Il veicolo spaziale può trasportare regolarmente astronauti e rifornimenti da e verso la Luna

Diverse agenzie spaziali pianificano di inviare astronauti, cosmonauti e cosmonauti sulla Luna nei prossimi anni, con l’obiettivo a lungo termine di stabilire una presenza umana permanente lì. Questo include la NASA Programma Artemide, che mira a stabilire un “programma di esplorazione e sviluppo lunare sostenibile” entro la fine del decennio. C’è anche un concorrente russo cinese Stazione di ricerca lunare internazionale (ILRS) per creare una serie di strutture “sulla superficie e/o in orbita della Luna” che consentiranno una proficua ricerca.

Oltre a questi programmi guidati da agenzie governative, ci sono molte aziende e organizzazioni non governative che sperano di intraprendere viaggi regolari sulla luna, sia per il “turismo lunare” e per l’estrazione mineraria, sia per la costruzione.Villaggio Internazionale della LunaQuesto servirebbe come successore spirituale di Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Questi piani richiederanno lo spostamento di molti carichi e merci tra la Terra e la Luna nel prossimo decennio, il che non è un compito facile. Per risolvere questo problema, un team di ricercatori statunitensi e britannici ha recentemente rilasciato documento di ricerca Sulle traiettorie ottimali per viaggiare tra la Terra e la Luna.

La squadra era composta dal Professore Emerito Tommaso Carter da Università statale del Connecticut orientale e professore di scienze matematiche Meyer Homey da Istituto Politecnico di Worcester. Per il loro studio, il prestampa Di cui sono disponibili online, Carter e Homey hanno esaminato come una navetta potrebbe trasportare rifornimenti a un avamposto lunare e trasportare risorse estratte dalla superficie. Sulla base dei loro calcoli, hanno concluso che una traiettoria che pone lo shuttle in un’orbita ellittica e riduce i requisiti di spinta sarebbe ottimale.

Durante la corsa allo spazio, sia la NASA che il programma spaziale sovietico fanno affidamento su traiettorie di ritorno libere per inviare missioni sulla Luna. Ciò consisteva nell’utilizzare la gravità lunare per eseguire una manovra a forma di otto con il risultato che il veicolo spaziale tornava a casa con modifiche minime dell’orbita (riducendo la quantità di carburante richiesta). Le orbite delle missioni Artemis saranno simili a quelle dei loro predecessori Apollo in quanto eseguiranno anche voli a forma di otto che termineranno con uno “schizzo” nell’oceano.

In altre parole, queste missioni saranno viaggi di sola andata. Ma oltre a riportare gli astronauti sulla Luna, assemblare il Lunar Gateway e allestire Artemis Basecamp in superficie, l’obiettivo a lungo termine è utilizzare l’infrastruttura Artemis per stabilire una presenza umana permanente sulla Luna. C’è anche la necessità di mantenere le cose convenienti, il che rende inefficace il lancio di carichi utili pesanti dalla superficie alla luna. Come ha spiegato il coautore Professor Homey a Universe Today via e-mail, la loro proposta prevede una navetta in orbita attorno alla Terra e alla Luna:

“uno di [the ISS’] Le “funzioni” servono per evitare di inviare grandi carichi utili nell’orbita terrestre bassa. Invece, inviamo “capsule” con rifornimenti e sostituzioni agli astronauti. realizzare [lunar settlements] Al minor costo, abbiamo bisogno di qualcosa di simile alla Stazione Spaziale Internazionale ma in orbita attorno alla Terra e alla Luna. Questa navetta non atterrerà mai sulla Terra o sulla Luna. Le capsule della Terra si attaccheranno ad esso quando sarà vicino alla Terra, e allo stesso modo, le capsule della Luna si attaccheranno ad esso quando sarà vicino alla Luna. Ciò eviterà la necessità di sollevare grandi carichi dalla Terra o dalla Luna, e questo farà risparmiare un sacco di soldi e risorse”.

Tuttavia, lo shuttle avrà bisogno di motori e propellenti per mantenerlo in orbita perché è soggetto a perturbazioni gravitazionali (dalla Terra, dalla Luna e dal Sole). Mentre una navetta non richiederebbe i massicci propulsori e serbatoi di carburante necessari per liberarsi dalla gravità terrestre, i motori e il carburante aggiungono grandi quantità di massa alla missione, aumentando i costi. Per risolvere questo problema, Homey e Carter hanno preso in considerazione manovre che avrebbero ridotto il consumo di carburante pur consentendo allo shuttle di orbitare attorno al sistema Terra-Luna in un ragionevole lasso di tempo.

“Il processo che abbiamo utilizzato per ottenere i nostri risultati è stato quello di sviluppare modelli matematici appropriati basati sulle forze gravitazionali della Terra e della Luna (e del Sole) che influenzano l’orbita dello shuttle”, ha affermato Homey. Con questo in mente, hanno deciso che un’orbita circolare ed ellittica con un perielio vicino alla Terra e un apogeo oltre la Luna sarebbe stato il percorso ottimale. Sarebbe necessaria solo una spinta minima per le correzioni di rotta, eliminando gli effetti gravitazionali solari fuori dal piano, che potrebbero essere ulteriormente ridotti assicurando che l’eccentricità orbitale rimanga vicino allo zero.

Questo tipo di navetta e traiettoria, ha detto Homey, è necessario per qualsiasi piano per stabilire un essere umano permanente
sulla Luna, ma potrebbe anche portare a una fiorente economia Terra-Luna:

Al momento, ci sono piani per stabilire un “avamposto” permanente sulla superficie della luna. Questo avamposto avrà bisogno di rifornimenti dalla Terra per funzionare correttamente (cibo, computer medici, parti per robot, ecc.) e un meccanismo per sostituire gli astronauti). Allo stesso tempo, restituirà alla Terra gli elementi che sono così carenti sulla Terra (ad esempio l’elio-3) e che, secondo tutti i calcoli teorici, sono il combustibile per il reattore a fusione.

con una firma Legge sulla competitività del lancio nello spazio commerciale degli Stati Uniti nel 2015 e Legge sulla competitività del lancio nello spazio commerciale degli Stati Uniti Per il 2020, il governo degli Stati Uniti ha chiarito che le attività commerciali sulla luna includeranno l’estrazione di risorse. Oltre a garantire risorse minerarie (come i metalli delle terre rare che sono vitali per l’elettronica e i dispositivi digitali), gli scienziati hanno sognato un giorno in cui le fonti lunari di elio-3 sarebbero tornate utili perché consentirebbero l’uso diffuso della fusione reattori per soddisfare il nostro fabbisogno energetico. Homey e Carter hanno incluso un avvertimento nel loro studio, affermando che i loro risultati richiederebbero ulteriori test e convalide. Come notato in conclusioni:

“Dovrebbe essere possibile ideare un sistema di controllo che riporterà il veicolo spaziale all’orbita specificata per compensare le perturbazioni che non vengono prese in considerazione nell’analisi. Si potrebbe dire che si potrebbe supporre che l’orbita circolare dello shuttle fornisce l’orbita ottimale in termini di spinta. Ma questa orbita ha un percorso con una lunghezza massima. Ne consegue che il risultato ottenuto in questo lavoro sebbene possa essere ‘intuitivamente ovvio’ non è necessariamente ovvio”.

Ulteriori letture: arXiv