Где было бы наиболее подходящее место для посадки экипажа Artemis III в системе Human Landing System (HLS) компании SpaceX? Это то, что надеется решить недавнее исследование, представленное Acta Astronautica и доступное на сервере препринтов arXiv, поскольку международная команда ученых исследовала вероятные места посадки в районе южного полюса Луны, которое появилось после того, как НАСА отобрало 13 возможных районов посадки в августе 2022 года, и обладает потенциалом для применения новых методов в этой области. а также определение мест посадки для будущих миссий.
Здесь Universe Today обсуждает это исследование с доктором Хуаном Мигелем Санчесом-Лозано из Технического университета Картахены и доктором Элоем Пенья-Асенсио из Политехнического университета Милана о мотивации исследования, важных результатах, причинах определения окончательного места посадки, местоположении кратера Шеклтон и о том, будет ли посадочный модуль меньше по размеру. чем бы ЗОЖ изменил результат?
Итак, какова была мотивация этого исследования?
Доктор Санчес-Лосано (Sanchez-Lozano) рассказывает в интервью Universe Today: "Нашей мотивацией было внести свой вклад в процесс выбора места посадки Artemis III, впервые применив методы, хорошо зарекомендовавшие себя в других областях исследований, в контексте исследования космоса.
"В частности, мы определили, что геоинформационные системы в сочетании с методологиями многокритериального принятия решений (GIS-MCDM) могут принести значительную пользу при оценке и определении приоритетов потенциальных посадочных площадок.
- Поэтому мы стремились продемонстрировать НАСА полезность этих методов и применить их на практике, определив и порекомендовав наиболее подходящие места для посадки".
Для проведения исследования исследователи использовали эти методы для анализа 1247 местоположений в пределах 13 возможных районов посадки вблизи южного полюса Луны, ранее определенных НАСА, чтобы определить наиболее точные места посадки для HLS.
Они достигли этого, объединив свои методологии GIS-MCDM с методом упорядочения предпочтений по сходству с алгоритмом идеального решения (TOPSIS) для анализа конкретных критериев: видимость лунной поверхности, зона прямой видимости для астронавтов HLS, области постоянной тени (PSR), воздействие солнечного света, прямая связь с Землей, геологические единицы, и обилие основных материалов (вулканических пород с высоким содержанием железа или магния).
Итак, каковы были наиболее важные выводы этого исследования?
Доктор Пенья-Асенсио рассказывает Universe Today: "В дополнение к демонстрации применимости MCDM для решения этих задач, наш анализ показал, что площадка DM2 (Nobile Rim 2) является оптимальной посадочной площадкой на основе таких критериев, как видимость, солнечное освещение, прямая связь с Землей, геологическое разнообразие и наличие основных материалов.
"Все девять лучших мест, выявленных в ходе нашего исследования, расположены в этом регионе. Удивительно, но это место не входит в число наиболее популярных регионов в научном сообществе".
Площадка DM2 является одним из самых удаленных районов посадки среди 13 возможных районов посадки, расположенных примерно в 250 километрах (150 милях) от кратера Шеклтон, часть последнего из которых расположена непосредственно на южном полюсе Луны. Исследователи определили точное местоположение оптимального места посадки - 84°12'5,61" северной широты и 60°41'59,61" восточной долготы, которое находится рядом с кратером PSR.
Причина, по которой кратеры PSR имеют большое исследовательское значение, заключается в том, что они настолько глубоки, что солнечный свет не проникал в их недра, возможно, миллиарды лет, что потенциально может привести к образованию отложений водяного льда.
Итак, каковы были конкретные причины выбора площадки DM2 и каковы некоторые потенциальные резервные посадочные площадки?
Доктор Санчес-Лосано (Sanchez-Lozano) рассказывает в интервью Universe Today: "Площадка DM2 обладает исключительными эксплуатационными характеристиками по нескольким ключевым критериям, включая высочайший процент солнечной освещенности, оптимальные пропорции пригодных для исследования зон скопления льда и расширенные окна связи с Землей. Сила используемой нами методологии принятия решений, в частности метода TOPSIS, заключается в ее компенсаторном характере.
