المسبار القمري ذو المرحلة الأولى والقابل لإعادة الاستخدام بالكامل هو الأكثر منطقية لإعادة البشر إلى القمر
عندما يعود رواد الفضاء إلى القمر لأول مرة منذ عصر أبولو ، سيعتمدون على عدد من عناصر المهمة للوصول بهم إلى هناك والعودة بأمان. وهذا يشمل نظام الإطلاق الفضائي (SLS) و اوريون مركبة فضائية ستطلق طاقمًا من أربعة أفراد وتحملهم إلى القمر. ولكن حتى وقت قريب ، ظلت مسألة كيفية وصولهم ومن السطح دون حل ، حيث كانت هناك بعض الخيارات.
لتحديد الأفضل من حيث الأداء والتكلفة ، باحثون من معهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا (Skoltech) في موسكو و معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) استعرض عشرات المقترحات. في النهاية ، قرروا أن أ مركبة هبوط على سطح القمر قابلة لإعادة الاستخدام على مرحلة واحدة التي يمكن أن تنقل رواد الفضاء من وإلى البوابة القمرية المدارية كان الخيار الأفضل.
ظهرت النتائج التي توصلوا إليها في ورقة بعنوان ' نمذجة نظام الهبوط البشري على سطح القمر ، والتي ظهرت مؤخرًا في المجلةقانون الملاحة الفضائية. أجرى الدراسة باحثو Skoltech كير لاتيشيف ونيكولا جارزانيتي والأستاذ المساعد أليساندرو جولكار ، الذين انضم إليهم إدوارد كراولي - معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أستاذ الملاحة الجوية والفضائية ونظم الهندسة .
خلال خطاب ألقاه في مركز مارشال لرحلات الفضاء ، تحدى نائب الرئيس مايك بنس وكالة ناسا للهبوط برواد فضاء أمريكيين على القمر بحلول عام 2024. Credit: NASA / White House
ظهرت مسألة نوع نظام الهبوط الأفضل نتيجة للجدول الزمني المعجل لوكالة ناسا ، والذي أعلن عنه نائب الرئيس بنس خلال الاجتماع الخامس للمجلس الوطني للفضاء في مركز مارشال لرحلات الفضاء ، والذي عقد في يوم 26 مارسذ، 2019 . في ذلك الوقت ، وجه بنس وكالة ناسا لإعادة رواد الفضاء إلى القمر بحلول عام 2024 (أربع سنوات قبل الموعد المقرر أصلاً) 'بأي وسيلة ضرورية'.
أجبر هذا الجدول الزمني الجديد ناسا على الخضوع لسلسلة من التغييرات ، بالإضافة إلى مراجعة ميزانيتها وجدول نشرها. في السابق ، خططت ناسا لتجميع البوابة القمرية في مدار حول القمر قبل القيام بأي عمليات هبوط. كان من المقرر أن يبدأ هذا في عام 2022 مع نشر عنصر القوة والدفع (معدات الوقاية الشخصية) الخاصة بالبوابة ، والتي سيتم إطلاقها كجزء من أرتميس الثاني بعثة.
العناصر الأخرى - المخفر الاستيطاني واللوجستي (HALO) ، و وحدة خدمة ESPRIT ، و ال وحدة الإسكان الدولية (iHAB) - سيتم تسليمها بين عامي 2024 و 2027. نظام الهبوط البشري (HLS) بحلول هذا الوقت ، تليها مهمة مأهولة إلى السطح بحلول عام 2028. ومع ذلك ، أجبر الموعد النهائي 2024 للمهمة المأهولة ناسا على إعادة النظر في استخدام البوابة على الإطلاق.
بحلول مارس من عام 2020 ، قررت وكالة ناسا أن بوابة القمر لم تكن ضرورية لتنفيذ الجدول الزمني الجديد لمشروع Artemis وأعلنت أنه لم تعد أولوية . صدر القرار من قبل دوغ لوفيررو ، المدير المساعد لوكالة ناسا مديرية مهمة الاستكشاف والعمليات البشرية (HEO-MD) في ذلك الوقت ، كجزء من خطتهم 'لإزالة المخاطر' من المهام الإلزامية المرتبطة بـ Artemis.
