|
Открывается первый лунопорт
|
|
|
|
На Луне открывается первый аэропорт, и там скоро начнется оживление. В течение следующих двух десятилетий планируемый НАСА "Врата" — первый лунный космопорт человечества — может стать оживленным центром для капсул с экипажами "Орион", лунных посадочных аппаратов, грузовых транспортных средств и астронавтов, путешествующих между Землей, Луной и, в конечном счете, пунктами назначения в неизведанных глубинах.
|
|
|
|
Но в этом аэропорту не будет бетонных взлетно-посадочных полос, забитых самолетами, мигающих огней рулежных дорожек или хриплого голоса по внутренней связи, объявляющего: "Ваши ворота поменялись". Вместо этого Gateway будет работать на невидимом шоссе, где схемы движения записаны в элегантных математических правилах, которые отслеживают гравитационные перекрестки Земли, Луны и дальнего космоса.
|
|
|
|
Кто-то должен управлять движением, и именно здесь на помощь приходит небесное управление воздушным движением.
|
|
|
|
Команда инженеров из Техасского университета A&M, Космического центра имени Джонсона НАСА и Университета Пердью разработала алгоритмы и оперативные стратегии для управления сценариями зависания космических аппаратов и орбитальным движением вокруг Gateway.
|
|
|
|
|
|
|
Иными словами, исследователи разработали математическое руководство по управлению полётом и орбитальные «правила дорожного движения» для нескольких космических аппаратов, чтобы они могли безопасно сосуществовать в одной из самых сложных сред, когда-либо рассматривавшихся для освоения человеком. Это позволит будущим миссиям создать более безопасную и предсказуемую систему движения вокруг Луны.
|
|
|
|
Результаты исследования, опубликованные в журнале Acta Astronautica, позволяют найти баланс между топливной экономичностью и эксплуатационными требованиями, снижая при этом риск столкновения космических аппаратов во время полётов.
|
|
|
|
«Будущее освоения Луны зависит не только от управления космическим движением, но и от ракетостроения», — говорит доктор Диана Дэвис, доцент кафедры космической инженерии в Инженерном колледже Техасского университета A&M и автор исследования.
|
|
Гравитационная ловушка
|
|
|
|
Чтобы обеспечить постоянное присутствие человека на Луне, нужно не просто добраться туда первым, но и создать инфраструктуру, которая позволит космическим аппаратам безопасно сосуществовать на одной и той же невидимой трассе, проложенной самой гравитацией.
|
|
|
|
Для «Гейтвея» и прибывающих к нему космических аппаратов эта небесная трасса называется почти прямолинейной гало-орбитой, или ПГА.
|
|
|
|
«Почти прямолинейная гало-орбита “Гейтвея” — это почти стабильная и сильно вытянутая орбита вокруг Луны, которая обеспечивает непрерывную связь с Землёй и требует небольшого количества топлива для поддержания орбиты», — говорит Дэвис.
|
|
|
|
В чём подвох? Космические аппараты Gateway, движущиеся по этой яйцеобразной орбите, будут вовлечены в безжалостную гравитационную борьбу за перетягивание каната, следуя за меняющимся притяжением Земли и Луны.
|
|
|
|
И сама орбита не похожа ни на что из того, что люди использовали для пилотируемых космических аппаратов раньше: она пролетает в пределах 1000 миль (1600 километров) от северного полюса Луны, а затем возвращается обратно почти на 40 000 миль (64 000 километров) за ее южным полюсом.
|
|
|
|
Для одной космической станции достаточно случайных включений двигателя, чтобы не сбиться с курса. Но если учесть, что прибывающая капсула с экипажем Orion, грузовой корабль без экипажа и массивный лунный модуль пытаются пристыковаться или припарковаться в одном и том же районе, задача состоит в том, чтобы убедиться, что все и вся находятся в безопасности и не мешают друг другу.
|
|
|
|
"Возможны столкновения и серьезные повреждения. Для обеспечения безопасности экипажа и успеха миссии эффективное управление движением в NRHO имеет решающее значение", - сказал Дэвис.
|
|
|
|
Эффективное управление движением сводится к обманчиво простой концепции: "зависание", или тщательная хореография позиционирования космического аппарата.
|
|
|
|
"Зависание в космосе означает поддержание космического аппарата относительно определенной орбиты или траектории без немедленного выполнения маневра", - сказал Дэвис.
