Аннотация:
Сцена с космодромом, часто встречающаяся в научно-фантастических фильмах и играх, может постепенно стать реальностью в ближайшие двадцать лет. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) планирует построить лунную космическую станцию «Ворота». Она не только станет первой космической станцией человечества, вращающейся вокруг Луны, но также может играть роль, аналогичную «лунному космическому аэропорту», обеспечивая сборку, стыковку и транспортировку пилотируемых космических кораблей, грузовых космических кораблей и лунных посадочных модулей.
Исследовательские группы из Техасского университета A&M, Космического центра НАСА имени Джонсона и Университета Пердью недавно предложили план управления движением космических кораблей для космической станции Gateway, включая алгоритм поддержания относительной орбиты и правила ожидания на орбите, чтобы избежать риска хаоса или даже столкновения, когда несколько космических кораблей одновременно приближаются к космической станции в будущем.
Согласно текущему плану НАСА, Gateway будет запущен уже в 2027 году. Космическая станция будет обслуживать программу высадки на Луну «Артемида» и станет важным хабом для пилотируемых космических кораблей «Орион», грузовых космических кораблей и лунных посадочных модулей. Ранее НАСА сообщило, что Gateway будет использовать мощную солнечную электрическую двигательную установку, а SpaceX также получила соответствующие контракты на транспортировку грузов для проекта.
Шлюз будет работать на специальной орбите, называемой «околопрямолинейной галоорбитой» (NRHO). Это узкая, почти яйцеобразная орбита вокруг Луны: космическая станция пройдет примерно на 1000 миль над северным полюсом Луны, а затем распространится на территорию примерно в 40 000 миль за южным полюсом Луны. Орбита поддерживает непрерывную связь с Землей и требует относительно небольшого количества топлива для обслуживания орбиты, поэтому она считается подходящей для долгосрочной эксплуатации лунной космической станции.
Однако совместное гравитационное воздействие Земли и Луны также усложняет эту среду. В отличие от наземных аэропортов, прибывающие самолеты не могут просто «припарковаться» поблизости и дождаться свободного места. Все космические корабли находятся в непрерывном высокоскоростном движении, и космическому кораблю, ожидающему стыковочного окна, возможно, придется оставаться возле Врат в течение нескольких часов, дней или даже недель.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа провела тысячи симуляций, чтобы проверить, как несколько самолетов могут безопасно делить орбиты при наличии навигационных ошибок, отклонений работы двигателей и других помех. Основное решение, предложенное в исследовании, заключается в том, чтобы ожидающие космические корабли были распределены перед или за Вратами в соответствии с заранее рассчитанными позициями, образуя формирование, подобное «нитке жемчуга».
Исследователи не позволили каждому прилетевшему самолету самостоятельно поддерживать свою орбиту, а использовали алгоритм поддержания относительной орбиты для непрерывной корректировки своего положения, используя Ворота в качестве пространственной привязки. Результаты показывают, что более частые, но меньшие корректировки орбиты могут удерживать самолет в более узком и предсказуемом строю, при этом вызывая лишь ограниченный дополнительный расход топлива. Такой подход помогает снизить риск сближения или столкновения космических кораблей.
Соответствующие результаты опубликованы в журнале Acta Astronautica. Исследовательская группа отметила, что эти планы пока не являются обязательными правилами космического движения, а представляют собой набор технических рамок для прибытия, отправления и ожидания на орбите будущих лунных космических кораблей. НАСА в настоящее время разработало стандарты совместимости для шлюзов, включающие стыковку, сближение, связь и роботизированные системы, и это исследование дает ответ на столь же важный вопрос: где и как должен ждать посещающий космический корабль, когда стыковочный порт еще не освобожден.
Хотя в концепции НАСА на данный момент не будет ни багажных каруселей, ни магазинов беспошлинной торговли, ни споров о местах, механизм планирования движения, требуемый Gateway, означает, что люди начинают устанавливать основные правила для более частой и более сложной навигации в дальнем космосе. По мере расширения деятельности по исследованию Луны эта лунная космическая станция может стать важным узлом для движения человечества к нормализации лунных перевозок в будущем.
Комментарии