До конца этого десятилетия НАСА планирует вернуть астронавтов на Луну впервые со времен эры Аполлона и построить необходимую инфраструктуру, чтобы продолжать отправлять их обратно. И вряд ли они будут одни. Помимо программы НАСА «Артемида», Европейское космическое агентство также планирует отправить астронавтов на Луну и создать там постоянную среду обитания («Лунная деревня»), а Китай и Россия работают над созданием Международной лунной исследовательской станции (ILRS). Многочисленные коммерческие космические компании также будут обеспечивать транспортировку экипажей, грузы и логистические услуги. Все это произойдет в южном полярном регионе Луны, топографически сложном регионе, характеризующемся кратерами, постоянно затененными областями (PSR) и холмистыми склонами. Эта местность может оказаться трудной для экипажей, осуществляющих выход в открытый космос вдали от посадочных площадок и мест обитания.
В недавнем исследовании международная группа исследователей использовала данные лунного разведывательного орбитального аппарата НАСА (LRO) для создания подробного атласа региона, в котором учитываются все перемещения и спуски. Этот атлас может оказаться очень полезным для планировщиков миссий при выборе посадочных площадок для будущих исследований. Исследование возглавил Элой Пенья-Асенсио, научный сотрудник Института наук Испании (ICE, CSIC) и Автономного университета Барселоны (UAB). К нему присоединились коллеги из Института Лауэ-Ланжевена (ILL) в Гренобле, Института аэронавтики и астронавтики Берлинского технического университета (TUB), Индийского технологического института (IIT), Техасского университета A&M, Манчестерского университета, и Центр лунной науки и исследования при Лунном и планетарном институте (CLSE-LPI). Статья, описывающая их результаты, была недавно опубликована в журнале Acta Astronautica.
Согласно отчету под названием «Риски для здоровья человека и производительности миссий по исследованию космоса», составленному Программой человеческих исследований НАСА в 2009 году, программа «Артемида» будет в большей степени зависеть от выходов в открытый космос за пределы среды обитания или транспортного средства, находящегося под давлением, чем любая другая программа в истории космических исследований. НАСА: «ВКД потребуется для проведения запланированных научных экспедиций, сборки конструкций, выполнения номинального технического обслуживания, а также вмешательства и решения проблем за пределами аппарата, которые не могут быть решены ни роботизированно, ни дистанционно. Конечный успех будущих исследовательских миссий зависит от способности выполнять Поскольку лунные миссии планируют проводить в 30 раз больше часов выхода в открытый космос, чем в эпоху Аполлона, исследовательские миссии на Луну и Марс поставят множество новых задач в отношении здоровья, безопасности и производительности экипажа."
В то время как планировщики миссий ожидают выхода в открытый космос гораздо дольше, чем любые действия астронавтов Аполлона, понимание НАСА здоровья человека и параметров работоспособности в условиях лунной гравитации ограничивается уроками, извлеченными из эпохи Аполлона. Последующие наблюдения и исследования, связанные с выходами в открытый космос в условиях микрогравитации на борту космического корабля "Шаттл" и Международной космической станции (МКС), предоставили неоценимые уроки. Однако эти данные в основном использовались для разработки новых скафандров, таких как недавно представленный модуль Exploration Extravehicle Mobility Unit (xEMU). Тем не менее, в отчете также указывается, что количественная оценка физиологических и биомеханических переменных, связанных с подходящими видами деятельности в единичной и парциальной гравитации, ограничена. Для астронавтов, совершающих выходы в открытый космос в рамках «Артемиды III» (и последующих миссий), риски и опасности во многом зависят от исследуемого расстояния и от того, участвует ли в нем марсоход. Как сообщил Universe Today по электронной почте соавтор исследования Дэвид А. Кринг, исследователь CLSE-LPI:
«Первоначальные миссии «Артемиды» будут ограничены ходьбой. Основной проблемой в миссиях такого типа будет уклон местности. Любое перемещение должно осуществляться на уклонах менее 20 градусов. Астронавтам также будет предложено оставаться в пределах 2 километров [1,24 мили] посадочного модуля и, в идеале, держать посадочный модуль в поле зрения. После развертывания марсоходов астронавты могут путешествовать дальше от посадочного модуля. Также возможно повторное использование марсоходов в нескольких миссиях. В этом случае Хьюстон будет телеробоботически управлять марсоходами с одного астронавта место посадки на другое. Топография и уклон будут влиять на пройденный путь. Некоторые лунные горы больше, чем гора Эверест на Земле». Что необходимо для того, чтобы экипажи не утомились и не стали жертвой множества географических опасностей, характерных для местности, Кринг и его коллеги ознакомились с данными лазерного высотомера лунного орбитального аппарата LRO (LOLA), который получил 5 метров на пиксель ( 16,4 фута на пиксель) измеряет южный полярный регион Луны в 2015 году, из которого они идентифицировали 521 PSR. Затем они создали автоматизированный конвейер под названием MoonPath, который сочетает в себе подход Монте-Карло с алгоритмом пути минимальной стоимости Дейкстры для расчета путей перемещения, которые минимизируют метаболическую нагрузку.