|
|
|
|
Представьте себе, что это оживленный аэропорт. Некоторые самолеты садятся у выхода на посадку, другие остаются на рулежной дорожке, а третьи кружат над головой в ожидании разрешения.
|
|
|
|
В случае с Gateway идея аналогична. Перед стыковкой или отправлением космическим кораблям, возможно, придется ждать часами, днями или даже неделями, пока не освободится порт или не завершится другая миссия.
|
|
|
|
Разница в том, что здесь нет взлетно-посадочной полосы, ничто не стоит на месте, и ставки намного выше.
|
|
|
|
"Каждый космический корабль постоянно находится в движении", - сказал Дэвис. "Это зона Златовласки, где транспортные средства "припаркованы" достаточно далеко друг от друга, чтобы быть в безопасности, но достаточно близко к месту назначения, чтобы эффективно использовать ресурсы".
|
|
|
|
Поиск этого оптимального варианта и лежит в основе исследования команды.
|
|
|
|
Используя тысячи компьютерных симуляций, исследователи протестировали стратегии, позволяющие аккуратно распределять транспортные средства вокруг Gateway, учитывая реалистичные навигационные ошибки, недостатки двигателей и даже небольшие помехи, ожидаемые во время будущих миссий Artemis.
|
|
|
|
Они обнаружили, что незначительное увеличение маневров удержания станции позволяет космическим аппаратам оставаться значительно ближе к намеченным позициям, требуя лишь небольших изменений в использовании топлива.
|
|
|
|
"Большая точность определения местоположения означает, что планировщики миссий могут лучше прогнозировать, где будет находиться каждый космический аппарат, сохраняя ценное топливо", - сказал Дэвис.
|
|
|
|
Такая предсказуемость облегчает координацию расписания стыковок, упрощает планирование операций по сближению, а также повышает безопасность полетов с экипажами и роботами.
|
|
|
|
"Каждый маневр имеет свои издержки", - сказал Дэвис. "Точно так же, как управление воздушным движением на Земле, космическим кораблям нужны предсказуемые положения и траектории для безопасной координации их движений".
|
|
|
|
Предсказуемость также значительно облегчает управление сложной хореографией прибытия и отправления космических аппаратов.
|
|
|
|
Таким образом, вместо того, чтобы блуждать самостоятельно, космические корабли-гости будут находиться с тщательно рассчитанными интервалами позади или впереди шлюза, пока не настанет их очередь стыковаться или отправляться в путь, выстраиваясь в то, что исследователи называют "ниткой жемчуга".
|
|
|
|
"Подобно расположению жемчужин на нитяном ожерелье, космические аппараты могли бы естественным образом располагаться вдоль лунной орбиты и относительно Врат", - сказал Дэвис. "Поддержание неподвижного транспортного средства относительно Врат обеспечивает более плотное построение и снижает риск того, что транспортные средства будут дрейфовать в опасной близости друг от друга".
|
|
|
|
Это может показаться незначительным улучшением, но на самом деле это не так.
|
|
|
|
"Это начало нового вида управления дорожным движением", - сказал Дэвис. "Это захватывающий рубеж в планировании инфраструктуры для всей транспортной системы".
|
|
|
|
Для Дэвиса проектирование космического движения и орбитальных операций - это гораздо больше, чем теоретическое упражнение; это дисциплина, основанная на многолетнем планировании реальных полетов и исследованиях в области астродинамики.
|
|
|
|
Прежде чем в 2026 году поступить на аэрокосмический факультет Техасского университета A&M, Дэвис более десяти лет проработала в космическом центре имени Джонсона НАСА, где она работала главным инженером и руководителем проектирования миссии Gateway.
|
|
|
|
Сейчас, в качестве доцента, она занимается продвижением исследований в области окололунной астродинамики и управления космическим движением, одновременно готовя следующее поколение студентов, которые однажды приведут человечество к постоянному поселению на Луне.
|
|
|
|
"Ничто так не волнует меня, как обучение и развитие будущих инженеров и ученых", - сказал Дэвис. "Это невероятная возможность, потому что именно они будут планировать лунные миссии и управлять космическим движением для человечества за пределами Земли".
|
|
|
|
Однажды путешествие на Луну может стать таким же рутинным, как перелет самолетов через континенты. Когда это будущее наступит, оно начнется не со следующей исторической посадки или гигантского запуска — оно начнется с простой математики, которая решит, кто ждет, кто движется и как человечество поддерживает движение транспорта почти в 240 000 милях (386 000 км) от дома.
|
|
|
|
Источник
|
