Pesawat ruang angkasa dapat mengangkut astronot dan perbekalan ke dan dari Bulan secara teratur

Beberapa badan antariksa berencana untuk mengirim astronot, kosmonot, dan kosmonot ke Bulan di tahun-tahun mendatang, dengan tujuan jangka panjang untuk membangun kehadiran manusia secara permanen di sana. Ini termasuk NASA program Artemis, yang bertujuan untuk membangun “program eksplorasi dan pengembangan bulan yang berkelanjutan” pada akhir dekade ini. Ada juga pesaing Chinese Russo Stasiun Penelitian Lunar Internasional (ILRS) untuk membuat serangkaian fasilitas “di permukaan dan/atau di orbit Bulan” yang akan memungkinkan penelitian yang menguntungkan.

Selain program-program yang dipimpin oleh lembaga pemerintah, ada banyak perusahaan dan lembaga swadaya masyarakat yang berharap dapat melakukan perjalanan rutin ke bulan, baik untuk “pariwisata bulan” dan pertambangan, atau untuk konstruksi.Desa Internasional BulanIni akan berfungsi sebagai penerus spiritual untuk Stasiun ruang angkasa Internasional (ISS). Rencana ini akan membutuhkan pemindahan banyak kargo dan barang antara Bumi dan Bulan selama dekade berikutnya, yang bukanlah tugas yang mudah. Untuk mengatasi hal ini, tim peneliti AS/Inggris baru-baru ini merilis makalah penelitian Pada lintasan optimal untuk perjalanan antara Bumi dan Bulan.

Tim terdiri dari Profesor Emeritus Thomas Carter dari Universitas Negeri Connecticut Timur dan Profesor Ilmu Matematika Meyer nyaman dari Institut Politeknik Worcester. Untuk studi mereka, the prepress Yang tersedia secara online, Carter dan Homey meneliti bagaimana pesawat ulang-alik dapat mengangkut pasokan ke pos terdepan bulan dan membawa sumber daya yang ditambang dari permukaan. Berdasarkan perhitungan mereka, mereka menyimpulkan bahwa lintasan yang menempatkan pesawat ulang-alik pada orbit elips dan mengurangi kebutuhan daya dorong akan menjadi optimal.

Selama perlombaan luar angkasa, NASA dan program luar angkasa Soviet mengandalkan lintasan kembali bebas untuk mengirim misi ke bulan. Ini terdiri dari penggunaan gravitasi bulan untuk melakukan manuver angka delapan yang mengakibatkan pesawat ruang angkasa kembali ke rumah dengan modifikasi orbit minimal (mengurangi jumlah bahan bakar yang dibutuhkan). Orbit misi Artemis akan serupa dengan misi Apollo pendahulunya karena mereka juga akan melakukan penerbangan angka delapan yang diakhiri dengan “splashdown” ke laut.

Dengan kata lain, misi ini akan menjadi perjalanan satu arah. Tapi selain mengembalikan astronot ke Bulan, merakit Lunar Gateway, dan mendirikan Artemis Basecamp di permukaan, tujuan jangka panjangnya adalah menggunakan infrastruktur Artemis untuk membangun kehadiran manusia secara permanen di Bulan. Ada juga kebutuhan untuk menjaga biaya tetap hemat, yang membuat peluncuran muatan berat dari permukaan ke bulan menjadi tidak efektif. Seperti yang dijelaskan rekan penulis Profesor Homey kepada Universe Today melalui email, proposal mereka membayangkan sebuah pesawat ulang-alik yang mengorbit Bumi dan Bulan:

“satu dari [the ISS’] “Fungsinya” adalah untuk menghindari pengiriman muatan besar ke orbit rendah Bumi. Sebagai gantinya, kami mengirim “kapsul” dengan perbekalan dan penggantian ke para astronot. untuk mencapai [lunar settlements] Dengan biaya terendah, kita membutuhkan sesuatu yang mirip dengan Stasiun Luar Angkasa Internasional tetapi mengorbit Bumi dan Bulan. Pesawat ulang-alik ini tidak akan pernah mendarat di Bumi atau Bulan. Kapsul dari Bumi akan menempel padanya saat berada di dekat Bumi, demikian pula kapsul dari Bulan akan menempel padanya saat berada di dekat Bulan. Ini akan menghindari kebutuhan untuk mengangkat muatan besar dari Bumi atau Bulan, dan ini akan menghemat banyak uang dan sumber daya.”

