Die Raumsonde kann regelmäßig Astronauten und Vorräte zum und vom Mond transportieren

Die Raumsonde kann regelmäßig Astronauten und Vorräte zum und vom Mond transportieren

Mehrere Raumfahrtagenturen planen, in den kommenden Jahren Astronauten, Kosmonauten und Kosmonauten zum Mond zu schicken, mit dem langfristigen Ziel, dort eine dauerhafte menschliche Präsenz aufzubauen. Dazu gehört auch die NASA Artemis-Programm, das darauf abzielt, bis zum Ende des Jahrzehnts ein „nachhaltiges Monderkundungs- und Entwicklungsprogramm“ zu etablieren. Es gibt auch einen chinesischen Russo-Konkurrenten Internationale Mondforschungsstation (ILRS) eine Reihe von Einrichtungen „auf der Oberfläche und/oder im Orbit des Mondes“ zu schaffen, die profitable Forschung ermöglichen.

Abgesehen von diesen von Regierungsbehörden geleiteten Programmen gibt es viele Unternehmen und Nichtregierungsorganisationen, die darauf hoffen, regelmäßige Reisen zum Mond zu unternehmen, sei es für den „Mondtourismus“, den Bergbau oder für Bauzwecke.Moon International VillageDies würde als spiritueller Nachfolger dienen Internationale Raumstation (ISS). Diese Pläne werden im Laufe des nächsten Jahrzehnts den Transport einer großen Menge Fracht zwischen Erde und Mond erfordern, was keine leichte Aufgabe ist. Um dieses Problem anzugehen, hat ein Forscherteam aus den USA und Großbritannien kürzlich eine Studie veröffentlicht Forschungsbericht Auf optimalen Flugbahnen für Reisen zwischen Erde und Mond.

Das Team bestand aus emeritierten Professoren Thomas Carter aus Eastern Connecticut State University und Professor für Mathematik Meyer Homey aus Worcester Polytechnic Institute. Für ihre Studie, die Druckvorstufe Von denen online verfügbar sind, untersuchten Carter und Homey, wie ein Shuttle Vorräte zu einem Außenposten auf dem Mond befördern und von der Oberfläche abgebaute Ressourcen befördern könnte. Basierend auf ihren Berechnungen kamen sie zu dem Schluss, dass eine Flugbahn optimal wäre, die das Shuttle auf eine elliptische Umlaufbahn bringt und den Schubbedarf reduziert.

Die NASA erstellte diese Karte im Jahr 1967, um die Flugbahn und wichtige Missionsereignisse der bevorstehenden Apollo-Missionen zum Mond darzustellen. Bildnachweis: NASA

Während des Wettlaufs ins All sind sowohl die NASA als auch das sowjetische Raumfahrtprogramm auf freie Rückkehrflugbahnen angewiesen, um Missionen zum Mond zu schicken. Dabei wurde die Schwerkraft des Mondes genutzt, um ein Manöver in Form einer Acht durchzuführen, was dazu führte, dass das Raumschiff mit minimalen Änderungen der Umlaufbahn nach Hause zurückkehrte (was die benötigte Treibstoffmenge reduzierte). Die Umlaufbahnen der Artemis-Missionen werden denen ihrer Apollo-Vorgänger insofern ähneln, als sie auch Achterflüge durchführen werden, die mit einem „Spritzwasser“ ins Meer enden.

Mit anderen Worten: Bei diesen Missionen handelt es sich um One-Way-Reisen. Aber abgesehen von der Rückkehr von Astronauten zum Mond, dem Zusammenbau des Mondtors und der Errichtung des Artemis-Basislagers auf der Oberfläche besteht das langfristige Ziel darin, die Artemis-Infrastruktur zu nutzen, um eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mond aufzubauen. Außerdem müssen die Dinge kosteneffizient bleiben, was den Start schwerer Nutzlasten von der Oberfläche zum Mond ineffektiv macht. Wie Co-Autor Professor Homey Universe Today per E-Mail erklärte, sieht ihr Vorschlag ein Shuttle vor, das Erde und Mond umkreist:

„einer von [the ISS’] Die „Funktionen“ bestehen darin, zu vermeiden, dass große Nutzlasten in eine niedrige Erdumlaufbahn geschickt werden. Stattdessen verschicken wir „Kapseln“ mit Vorräten und Ersatz an die Astronauten. erreichen [lunar settlements] Zu den niedrigsten Kosten brauchen wir etwas Ähnliches wie die Internationale Raumstation, das jedoch die Erde und den Mond umkreist. Dieses Shuttle wird niemals auf der Erde oder dem Mond landen. Kapseln von der Erde bleiben daran haften, wenn er sich in der Nähe der Erde befindet, und ebenso bleiben Kapseln vom Mond daran haften, wenn er sich in der Nähe des Mondes befindet. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, große Lasten von der Erde oder dem Mond zu heben, und das spart viel Geld und Ressourcen.“

