Космический корабль может регулярно доставлять астронавтов и припасы на Луну и обратно.

Несколько космических агентств планируют отправить астронавтов, космонавтов и космонавтов на Луну в ближайшие годы с долгосрочной целью установить там постоянное присутствие человека. В том числе НАСА программа Артемида, целью которого является создание «устойчивой программы исследования и разработки Луны» к концу десятилетия. Есть еще китайский конкурент Руссо Международная лунная исследовательская станция (ILRS) для создания ряда объектов «на поверхности и / или на орбите Луны», которые позволят проводить прибыльные исследования.

Помимо этих программ, возглавляемых государственными учреждениями, существует множество компаний и неправительственных организаций, которые надеются совершать регулярные поездки на Луну либо для «лунного туризма» и добычи полезных ископаемых, либо для строительства.Международная деревня ЛуныЭто послужило бы духовным преемником Международная космическая станция (ИСС). Эти планы потребуют перемещения большого количества грузов и грузов между Землей и Луной в течение следующего десятилетия, что является непростой задачей. Чтобы решить эту проблему, группа исследователей из США и Великобритании недавно выпустила Научно-исследовательская работа Об оптимальных траекториях путешествия между Землей и Луной.

В состав команды входили заслуженные профессора Томас Картер от Государственный университет Восточного Коннектикута и профессор математических наук Мейер Хоми от Вустерский политехнический институт. Для их изучения был допечатная подготовка Из тех, что доступны в Интернете, Картер и Хоми исследовали, как шаттл может доставлять припасы на лунный аванпост и перевозить ресурсы, добытые с поверхности. Основываясь на своих расчетах, они пришли к выводу, что траектория, которая выводит шаттл на эллиптическую орбиту и снижает требования к тяге, будет оптимальной.

Во время космической гонки и НАСА, и советская космическая программа полагаются на траектории свободного возврата для отправки миссий на Луну. Это заключалось в использовании лунной гравитации для выполнения маневра в виде восьмерки, в результате чего космический корабль возвращался домой с минимальными изменениями орбиты (уменьшая количество необходимого топлива). Орбиты миссий Artemis будут аналогичны орбитам их предшественников Apollo в том смысле, что они также будут выполнять полеты в виде восьмерки, заканчивающиеся «приводнением» в океан.

Другими словами, эти миссии будут поездками в один конец. Но помимо возвращения астронавтов на Луну, сборки Лунных ворот и установки базового лагеря Артемиды на поверхности, долгосрочная цель состоит в том, чтобы использовать инфраструктуру Артемиды для обеспечения постоянного присутствия человека на Луне. Также необходимо сохранять рентабельность, что делает запуск тяжелых грузов с поверхности на Луну неэффективным. Как объяснил Universe Today по электронной почте соавтор профессор Хоми, их предложение предусматривает шаттл, вращающийся вокруг Земли и Луны:

«один из [the ISS’] «Функции» заключаются в том, чтобы избежать отправки больших полезных нагрузок на низкую околоземную орбиту. Вместо этого мы отправляем космонавтам «капсулы» с припасами и запасными частями. выполнить [lunar settlements] С наименьшими затратами нам нужно что-то похожее на Международную космическую станцию, но вращающееся вокруг Земли и Луны. Этот шаттл никогда не приземлится ни на Землю, ни на Луну. Капсулы с Земли будут прилипать к нему, когда он будет рядом с Землей, и точно так же капсулы с Луны будут прилипать к нему, когда он будет рядом с Луной. Это позволит избежать необходимости поднимать большие грузы с Земли или Луны, а также сэкономит много денег и ресурсов».

Однако шаттлу потребуются двигатели и топливо, чтобы удерживать этот шаттл на орбите, потому что он подвержен гравитационным возмущениям (от Земли, Луны и Солнца). Хотя шаттлу не потребуются массивные двигатели и топливные баки, необходимые для того, чтобы вырваться из-под земного притяжения, двигатели и топливо увеличивают массу миссии, увеличивая затраты. Чтобы решить эту проблему, Хоми и Картер рассмотрели маневры, которые снизят расход топлива, но при этом позволят шаттлу выйти на орбиту системы Земля-Луна за разумное время.

«Процесс, который мы использовали для получения наших результатов, заключался в разработке соответствующих математических моделей, основанных на гравитационных силах Земли и Луны (и Солнца), влияющих на орбиту шаттла», — сказал Хоми. Имея это в виду, они решили, что оптимальным путем будет круговая эллиптическая орбита с перигелием около Земли и афелием за Луной. Для корректировки курса потребуется лишь минимальная тяга, устраняющая внеплоскостные солнечные гравитационные эффекты, которые можно еще больше уменьшить, обеспечив, чтобы эксцентриситет орбиты оставался близким к нулю.

По словам Хоми, этот тип шаттла и траектория необходимы для любых планов по созданию постоянного человеческого
на Луне, но также может привести к процветанию экономики Земля-Луна:

В настоящее время планируется создать постоянный «форпост» на поверхности Луны. Этому аванпосту для нормального функционирования потребуются припасы с Земли (еда, медицинские компьютеры, детали для роботов и т. д.) и механизм для замены астронавтов). При этом она вернет на Землю элементы, которых на Земле очень не хватает (например, гелий-3) и которые, по всем теоретическим расчетам, являются топливом для термоядерного реактора.

с подписью Закон США о конкурентоспособности коммерческих космических запусков в 2015 году и Закон США о конкурентоспособности коммерческих космических запусков На 2020 год правительство США дало понять, что коммерческая деятельность на Луне будет включать добычу ресурсов. Помимо добычи полезных ископаемых (таких как редкоземельные металлы, жизненно важные для электроники и цифровых устройств), ученые мечтают о дне, когда пригодятся лунные источники гелия-3, поскольку это позволит широко использовать термоядерный синтез. реакторов для удовлетворения наших энергетических потребностей. Хоми и Картер сделали оговорку в своем исследовании, заявив, что их результаты потребуют дальнейшего тестирования и проверки. Как отмечено в выводы:

«Должна быть возможность разработать систему управления, которая будет возвращать космический аппарат на заданную орбиту, чтобы компенсировать возмущения, не учитываемые при анализе. Можно было бы сказать, что можно предположить, что круговая орбита шаттла обеспечивает оптимальную орбиту с точки зрения тяги. Но эта орбита имеет путь максимальной длины. Отсюда следует, что результат, полученный в этой статье, хотя и может быть «интуитивно очевидным», не обязательно очевиден».

Дальнейшее чтение: arXiv