Группа специалистов Сколковского института науки и технологий (Сколтех) совместно с коллегами из Массачусетского технологического института (MIT) проанализировала десятки способов доставки астронавтов с лунной орбиты на поверхность Луны, и разработала математические модели для оценки наиболее перспективных схем высадки.
Лунная программа NASA «Артемида» предполагает создание орбитальной космической станции Lunar Gateway, которая будет выступать также в роли платформы для отправки астронавтов на поверхность с окололунной орбиты. Реализация концепции высадки с использованием многоразовых посадочных аппаратов требует разработки новых схем «прилунения»: раньше лунный модуль, состоящий из двух ступеней, при взлете оставлял посадочную ступень на Луне («Аполлон»).
При создании математических моделей для поиска наиболее перспективных вариантов, исследователи исходили из того, что орбитальная станция будет располагаться около прямолинейной гало-орбиты в точке Лагранжа (L2), которая на данный момент рассматривается как оптимальная для высадки астронавтов на южном полюсе Луны. Был также задан ряд основных параметров экспедиции – количество членов экипажа (4 человека), время нахождения на Луне (7 суток), масса доставляемой полезной нагрузки (500 кг), масса возвращаемой полезной нагрузки (250 кг). В расчетах варьировалось количество ступеней (от 1 до 3) и виды топлива (LOX/LH2, LOX/CH4 и MMH/NTO). Было проанализировано 39 вариантов системы посадки и проведен анализ стоимости самых перспективных. При подборе оптимальных конфигураций посадочных модулей ученые провели комплексное численное исследование, в котором проанализировали предпочтительные варианты существующих или разрабатываемых аппаратов.
Как показали расчеты, если для одноразовых модулей типа «Аполлон», наиболее оптимальна двухступенчатая архитектура, то для многоразовых аппаратов наиболее удачным решением станут одноступенчатые и трехступенчатые системы. Авторы исследования пришли к выводу, что для краткосрочных лунных миссий предпочтительно использование многоразового одноступенчатого модуля на жидком кислороде и жидком водороде (LOX/LH2).
В статье, опубликованной в журнале Acta Astronautica, авторы исследования отмечают, что в предварительном анализе не учитывались такие факторы, как безопасность экипажа, вероятность успеха миссии, а также риски управления проектом, и на последующих этапах потребуется более детальный анализ. В дальнейшем группа ученых планирует провести комплексный анализ системной архитектуры исследовательской инфраструктуры различных программ пилотируемых полетов на Луну.