يمكن للمركبة الفضائية أن تنقل رواد الفضاء والإمدادات من وإلى القمر على أساس منتظم

تخطط وكالات فضاء متعددة لإرسال رواد فضاء ورواد فضاء ورواد فضاء إلى القمر في السنوات القادمة ، بهدف طويل الأجل يتمثل في إقامة وجود بشري دائم هناك. وهذا يشمل وكالة ناسا برنامج أرتميس، والذي يهدف إلى إنشاء “برنامج مستدام لاستكشاف القمر وتطويره” بحلول نهاية العقد. هناك أيضًا منافس روسو صيني محطة أبحاث القمر الدولية (ILRS) لإنشاء سلسلة من المرافق “على سطح و / أو في مدار القمر” التي ستتيح البحث المربح.

بخلاف هذه البرامج التي تقودها الوكالات الحكومية ، هناك العديد من الشركات والمنظمات غير الحكومية التي تأمل في القيام برحلات منتظمة إلى القمر ، إما من أجل “السياحة القمرية” والتعدين أو لبناء “قرية القمر الدوليةهذا من شأنه أن يكون بمثابة الخلف الروحي ل محطة الفضاء الدولية (ISS). ستتطلب هذه الخطط نقل الكثير من البضائع والشحن بين الأرض والقمر حتى العقد المقبل ، وهي ليست مهمة سهلة. لمعالجة هذا الأمر ، أصدر فريق من الباحثين الأمريكيين / البريطانيين مؤخرًا ورقة بحث على المسارات المثلى للسفر بين الأرض والقمر.

تألف الفريق من الأستاذ الفخري توماس كارتر من جامعة ولاية كونيتيكت الشرقية وأستاذ العلوم الرياضية ماير هومي من معهد ورسستر للفنون التطبيقية. من أجل دراستهم ، فإن ما قبل الطباعة منها متاح على الإنترنت ، قام كارتر وهومي بفحص كيف يمكن للمكوك أن تنقل الإمدادات إلى موقع قمري وتحمل الموارد المستخرجة من السطح. بناءً على حساباتهم ، استنتجوا أن المسار الذي يضع المكوك في مدار بيضاوي الشكل ويقلل من متطلبات الدفع سيكون هو الأمثل.

خلال سباق الفضاء ، تعتمد كل من وكالة ناسا وبرنامج الفضاء السوفيتي على مسارات العودة المجانية لإرسال بعثات إلى القمر. يتألف هذا من استخدام الجاذبية القمرية لإجراء مناورة على شكل ثمانية مما أدى إلى عودة المركبة الفضائية إلى الوطن مع الحد الأدنى من تعديلات المدار (تقليل كمية الوقود المطلوب). ستكون مدارات بعثات Artemis مماثلة لتلك التي سبقتها في Apollo من حيث أنها ستقوم أيضًا برحلات على شكل رقم ثمانية تنتهي بـ “splashdown” في المحيط.

بمعنى آخر ، ستكون هذه المهمات عبارة عن رحلات باتجاه واحد. ولكن بخلاف عودة رواد الفضاء إلى القمر ، وتجميع البوابة القمرية ، وإنشاء معسكر Artemis Basecamp على السطح ، فإن الهدف طويل المدى هو استخدام البنية التحتية لأرتميس لإنشاء وجود بشري دائم على القمر. هناك أيضًا حاجة للحفاظ على الأشياء فعالة من حيث التكلفة ، مما يجعل إطلاق حمولات ثقيلة من السطح إلى القمر غير فعال. كما أوضح البروفيسور هومي المؤلف المشارك لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني ، فإن اقتراحهم يتصور مكوكًا يدور حول الأرض والقمر:

“واحد من [the ISS’] “الوظائف” هي تجنب إرسال أحمال كبيرة إلى مدارات أرضية منخفضة. وبدلاً من ذلك نرسل “كبسولات” مع المؤن والبدائل لرواد الفضاء. لإنجاز [lunar settlements] بأقل تكلفة ، نحتاج إلى شيء مشابه لمحطة الفضاء الدولية ولكن له مدار حول الأرض والقمر. لن يهبط هذا المكوك أبدًا على الأرض أو القمر. كبسولات من الأرض ستلتصق بها عندما تكون قريبة من الأرض ، وبالمثل ، ستلتصق بها كبسولات من القمر عندما يكون بالقرب من القمر. سيؤدي ذلك إلى تجنب الحاجة إلى رفع أحمال كبيرة من الأرض أو القمر ، وسيوفر هذا الكثير من المال والموارد “.

