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可重复使用的登月模块可以脱离阿波罗架构


自从阿波罗17号宇航员于1972年12月离开月球表面以来,人类何时以及如何重返月球的问题一直悬而未决。2017年,美国政府宣布了雄心勃勃的阿耳忒弥斯计划,计划在2024年之前让宇航员重返月球,并建立一个永久的绕月通道,作为可能前往火星的踏脚石。“月球通道”还将部署可重复使用的登月舱,将宇航员送上月球表面。

这种方法需要对“最后一英里”行程的最佳着陆方法进行分析,并考虑性能和成本等因素。由美国宇航局承包设计着陆模块的私人公司正在进行这项研究,但他们的研究结果在很大程度上是保密的。

Skoltech和麻省理工学院的研究人员开发了模型,以评估最有希望的阿尔忒弥斯载人着陆系统的方法。他们假设月球网关将位于轨道L2点(一个点的各种引力平衡的运动站)作为首选选择登陆月球南极,并假定为期一周的考察涉及四名宇航员。基于这个模型,他们考虑了系统的最佳级数和推进剂,经过了39种变体。

为了评估这些变量,他们首先定义了要采取的架构决策的关键集合(例如,每个阶段的阶段数和推进剂类型),并在数学模型中组织这些信息。然后,他们对不同决策的组合产生的架构进行了计算探索。最后,他们分析了由此产生的权衡,确定了最优的架构。

他们发现,沐鸣测试速对于像阿波罗计划中使用的那种消耗性着陆系统,两级结构更可取,因为质量更低,发射成本更低。然而,对于计划用于Artemis项目的可重复使用飞行器,一级和三级系统可以与二级系统竞争。

多次短程探月任务的总体“赢家”是使用液氧和液氢运行的一级可重复使用模块。

“有趣的是,我们的研究发现,即使是轨道空间站,如果考虑到完全消耗性的飞行器,那么两级着陆系统预计质量更低,因此成本更低,这在一定程度上再次确认了阿波罗的决定,”斯科尔理工学院研究生基尔·拉蒂舍夫说。

然而,可重用性改变了这一点。虽然在这种情况下,一级和三级运载器仍然比二级运载器更重,但它们允许更多的‘运载器质量’反复使用,从而节省了生产和向轨道空间站运送新运载器的资金,并可能使探月任务更便宜。”

作者承认,这是一个初步的分析,没有考虑到一些重要的因素,沐鸣测速地址如机组人员安全和任务成功的概率;这些因素将需要在方案的后期阶段进行更复杂的建模。

拉蒂舍夫说:“安全因素会以任何一种方式影响结果。”“例如,多级的解决方案可以提供更安全的返回的机会在紧急的情况下停车月球轨道降落前表面比我们“赢家”单程系统:下降或上升车辆可用于返回的三级和二级系统,而不是单程的单级系统。

“与此同时,与简单的单阶段解决方案相比,两阶段和三阶段的系统预计会更加复杂,因此也会有更多的故障风险。所以,这又是一种取舍。”