تم التعبير عن هذه المشاعر من قبل دوغ لوفيررو ، الذي حل محل William Gerstenmaier في يوليو 2019 كجزء من تغيير مصمم لتسريع التقدم مع SLS وبرنامج Artemis بشكل عام. كما أوضح لوفيررو خلال اجتماع لجنة العلوم التابعة لمجلس ناسا الاستشاري (الذي عقد يوم الجمعة ، 13 مارس) ، فقد كان يعمل على 'إزالة المخاطر' أرتميس حتى تتمكن ناسا من التركيز على تلبية الأهداف الإلزامية لأرتميس والموعد النهائي المحدد لها في عام 2024.
وهذا يعني أن وكالة ناسا وشركائها التجاريين كانوا بحاجة إلى التوصل إلى استراتيجية جديدة لهبوط رواد الفضاء على القمر. تضمنت الخيارات المطروحة الآن على الطاولة مركبة هبوط مستهلكة يمكن دمجها مع كبسولة أوريون أو المحطة. لتطوير هذا HLS ، تعاقدت ناسا سبيس اكس و الأصل الأزرق ، و ديناميكيات ، كجزء من Next Space Technologies for Exploration Partnerships (NextSTEP-2) .
كما هو الحال ، تخطط ناسا لإرسال رواد فضاء إلى القمر في عام 2024 ثم نشر بوابة القمر مع بعثات أرتميس اللاحقة. سيسمح لهم ذلك بإرسال 'المرأة الأولى والرجل التالي' إلى القمر بحلول عام 2024 مع تحقيق الهدف طويل المدى المتمثل في إنشاء برنامج 'لاستكشاف القمر المستدام' (أي البعثات المنتظمة التي تكون أطول مدتها).
لتقييم أي نظام HLS سيكون الأمثل لبعثات Artemis ، طور Latshyev وزملاؤه سلسلة من نماذج الفحص الرياضية والمعمارية لتقييم الخيارات المختلفة لإرسال طاقم مكون من أربعة أفراد في مهمة تستغرق سبعة أيام إلى القمر. وشمل ذلك تصميمًا مكونًا من مرحلتين لمركبة الهبوط ، على غرار الوحدة القمرية التي استخدمها رواد فضاء أبولو.
مفهوم الفنان عن الإستراتيجية المثلى للسفر 'الميل الأخير' إلى القمر. الائتمان: Skoltech
تتألف مركبات الهبوط هذه من وحدة الهبوط والصعود ، والتي ستُترك الأولى منها على سطح القمر. ثم أخذ لاتشيف وزملاؤه في الاعتبار في مداربوابة، والتي تخطط ناسا لوضعها في مدار هالة L2 قريب من المستقيم ، وكمية الوقود اللازمة. في المجموع ، قاموا بمراجعة 39 نوعًا مختلفًا من HLS في المستقبل ووزن الفوائد المحتملة مقابل التكاليف المحتملة.
في النهاية ، توصلوا إلى بعض الاستنتاجات ، اعتمادًا على ما إذا كانت المركبة ستسافر مع مركبة أوريون الفضائية (قابلة للاستهلاك) أو مدمجة مع بوابة القمر (قابلة لإعادة الاستخدام). بشكل عام ، وجدوا أن أفضل خيار للقيام بمهام قصيرة من نوع 'طلعة جوية' من وإلى سطح القمر كانت وحدة قابلة لإعادة الاستخدام بمرحلة واحدة تعتمد على الأكسجين السائل والهيدروجين السائل (LOX / LH2). كما أوضح لاتيشيف في Skoltech الأخير مقال إخباري :
'من المثير للاهتمام ، أن دراستنا توصلت إلى أنه ، حتى مع المحطة المدارية ، إذا تم النظر في المركبات القابلة للاستهلاك بالكامل ، فمن المتوقع أن يكون نظام الهبوط المكون من مرحلتين (الشبيه بأبولو) أقل كتلًا ، وبالتالي ، تكاليف أقل - أي نوع من يعيد تأكيد قرار أبولو. ومع ذلك ، فإن إعادة الاستخدام يغير ذلك.
