exploración requerida en los futuros programas de vuelos espaciales tripulados para la exploración lunar.


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