Das Shuttle benötigt jedoch Motoren und Treibstoffe, um es im Orbit zu halten, da es Gravitationsstörungen (von der Erde, dem Mond und der Sonne) ausgesetzt ist. Während ein Shuttle nicht die massiven Triebwerke und Treibstofftanks benötigen würde, um sich von der Schwerkraft der Erde zu befreien, fügen die Triebwerke und der Treibstoff der Mission große Mengen an Masse hinzu, was die Kosten in die Höhe treibt. Um dieses Problem anzugehen, erwogen Homey und Carter Manöver, die den Treibstoffverbrauch senken und es dem Shuttle dennoch ermöglichen würden, das Erde-Mond-System in angemessener Zeit zu umkreisen.

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„Der Prozess, mit dem wir unsere Ergebnisse erhielten, bestand darin, geeignete mathematische Modelle zu entwickeln, die auf den Gravitationskräften der Erde und des Mondes (und der Sonne) basieren, die die Umlaufbahn des Shuttles beeinflussen“, sagte Homey. Vor diesem Hintergrund entschieden sie, dass eine kreisförmige, elliptische Umlaufbahn mit einem Perihel in der Nähe der Erde und einem Apogäum jenseits des Mondes die optimale Bahn wäre. Für Kurskorrekturen wäre nur ein minimaler Schub erforderlich, wodurch die Auswirkungen der Sonnengravitation außerhalb der Ebene eliminiert würden. Diese könnten weiter reduziert werden, indem sichergestellt wird, dass die Exzentrizität der Umlaufbahn nahe Null bleibt.

Diese Art von Shuttle und Flugbahn, sagte Homey, sei für alle Pläne zur Etablierung eines dauerhaften Menschen notwendig
auf dem Mond, könnte aber auch zu einer florierenden Erde-Mond-Wirtschaft führen:

Derzeit gibt es Pläne, einen dauerhaften „Außenposten“ auf der Mondoberfläche zu errichten. Dieser Außenposten benötigt Versorgungsgüter von der Erde, um ordnungsgemäß zu funktionieren (Lebensmittel, medizinische Computer, Teile für Roboter usw.) und einen Mechanismus, um die Astronauten zu ersetzen. Gleichzeitig werden die auf der Erde so mangelhaften Elemente (z. B. Helium-3), die allen theoretischen Berechnungen zufolge der Brennstoff für den Fusionsreaktor sind, zur Erde zurückgeführt.

mit einer Unterschrift US Commercial Space Launch Competitiveness Act im Jahr 2015 und US Commercial Space Launch Competitiveness Act Für 2020 hat die US-Regierung klargestellt, dass zu den kommerziellen Aktivitäten auf dem Mond auch die Rohstoffgewinnung gehören wird. Neben der Sicherung von Bodenschätzen (z. B. Seltenerdmetallen, die für Elektronik und digitale Geräte lebenswichtig sind) träumen Wissenschaftler von einem Tag, an dem sich Helium-3-Quellen auf dem Mond als nützlich erweisen würden, weil sie die weitverbreitete Nutzung der Kernfusion ermöglichen würden Reaktoren, um unseren Energiebedarf zu decken. Homey und Carter machten in ihrer Studie einen Vorbehalt und sagten, dass ihre Ergebnisse weitere Tests und Validierungen erfordern würden. Wie in erwähnt Schlussfolgerungen:

„Es sollte möglich sein, ein Steuerungssystem zu entwickeln, das das Raumschiff auf die vorgegebene Umlaufbahn zurückführt, um Störungen zu kompensieren, die in der Analyse nicht berücksichtigt werden. Man könnte sagen, dass man die kreisförmige Umlaufbahn des Shuttles vermuten könnte.“ bietet die optimale Umlaufbahn in Bezug auf den Schub. Aber diese Umlaufbahn hat eine Bahn mit einer maximalen Länge. Daraus folgt, dass das in dieser Arbeit erzielte Ergebnis, obwohl es „intuitiv offensichtlich“ sein mag, nicht unbedingt offensichtlich ist.“

Weiterführende Literatur: arXiv

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