'على الرغم من أن المركبات ذات المرحلة الأولى والثالثة في هذه الحالة لا تزال أثقل من المرحلة الثانية ، إلا أنها تسمح بإعادة استخدام المزيد من' كتلة السيارة '(حوالي 70-100٪ مقارنة بحوالي 60٪ للمرحلتين الخيار) مرارًا وتكرارًا ، وبالتالي توفير المال على إنتاج وتسليم مركبات جديدة إلى المحطة المدارية وجعل الرحلات القمرية أرخص. '
رسم توضيحي للفنان لبدلة الفضاء الجديدة التي تصممها ناسا لرواد فضاء أرتميس. إنها تسمى xEMU ، أو وحدة التنقل خارج المركبة الاستكشافية. حقوق الصورة: ناسا
ومع ذلك ، أشار لاتيسيف وزملاؤه أيضًا إلى أن هذا تحليل أولي لا يأخذ في الاعتبار العوامل الأخرى. وتشمل هذه سلامة الطاقم ، واحتمال نجاح المهمة ، والاعتبارات المتعلقة بمخاطر إدارة المشروع. سيتطلب تقييم بنية المهمة التي تأخذ هذه الأمور في الاعتبار نمذجة أكثر تفصيلاً في مرحلة لاحقة من البرنامج.
يأمل الفريق في توسيع نطاق تحليلهم في المستقبل لأخذها في الاعتبار ، والذي سيكون ممكنًا مع تحديد المزيد من معلمات المهمة. ولكن كما أوضح لاتيسيف ، فإن سلامة الطاقم هي أهم اعتبار عندما يتعلق الأمر بتصميم HLS - أو أي نظام فضائي مصنّف من قبل الإنسان ، لهذه المسألة:
'يمكن أن يؤثر عامل الأمان هذا على النتائج بأي طريقة. على سبيل المثال ، قد توفر الحلول متعددة المراحل فرصًا أكثر أمانًا للعودة في حالة الطوارئ في المدار القمري لوقوف السيارات قبل الهبوط إلى السطح مقارنة بنظام المرحلة الأولى 'الفائز': يمكن استخدام مركبة الهبوط أو الصعود من أجل العودة في حالة الأنظمة المكونة من 3 مراحل و 2 مرحلة بدلاً من المرحلة الفردية لنظام المرحلة الأولى. في الوقت نفسه ، من المتوقع أن تكون أنظمة مرحلتين و 3 مراحل أكثر تعقيدًا وبالتالي يكون لها مخاطر أعطال أكثر ، بدلاً من حل المرحلة الأولى الأبسط. لذلك هناك مقايضة مرة أخرى '.
نظرًا للتحول الأخير في السياسة ، قد تظهر بعض التفاصيل حول برنامج Artemis في الهواء. ومع ذلك ، في وقت سابق من هذا الشهر ، إدارة بايدن أعلن مصادقتها من برنامج Artemis. عودة في شهر فبراير ، فوضوا أيضًا ناسا لبدء بناء البوابة في مايو من عام 2024 (على أقرب تقدير) ، والتي ستشمل نشر عناصر معدات الوقاية الشخصية و HALO معًا باستخدام صاروخ فالكون هيفي واحد.
إذا نجحت ، فهذا يعني أن جوهر البوابة سيكون في مدار حول القمر حوالي خمسة أشهر قبلأرتميس الثالثوصول المهمة. على هذا النحو ، فمن الرهان الجيد أن 'أول امرأة والرجل التالي' يمشيان على سطح القمر سيستخدمان HLS قابل لإعادة الاستخدام للوصول إلى هناك. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فحينئذٍ سينتظر المسبار القابل لإعادة الاستخدام المهام اللاحقة بينما يستخدم طاقم Artemis III نظامًا قابلًا للاستهلاك.
في كلتا الحالتين ، لن يحدث مشروع Artemis بدون HLS القابل لإعادة الاستخدام والذي يظهر عاجلاً أم آجلاً.
قراءة متعمقة: سكولتك و قانون الملاحة الفضائية