ومع ذلك ، سيحتاج المكوك إلى محركات ووقود دافع لإبقاء هذا المكوك في مداره لأنه يخضع لاضطرابات الجاذبية (من الأرض والقمر والشمس). في حين أن المكوك لن يتطلب الدفاعات الهائلة وخزانات الوقود اللازمة للتحرر من الجاذبية الأرضية ، فإن المحركات والوقود تضيف كميات كبيرة من الكتلة إلى المهمة ، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف. لمعالجة هذا الأمر ، نظر هومي وكارتر في المناورات التي من شأنها تقليل استهلاك الوقود مع السماح للمكوك بالدوران حول نظام الأرض والقمر في فترة زمنية معقولة.

قال هومي: “كانت العملية التي استخدمناها للحصول على نتائجنا هي تطوير نماذج رياضية مناسبة بناءً على قوى الجاذبية للأرض والقمر (والشمس) التي تؤثر على مدار المكوك”. من هذا المنطلق ، قرروا أن المدار الدائري البيضاوي مع نقطة الحضيض بالقرب من الأرض وأوج ما وراء القمر سيكون المسار الأمثل. لن تكون هناك حاجة إلا إلى الحد الأدنى من الدفع لتصحيحات المسار ، مما يلغي تأثيرات الجاذبية الشمسية خارج الطائرة ، والتي يمكن تقليلها بشكل أكبر من خلال ضمان بقاء الانحراف المداري بالقرب من الصفر.

قال هومي إن هذا النوع من المكوك والمسار ضروري لأية خطط لتأسيس إنسان دائم
على سطح القمر ، ولكن يمكن أن يؤدي أيضًا إلى اقتصاد مزدهر بين الأرض والقمر:

في الوقت الحاضر ، هناك خطط لإنشاء “نقطة استيطانية” دائمة على سطح القمر. ستحتاج هذه البؤرة الاستيطانية إلى إمدادات من الأرض لتعمل بشكل صحيح (الغذاء ، وأجهزة الكمبيوتر الطبية ، وقطع غيار الروبوتات ، وما إلى ذلك) وآلية لاستبدال رواد الفضاء). في الوقت نفسه ، ستعيد إلى الأرض العناصر التي تعاني من نقص شديد على الأرض (على سبيل المثال ، الهيليوم 3) والتي ، وفقًا لجميع الحسابات النظرية ، هي الوقود اللازم لمفاعل الاندماج “.

بتوقيع قانون تنافسي إطلاق الفضاء التجاري الأمريكي في عام 2015 و قانون تنافسي إطلاق الفضاء التجاري الأمريكي لعام 2020 ، أوضحت الحكومة الأمريكية أن الأنشطة التجارية على القمر ستشمل استخراج الموارد. بالإضافة إلى تأمين الموارد المعدنية (مثل المعادن الأرضية النادرة التي تعتبر حيوية للإلكترونيات والأجهزة الرقمية) ، كان العلماء يحلمون باليوم الذي ستكون فيه المصادر القمرية للهيليوم -3 في متناول اليد لأنه سيسمح بالاستخدام الواسع النطاق لمفاعلات الاندماج لتلبية احتياجاتنا من الطاقة. أدرج هومي وكارتر تحذيرًا في دراستهم ، قائلين إن نتائجهم ستتطلب مزيدًا من الاختبارات والتحقق. كما لاحظوا في الاستنتاجات:

“ينبغي أن يكون من الممكن ابتكار نظام تحكم يعيد المركبة إلى المدار المحدد من أجل التعويض عن الاضطرابات التي لم يتم أخذها في الاعتبار في التحليل. قد يقال أنه يمكن للمرء أن يخمن أن المدار الدائري للمكوك يوفر المدار الأمثل من حيث الدفع. لكن هذا المدار له مسار بطول أقصى. ويترتب على ذلك أن النتيجة التي تم الحصول عليها في هذه الورقة على الرغم من أنها قد تكون “واضحة بشكل حدسي” ليست بالضرورة واضحة “.

قراءة متعمقة: arXiv