septiembre 27, 2023

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La nave espacial puede transportar astronautas y suministros hacia y desde la Luna de forma regular.

La nave espacial puede transportar astronautas y suministros hacia y desde la Luna de forma regular.

Múltiples agencias espaciales planean enviar astronautas, cosmonautas y cosmonautas a la Luna en los próximos años, con el objetivo a largo plazo de establecer allí una presencia humana permanente. Esto incluye a la NASA programa artemisa, que tiene como objetivo establecer un «programa sostenible de exploración y desarrollo lunar» para fines de la década. También hay un competidor chino Russo Estación Internacional de Investigación Lunar (ILRS) para crear una serie de instalaciones «en la superficie y/o en la órbita de la Luna» que permitirán una investigación rentable.

Aparte de estos programas liderados por agencias gubernamentales, hay muchas empresas y organizaciones no gubernamentales que esperan realizar viajes regulares a la luna, ya sea para «turismo lunar» y minería, o para la construcción.Aldea Internacional de la LunaEsto serviría como sucesor espiritual de Estación Espacial Internacional (ISS). Estos planes requerirán mover una gran cantidad de carga y carga entre la Tierra y la Luna durante la próxima década, lo cual no es una tarea fácil. Para abordar esto, un equipo de investigadores de EE. UU. y el Reino Unido lanzó recientemente trabajo de investigación En trayectorias óptimas para viajar entre la Tierra y la Luna.

El equipo estaba formado por el profesor emérito Tomas Carter de Universidad Estatal del Este de Connecticut y Profesor de Ciencias Matemáticas Meyer hogareño de Instituto Politécnico de Worcester. Para su estudio, el preimpresión De los cuales están disponibles en línea, Carter y Homey examinaron cómo un transbordador podría transportar suministros a un puesto avanzado lunar y transportar recursos extraídos de la superficie. Según sus cálculos, concluyeron que sería óptima una trayectoria que coloque al transbordador en una órbita elíptica y reduzca los requisitos de empuje.

La NASA creó este gráfico en 1967 para mostrar la ruta de vuelo y los eventos de misión clave de las próximas misiones Apolo a la Luna. Crédito: NASA

Durante la carrera espacial, tanto la NASA como el programa espacial soviético se basan en trayectorias de retorno libre para enviar misiones a la Luna. Esto consistió en usar la gravedad lunar para realizar una maniobra en forma de ocho que resultó en que la nave espacial regresara a casa con modificaciones mínimas en la órbita (reduciendo la cantidad de combustible requerida). Las órbitas de las misiones Artemis serán similares a las de sus predecesores Apolo en el sentido de que también realizarán vuelos en forma de ocho que terminarán en un «amerizaje» en el océano.

En otras palabras, estas misiones serán viajes de ida. Pero además de devolver a los astronautas a la Luna, ensamblar el Portal Lunar y establecer el campamento base de Artemis en la superficie, el objetivo a largo plazo es utilizar la infraestructura de Artemis para establecer una presencia humana permanente en la Luna. También existe la necesidad de mantener las cosas rentables, lo que hace que el lanzamiento de cargas pesadas desde la superficie a la luna sea ineficaz. Como explicó el coautor, el profesor Homey, a Universe Today por correo electrónico, su propuesta prevé un transbordador en órbita alrededor de la Tierra y la Luna:

«uno de [the ISS’] Las «funciones» son evitar el envío de grandes cargas útiles a la órbita terrestre baja. En cambio, enviamos «cápsulas» con suministros y repuestos a los astronautas. cumplir [lunar settlements] Al menor costo, necesitamos algo similar a la Estación Espacial Internacional pero orbitando la Tierra y la Luna. Este transbordador nunca aterrizará en la Tierra o la Luna. Las cápsulas de la Tierra se pegarán a él cuando esté cerca de la Tierra y, de manera similar, las cápsulas de la Luna se pegarán a él cuando esté cerca de la Luna. Esto evitará la necesidad de levantar grandes cargas desde la Tierra o la Luna, y ahorrará mucho dinero y recursos”.

Sin embargo, el transbordador necesitará motores y propulsores para mantenerlo en órbita porque está sujeto a perturbaciones gravitacionales (de la Tierra, la Luna y el Sol). Si bien un transbordador no requeriría los propulsores masivos y los tanques de combustible necesarios para liberarse de la gravedad de la Tierra, los motores y el combustible agregan grandes cantidades de masa a la misión, lo que eleva los costos. Para abordar esto, Homey y Carter consideraron maniobras que reducirían el consumo de combustible y al mismo tiempo permitirían que el transbordador orbitara el sistema Tierra-Luna en un período de tiempo razonable.

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«El proceso que usamos para obtener nuestros resultados fue desarrollar modelos matemáticos apropiados basados ​​en las fuerzas gravitatorias de la Tierra y la Luna (y el Sol) que afectan la órbita del transbordador», dijo Homey. Con esto en mente, decidieron que una órbita elíptica circular con un perihelio cerca de la Tierra y un apogeo más allá de la Luna sería el camino óptimo. Solo se requeriría un empuje mínimo para las correcciones de rumbo, eliminando los efectos gravitatorios solares fuera del plano, que podrían reducirse aún más al garantizar que la excentricidad orbital permanezca cerca de cero.

Este tipo de transbordador y trayectoria, dijo Homey, es necesario para cualquier plan para establecer un humano permanente.
en la Luna, pero también podría conducir a una próspera economía Tierra-Luna:

En la actualidad, hay planes para establecer un «puesto de avanzada» permanente en la superficie de la luna. Este puesto de avanzada necesitará suministros de la Tierra para funcionar correctamente (alimentos, computadoras médicas, piezas para robots, etc.) y un mecanismo para reemplazar a los astronautas). Al mismo tiempo, devolverá a la Tierra los elementos que tanto faltan en la Tierra (por ejemplo, el helio-3) y que, según todos los cálculos teóricos, son el combustible del reactor de fusión.

con una firma Ley de Competitividad de Lanzamientos Espaciales Comerciales de EE. UU. en 2015 y Ley de Competitividad de Lanzamientos Espaciales Comerciales de EE. UU. Para 2020, el gobierno de EE. UU. ha dejado claro que las actividades comerciales en la luna incluirán la extracción de recursos. Además de asegurar los recursos minerales (como los metales de tierras raras que son vitales para la electrónica y los dispositivos digitales), los científicos han estado soñando con el día en que las fuentes lunares de helio-3 serían útiles porque permitirían el uso generalizado de la fusión. reactores para satisfacer nuestras necesidades energéticas. Homey y Carter incluyeron una advertencia en su estudio, diciendo que sus resultados requerirían más pruebas y validación. Como se señaló en conclusiones:

«Debería ser posible diseñar un sistema de control que devuelva la nave espacial a la órbita especificada para compensar las perturbaciones que no se tienen en cuenta en el análisis. Se podría decir que uno podría suponer que la órbita circular del transbordador proporciona la órbita óptima en términos de empuje. Pero esta órbita tiene una trayectoria con una longitud máxima. Se deduce que el resultado obtenido en este artículo, aunque puede ser ‘intuitivamente obvio’, no es necesariamente obvio».

Otras lecturas: arXiv