Как отметил Кринг, эти методы были разработаны с помощью молодых ученых и студентов, готовившихся к получению докторской степени. исследования. Эти студенты присоединились к команде в Хьюстоне в рамках спонсируемой НАСА летней программы стажировок в области научных исследований, спонсируемой Виртуальным институтом исследований солнечной системы (SSERVI). Их тематическое исследование также было сосредоточено на трех потенциальных регионах посадки, официально определенных в прошлом году отделом разработки кампании Артемиды в штаб-квартире НАСА. Все эти места, обозначенные как 001, 001(6) и 004, представляют собой PSR, расположенные в основном у основания кратеров вблизи лунных полюсов. Как и другие регионы-кандидаты на посадку, они представляют значительный научный интерес из-за потенциального присутствия летучих соединений, таких как водяной лед, которые можно использовать для производства всего: от питьевой воды и газообразного кислорода до ракетного топлива. Как объяснил Пенья-Асенсио, полученный алгоритм работает с рядом ограничений, включая обход туда и обратно, минимизацию крутых склонов, избегание больших валунов и ограничение общего расстояния радиусом 2 км (1,24 мили):
«Оптимальная стратегия минимизации метаболической нагрузки — найти самый короткий и ровный маршрут. Наш инструмент оценивает свойства, с которыми астронавт может столкнуться на своем пути, такие как топографические изменения, попадание солнечного света на его тело, прямая видимость. к лунному посадочному модулю, температуре и несущей способности. Кроме того, мы оцениваем скорость и время ходьбы на основе записей миссии «Аполлон». Результатом их работы стал атлас, включивший в себя все 521 поход и спуск на ПМР южной полярной области. На основе анализа команда обнаружила, что 94% всех этих PSR доступны с края на склонах ниже 15°. Они также определили, что 20 и 19 PSR доступны с потенциальных посадочных площадок 001 и 001(6) (соответственно), четыре из которых доступны на склонах с уклоном ниже 10°, и что траверсы вокруг площадки 004 требуют большей рабочей нагрузки. Этот тип информации имеет решающее значение для оптимизации выхода астронавтов в открытый космос и определения доступных целей для научных операций.
Как они указывают в своей статье, трубопровод и атлас траверса могут использоваться для поддержки планирования миссий по сбору образцов льда и летучих веществ и решения основных научных приоритетов. Его также можно использовать для расчета маршрутов космонавтов с минимальной рабочей нагрузкой к любым другим геологическим и исследовательским целям в пределах АЭЗ или в другом месте на Луне. Как резюмировал Кринг: «Инструмент планирования, разработанный командой, улучшит нашу способность планировать геологические походы, которые астронавты смогут успешно выполнить в соответствии с графиком. Этот инструмент можно использовать для уточнения отдельных предполагаемых походов. Инструмент также можно использовать в автоматизированном режиме, который позволяет команде исследовать "Созвездие вариантов перемещения и, таким образом, определить лучший из них с метаболической точки зрения. Команда разработала инструмент, чтобы помочь астронавтам Артемиды, но его также можно использовать для исследования роботизированных миссий на поверхность Луны".
