探究登月“最後一英里”難題模擬39種方案後二級著陸器或許是最優解
由Skolkovo 科學技術研究所和麻省理工大學組成的科研團隊近日利用數學模型,調查了月球登陸航天器的各種配置,以尋找解決“最後一英里”(如何讓宇航員登陸月球並送回軌道月球站)的最佳方法。試圖尋找載人月球登陸器最佳登陸方式或許在不少人眼中並不是什麼難題,畢竟Neil Armstrong 登上月球已經半個世紀多了。
然而,Apollo 和Artemis 任務之間存在著巨大的差異。最明顯的是Apollo Lunar Module 是大約60 年前設計的,積累了非常多的技術優勢。更為重要的是,Apollo 任務和Artemis 任務有著非常大的差別。在阿波羅號上,任務從地球上升空時,指揮服務艙和月球艙已經在船上。兩個對接的航天器進入繞月軌道,月球艙下降後,最多停留幾個小時或幾天。
而Artemis 任務登陸器的體積要大很多,預設停留時間長達14 天。它也將是3 個獨立的航天器之一,另外2 個分別為Gateway 深空站和Orion 載人倉,用於將宇航員從地球運送到Gateway,然後再轉移到著陸器上。還有一個重要因素就是資金的支持,Apollo 任務獲得了足夠多的預算,足以資助一場小規模的戰爭。
還有一個明顯的問題是,Skoltech/MIT 為何不對現有的資料進行研究?這是因為登陸器的合同已經授予了。顯然,相關公司已經進行了自己的分析,但這些分析被認為是專有的,所以任何外部研究都必須從頭開始。
在新的計算機模型中,Skoltech/MIT 團隊假設登陸任務從Gateway 開始,在地球、月球和太陽引力平衡的L2 拉格朗日點運行,並在月球南極附近降落4 名宇航員,停留7 天。其想法是為著陸器找到最佳級數。阿波羅使用的是兩級著陸器,但也可能使用一級或三級版本。然後,他們研究了不同的推進劑,以及該飛行器是否應該是消耗性的或可重複使用的。
該團隊總共研究了39種變化版本,使用建築篩選模型來確定哪種因素的組合產生了最佳結果。他們發現,如果著陸器是消耗性的,那麼阿波羅式的兩級設計是最好的,因為它更輕,飛行成本更低。然而,由液氧和液氫發動機推動的單級可重複使用的模塊被認為是短期月球飛行的最佳選擇。
該項研究並非全面的。它只考慮了有限的幾個因素,而忽略了諸如乘員安全、任務成功的概率和項目管理風險。考慮到這些因素需要進一步分析,這將包括支持著陸任務所需的基礎設施。
Skoltech 碩士生Kir Latyshev 表示:“有趣的是,我們的研究發現,即使是軌道站,如果考慮到完全消耗性飛行器,那麼兩級(類似阿波羅的)著陸系統預計仍將具有較低的質量,因此,成本較低–這算是重新確認了阿波羅的決定。然而,可重複使用性改變了這一點。雖然在這種情況下,一級和三級飛行器仍然比兩級飛行器重,但它們允許重複使用更多的’飛行器質量’(約70%-100%,而兩級方案約為60%),從而節省了生產和向軌道站運送新飛行器的費用,並使月球任務可能更便宜” 。