Eine Gruppe von Forschern untersuchte mithilfe mathematischer Modelle verschiedene Konfigurationen von Weltraumlandemodulen. Um herauszufinden, wie Astronauten am besten auf dem Mond landen und zur orbitalen Mondstation zurückgebracht werden können – die sogenannte „letzte Meile“ – alles im Rahmen des Artemis-Programms der NASA.
Wissenschaftler haben mathematische Modelle entwickelt, um die vielversprechendsten Mondlandeprogramme für das 2017 von der US-Regierung gestartete Artemis-Programm zu bewerten. Ziel des Programms ist es, bis 2024 Menschen am Südpol des Mondes zu landen. Als Teil des Programms ist geplant, das neue Mondorbitalplattform-Gateway Lunar Gateway als permanente Raumstation zu nutzen, von wo aus wiederverwendbare Module Astronauten zum Mond bringen. Die Umsetzung des neuen Konzepts erfordert die Entwicklung neuer Schemata für die Landung auf der Mondoberfläche.
Bei der Modellierung gingen die Forscher davon aus, dass sich die Lunar Gateway-Plattform auf einer fast geraden Linie der Halo-Umlaufbahn in der Nähe des Lagrange-Punkts L2 befinden wird - dies ist die beste Option, um die Station am Südpol des Mondes zu platzieren.
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Wissenschaftler modellierten eine Option, bei der eine Besatzung von vier Astronauten etwa sieben Tage auf dem Mond verbringen würde, wobei die Anzahl der Stufen und die Art des Treibstoffs variierten. Insgesamt wurden 39 Varianten des zukünftigen Systems der Landung eines Menschen auf dem Mond analysiert.
Zweistufige Architektur
Zunächst definierte das Team einen grundlegenden Satz architektonischer Lösungen: die Anzahl der Stufen und die Art des Treibstoffs für jede Stufe des Landers. Anschließend wurden die Daten in Form von mathematischen Modellen zusammengefasst, mit deren Hilfe die Forscher eine umfassende Untersuchung der Möglichkeiten zum Bau des Systems durchführten und verschiedene architektonische Lösungen kombinierten. In der letzten Phase wurde der erhaltene Entscheidungsraum analysiert und die besten Optionen ausgewählt, die für Spezialisten, die sich mit der Konstruktion von Mondlandemodulen befassen, von Interesse sein könnten.
Die Analyse zeigte, dass für Einwegsysteme die erfolgreichste Lösung eine zweistufige Architektur wäre. Bei wiederverwendbaren Schiffen treten jedoch schnell einstufige und dreistufige Systeme in Konkurrenz zu zweistufigen Systemen. Das erfolgreichste für kurzfristige Mondmissionen ist ein wiederverwendbares einstufiges Modul mit flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff. Die Autoren betonen jedoch, dass dies eine vorläufige Analyse ist, die die Sicherheit der Besatzung, die Wahrscheinlichkeit des Missionserfolgs und die Risiken des Projektmanagements nicht berücksichtigt.
In Zukunft planen die Wissenschaftler, den Umfang ihrer Arbeit zu erweitern und eine umfassende Untersuchung der Systemarchitektur der gesamten Forschungsinfrastruktur durchzuführen, die eine unabdingbare Voraussetzung für alle zukünftigen Programme bemannter Raumflüge zum Mond ist.
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