斯科尔科沃科技学院 学分:斯科尔科沃科技学院 斯科特和麻省理工学院的研究人员分析了几十个选项，从性能和成本方面选择了未来登月任务“最后一英里”的最佳选项——实际上是将宇航员送上月球表面，并回到绕月空间站的安全位置
这篇论文发表在《宇航学报》上
自从1972年12月阿波罗17号的船员离开月球表面以来，人类一直渴望重返月球
2017年，美国政府启动了阿耳忒弥斯计划，旨在到2024年将“第一个女人和下一个男人”带到月球南极
阿尔特弥斯任务将使用一个新的轨道平台，被称为月球通道，这将是一个永久性的空间站，可重复使用的模块将把宇航员带回月球
这种新方法要求重新分析最佳着陆方法；与美国国家航空航天局签约设计可重复使用着陆舱的私人公司正在进行这项研究，但他们的发现并未公之于众
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学生基尔·拉特谢夫博士
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学生尼古拉·加扎尼蒂、副教授亚历山德罗·戈尔卡尔和麻省理工学院的爱德华·克劳利开发了数学模型，以评估未来阿耳忒弥斯任务中人类着陆系统最有前途的选择
例如，阿波罗计划使用两级结构，当阿波罗登月舱，包括下降和上升模块，能够携带两个人到月球表面和备份，留下下降模块
该小组假设月球之门位于L2的直线光环轨道附近，这是目前的首选方案，让空间站以更容易在月球南极着陆的方式绕L2拉格朗日点运行
他们还模拟了一个由四名宇航员组成的探险队，他们将在月球上度过大约七天
科学家们考虑了系统的最佳级数和首选推进剂
总的来说，他们研究了未来人类登月系统的39个变体，也模拟了最有希望的选择的成本
该团队经历了一个全面的方法来评估月球人着陆器的替代概念，使用建筑筛选模型查看了大量的选项
他们首先确定了要采取的一系列关键的建筑决策，例如着陆器每一级的级数和推进剂类型
他们将信息组织成数学模型，并对不同体系结构决策的组合所产生的替代体系结构进行了全面的计算探索
最后，他们分析了由此产生的贸易空间，并确定了与人类月球着陆器设计相关的利益相关者考虑的首选架构
他们的分析表明，对于阿波罗计划中使用的一次性着陆系统，两级结构确实是最有利的，因为它既有较低的总干质量和推进剂载荷，又有较低的每次发射成本
然而，对于为阿尔特弥斯计划计划的可重复使用的运载工具，1级和3级系统的优势很快变得相当
考虑到论文中的所有假设，许多短期“出击”型月球任务的“最终”赢家是运行在液氧和液氢(液氧/LH2)上的一级可重复使用舱
作者指出，这是一个初步的分析，没有考虑到机组人员的安全、任务成功的概率以及项目管理风险的考虑——这些将需要在项目的后期阶段进行更精细的建模
基尔·拉特谢夫指出，对于阿波罗计划，美国宇航局的工程师做了类似的分析，选择了两级登月舱
然而，当时登月任务的整体架构是不同的
它没有轨道月球站来保持登月舱在两次任务之间，这意味着所有的ALM飞行应该直接从地球上进行
这也意味着使用完全可消耗的登月舱(每个任务都有一个新的运载工具)，而不是现在考虑的可重复使用的
除此之外，如果没有月球站，目前的选择之一——三级着陆系统——根本不可能实现
“有趣的是，我们的研究发现，即使有轨道空间站，如果考虑到完全可消耗的运载工具，那么二级(类似阿波罗)着陆系统仍有望具有更小的质量，因此成本更低——这在某种程度上再次证实了阿波罗的决定
然而，可重用性改变了这一点
虽然在这种情况下，1级和3级运载工具仍然比2级运载工具重，但它们允许反复重复使用更多的“运载工具质量”(大约70-100%，而2级运载工具的质量约为60%)，从而节省了生产和向轨道站交付新运载工具的资金，并使登月任务潜在地更便宜，”拉特谢夫说
他补充道，宇航员的安全考虑是设计载人航天系统的一个重要因素，而作者们在他们的研究中并没有考虑到这一点
“这个安全系数会以任何一种方式影响结果
例如，与我们的“赢家”一级系统相比，多级解决方案在降落到地面之前，在月球轨道停车紧急情况下可能提供更多的安全返回机会:在3级和2级系统的情况下，下降或上升飞行器可以用于返回，而不是1级系统的单级
与此同时，两级和三级系统预计会更复杂，因此与更简单的一级解决方案相比，会有更大的故障风险
所以又有了一个权衡，”拉特谢夫解释道
该团队计划在未来扩展这项工作，全面探索未来载人航天探月计划所需的整个探测基础设施的系统架构
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