"Такой подход позволяет компенсировать критерии с просто приемлемыми значениями другими критериями с отличными значениями, что приводит к всестороннему ранжированию альтернатив. Следовательно, посадочные площадки, расположенные рядом с оптимальным местоположением, также могут представлять собой весьма жизнеспособные варианты с высокой степенью приемлемости".
Что касается резервных площадок, доктор Пенья-Асенсио говорит в интервью Universe Today: "В качестве потенциальных резервных площадок мы считаем DM1 (Amundsen Rim) особенно привлекательной, поскольку она предлагает места с неизменно высокими средними показателями по всем оцениваемым параметрам. Мы также выделяем площадку 004, расположенную в центре кратера Шеклтон, которая, по нашему анализу, является одним из лучших мест для посадки".
Как уже отмечалось, одним из основных критериев для определения наиболее оптимального места посадки является HLS, которая попытается высадить первых людей на поверхность Луны впервые со времен "Аполлона-17" в 1972 году. Однако высота HLS почти в 10 раз больше, чем у посадочного модуля Apollo, и составляет 50 метров (160 футов) и 5,5 метров (17,9 футов) соответственно, что означает, что посадка более крупного космического корабля имеет свои преимущества и трудности.
Например, первоначальный проект космического корабля "Аполлон" предусматривал посадку большого космического аппарата на поверхность Луны, известную как "прямое восхождение", за использование которой изначально выступал Вернер фон Браун. Однако от метода прямого подъема отказались в пользу метода сближения на лунной орбите (LOR), который, как утверждается, менее рискован из-за того, что на поверхность Луны должен приземляться космический аппарат меньшего размера.
Следовательно, если бы использовался посадочный модуль меньшего размера, чем HLS (т.е. размером с "Аполлон"), как это повлияло бы на выбор места посадки?
Доктор Пенья-Асенсио рассказывает Universe Today: "Это напрямую повлияло бы на наши результаты, поскольку мы учитывали такие критерии, как солнечное освещение посадочного модуля, необходимое для подзарядки энергией, видимость из иллюминаторов посадочного модуля, которая помогает астронавтам выходить в открытый космос и позволяет проводить научные исследования в открытом космосе, а также прямую связь с Землей.
"Более низкий посадочный модуль может усугубить проблемы, связанные с местным рельефом, затрудняя обзор и попадание солнечного света. Однако это также может обеспечить повышенную устойчивость спускаемого аппарата (за счет уменьшения высоты его центра масс), потенциально снижая ограничения по безопасности на уклоне местности и тем самым открывая новые возможности для исследования посадочных площадок".
Поскольку места посадки для миссии Artemis III продолжают обсуждаться, в настоящее время НАСА планирует запустить Artemis II в конце следующего года с экипажем из четырех человек, который должен будет совершить облет Луны и вернуться на Землю, как "Аполлон-8" в декабре 1968 года.
Кроме того, коммерческая космическая индустрия предпринимает собственные попытки совершить посадку вблизи южного полюса Луны с помощью предстоящей миссии IM-2, любезно предоставленной Intuitive Machines, которая ранее в этом году впервые с 1972 года успешно посадила первый американский космический аппарат на Луну.
Это исследование демонстрирует, что для определения оптимальных мест посадки для миссий "Артемида" и, возможно, других миссий к другим планетным телам по всей Солнечной системе может быть использовано множество методов, в частности, использование алгоритмов картографирования и машинного обучения.
Поэтому, по мере приближения к миссии "Артемида III" и первой высадке человека после "Аполлона-17", эти методы будут продолжать развиваться и совершенствоваться, чтобы разработать усовершенствованные методы посадки по мере того, как человечество продолжит свое путешествие в космос.
Доктор Санчес-Лосано рассказывает Universe Today: "Это исследование демонстрирует, как методологии из области инженерных проектов и бизнеса, такие как методы принятия многокритериальных решений, могут быть применены для решения проблем, представляющих интерес для международного астрономического сообщества, таких как предлагаемое тематическое исследование: выбор оптимальное место посадки для миссии "Артемида III".
