Вместо введения
Отправка человека в космос и эффективное выполнение этой задачи представляет собой целый ряд вызовов. Доцент кафедры аэрокосмической техники Университета штата Иллинойс Коки Хо и его аспиранты Хао Чен и Бинду Джаганнатха изучили пути интеграции логистики космических полетов, рассмотрев кампанию по созданию космических аппаратов, проектированию и оптимизации использования топлива и других ресурсов.
Пути исследования
Хо сказал, что речь идет о том, чтобы найти баланс между временем и количеством топлива - чтобы добраться туда быстро, требуется больше топлива. Если время не является проблемой, медленный, но эффективный двигатель с низкой тягой может быть лучшим выбором. Воспользовавшись этим классическим компромиссом, Хо отметил, что при рассмотрении проблем с точки зрения кампании - множественные запуски/полеты - есть возможности минимизировать массу и стоимость запуска.
"Наша цель - сделать космические путешествия эффективными", - сказал Хо. "Один из способов сделать это - рассмотреть планы кампаний, т.е. несколько совместных миссий, а не просто запустить все с места для каждой миссии, как это сделал Аполлон. В рамках многомиссионной кампании предыдущие миссии используются для последующих миссий. Так что если предыдущая миссия развернула какую-либо инфраструктуру, например топливохранилище, или если начались работы по добыче кислорода из почвы на Луне, то они используются при проектировании следующей миссии".
Ho использовал данные предыдущих полетов или планируемых миссий для создания имитационных моделей комбинированной кампании. Модель может быть модифицирована для включения в нее более тяжелых или легких космических аппаратов, определенного набора пунктов назначения, точного числа людей на борту и т.д. для подтверждения его прогнозов относительно эффективности.
"Есть проблемы с размерами машины", - сказал Хо. "В наших предыдущих исследованиях, для того чтобы эффективно решить проблему, нам пришлось использовать упрощенную модель для определения размера транспортного средства и инфраструктуры. Таким образом, создание модели было быстрым, но валидность модели была не такой хорошей, как мы хотели".
В одном из текущих исследований Хо и его коллеги рассмотрели вопрос о достоверности этих предыдущих упрощенных моделей, создав новый метод для рассмотрения более реалистичных моделей проектирования миссий и транспортных средств при сохранении расчетной нагрузки на планирование миссий на разумном уровне.
"В этом исследовании мы разрабатываем автомобили с нуля, чтобы дизайн автомобилей стал частью кампании", - сказал Хо. "Например, если мы знаем, что хотим отправить человека в космос на Марс к 2030 году, мы можем спроектировать корабль и спланировать мультимиссионную кампанию для достижения максимальной эффективности и минимальной стоимости запуска за данный временной горизонт".
Исследования Хо также включают концепцию топливных баз в космосе, таких как стратегически расположенные стоянки грузовиков на поворотной колонне. По его словам, эта идея уже давно бросается в глаза учеными. "Есть вопросы о том, насколько эффективны на самом деле склады", - сказал Хо. "Например, если для доставки на склад требуется столько же или больше топлива, какой смысл отправлять его вперед?"
Пути решения
Исследования Хо предлагают одно из решений этого вопроса, используя комбинацию силовых установок с высокой и низкой тягой.
"Подготовительная миссия может быть проведена заранее для доставки на орбиту мини-космических станций, хранящих топливо, грузы и другие материалы", - сказал Хо. "Эти корабли могут быть предварительно развернуты, чтобы они находились на орбите и были доступны пилотируемому космическому кораблю, который будет запущен позже.
Грузовой/топливный космический корабль может использовать низконаправленные технологии, поскольку время, необходимое для доставки до места назначения, не является критическим. Тогда для пилотируемых космических кораблей мы будем использовать ракеты повышенной тяги, потому что время играет важную роль при выведении человека в космос.
Это также означает, что, поскольку топливо уже находится на этих космических станциях, самому пилотируемому судну не обязательно перевозить столько топлива.
Новое исследование показывает, что атмосфера вокруг древней Луны образовалась 3-4 миллиарда лет назад, когда интенсивные извержения вулканов выбрасывали газы над поверхностью Земли быстрее, чем они могли выбраться в космос. Это исследование было опубликовано в "Письмах по наукам о Земле и планете".
А теперь самое время поговорить о Луне
Когда смотришь на Луну, видно, что темные поверхности вулканического базальта заполняют большие бассейны соударений. Эти базальтовые моря, известные как Мария, извергались, когда внутри Луны еще было жарко и создавали магматические шлейфы, которые иногда пробивали поверхность Луны и стекали на сотни километров. Анализ образцов Аполлона показывает, что эти магмы содержат газовые компоненты, такие как монооксид углерода, компоненты для воды, серы и других летучих организмов.
В новой работе д-р Дебра Х. Нидхэм, научный сотрудник Центра космических полетов им. Маршалла НАСА, и д-р Дэвид А. Кринг, старший научный сотрудник Института Луны и планеты, рассчитали количество газов, которые выделялись из извергающихся лав по мере их пролета по поверхности Земли, и показали, что эти газы накапливались вокруг Луны и образовывали переходную атмосферу. Самой толстой была атмосфера во время пика вулканической активности около 3,5 млрд. лет назад, и когда она была создана, она сохранялась бы около 70 млн. лет, прежде чем была утеряна в космос.
Два самых больших импульса газов образовались, когда моря лавы заполнили бассейны Серенитатиса и Имбриума около 3,8 и 3,5 миллиардов лет назад, соответственно. Окраины этих лавовых морей были исследованы астронавтами 15 и 17 полетов "Аполлона", которые собрали образцы, не только свидетельствующие о возрасте извержений, но и свидетельствующие о наличии газов, образующихся в результате извержения лунных лав.
Эта новая картина Луны имеет важное значение для будущих исследований. Анализ Нидхэма и Кринга количественно определяет источник летучих веществ, которые могли быть пойманы из атмосферы в холодные, постоянно затененные области вблизи лунных полюсов и, таким образом, могут служить источником льда, подходящим для устойчивой лунной программы исследования. Волатили, застрявшие в ледяных отложениях, могут служить источником воздуха и топлива для астронавтов, выполняющих операции на Луне и, возможно, для полетов за пределы Луны.
Новое исследование было инициировано Центром лунной науки и исследований космического центра LPI-Джонсона, возглавляемым Крингом и поддерживаемым Виртуальным исследовательским институтом НАСА по исследованию Солнечной системы. Нидхэм - бывший научный сотрудник LPI после защиты докторской диссертации.