Namun, pesawat ulang-alik membutuhkan mesin dan propelan untuk menjaga pesawat ulang-alik itu tetap mengorbit karena mengalami gangguan gravitasi (dari Bumi, Bulan, dan Matahari). Sementara pesawat ulang-alik tidak memerlukan pendorong besar dan tangki bahan bakar yang diperlukan untuk melepaskan diri dari gravitasi bumi, mesin dan bahan bakar menambahkan massa dalam jumlah besar ke misi, menaikkan biaya. Untuk mengatasinya, Homey dan Carter mempertimbangkan manuver yang akan mengurangi konsumsi bahan bakar sambil tetap memungkinkan pesawat ulang-alik mengorbit sistem Bumi-Bulan dalam waktu yang wajar.

“Proses yang kami gunakan untuk mendapatkan hasil kami adalah mengembangkan model matematika yang sesuai berdasarkan gaya gravitasi Bumi dan Bulan (dan Matahari) yang memengaruhi orbit pesawat ulang-alik,” kata Homey. Dengan pemikiran ini, mereka memutuskan bahwa orbit melingkar, elips dengan perihelion dekat Bumi dan apogee di luar Bulan akan menjadi jalur yang optimal. Hanya daya dorong minimal yang diperlukan untuk koreksi arah, menghilangkan efek gravitasi matahari di luar bidang, yang selanjutnya dapat dikurangi dengan memastikan bahwa eksentrisitas orbit tetap mendekati nol.

Jenis pesawat ulang-alik dan lintasan ini, kata Homey, diperlukan untuk rencana apa pun untuk membentuk manusia permanen
di Bulan, tetapi juga dapat mengarah pada ekonomi Bumi-Bulan yang berkembang pesat:

Saat ini, ada rencana untuk mendirikan “pos” permanen di permukaan bulan. Pos terdepan ini membutuhkan pasokan dari Bumi agar berfungsi dengan baik (makanan, komputer medis, suku cadang robot, dll.) dan mekanisme untuk menggantikan astronot). Pada saat yang sama, ia akan mengembalikan unsur-unsur yang sangat kurang di Bumi (misalnya, helium-3) ke Bumi dan yang, menurut semua perhitungan teoretis, merupakan bahan bakar untuk reaktor fusi.

dengan tanda tangan Undang-Undang Daya Saing Peluncuran Ruang Komersial AS pada tahun 2015 dan Undang-Undang Daya Saing Peluncuran Ruang Komersial AS Untuk tahun 2020, pemerintah AS telah memperjelas bahwa aktivitas komersial di bulan akan mencakup ekstraksi sumber daya. Selain mengamankan sumber daya mineral (seperti logam tanah jarang yang penting untuk elektronik dan perangkat digital), para ilmuwan telah memimpikan suatu hari ketika sumber helium-3 bulan akan berguna karena akan memungkinkan penggunaan fusi secara luas. reaktor untuk memenuhi kebutuhan energi kita. Homey dan Carter memasukkan peringatan dalam studi mereka, mengatakan hasil mereka akan membutuhkan pengujian dan validasi lebih lanjut. Seperti dicatat di kesimpulan:

“Seharusnya mungkin untuk merancang sistem kontrol yang akan mengembalikan pesawat ruang angkasa ke orbit yang ditentukan untuk mengkompensasi gangguan yang tidak diperhitungkan dalam analisis. Dapat dikatakan bahwa orang dapat menebak bahwa orbit melingkar pesawat ulang-alik memberikan orbit yang optimal dalam hal daya dorong. Tetapi orbit ini memiliki jalur dengan panjang maksimum. Oleh karena itu, hasil yang diperoleh dalam makalah ini meskipun mungkin ‘secara intuitif jelas’ belum tentu jelas”.

Bacaan lebih lanjut: arXiv