Outubro 1, 2023

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A espaçonave pode transportar astronautas e suprimentos de e para a Lua regularmente

A espaçonave pode transportar astronautas e suprimentos de e para a Lua regularmente

Várias agências espaciais planejam enviar astronautas, cosmonautas e cosmonautas à Lua nos próximos anos, com o objetivo de longo prazo de estabelecer uma presença humana permanente lá. Isso inclui a NASA programa Artemis, que visa estabelecer um “programa sustentável de exploração e desenvolvimento lunar” até o final da década. Há também um concorrente chinês Russo Estação Internacional de Pesquisa Lunar (ILRS) para criar uma série de instalações “na superfície e/ou em órbita da Lua” que permitirão pesquisas lucrativas.

Além desses programas liderados por agências governamentais, existem muitas empresas e organizações não-governamentais que esperam realizar viagens regulares à lua, seja para “turismo lunar” e mineração, ou para construir “Aldeia Internacional da LuaIsso serviria como um sucessor espiritual para Estação Espacial Internacional (ISS). Esses planos exigirão a movimentação de muitas cargas entre a Terra e a Lua na próxima década, o que não é uma tarefa fácil. Para resolver isso, uma equipe de pesquisadores dos EUA/Reino Unido lançou recentemente trabalho de pesquisa Em trajetórias ideais para viagens entre a Terra e a Lua.

A equipe era composta pelo Professor Emérito Thomas Carter de Universidade Estadual do Leste de Connecticut e Professor de Ciências Matemáticas Meyer Homey de Instituto Politécnico de Worcester. Para seu estudo, o pré-impressão Dos quais estão disponíveis online, Carter e Homey examinaram como um ônibus espacial poderia transportar suprimentos para um posto avançado lunar e transportar recursos extraídos da superfície. Com base em seus cálculos, eles concluíram que uma trajetória que colocasse o ônibus em uma órbita elíptica e reduzisse os requisitos de empuxo seria ideal.

A NASA criou este gráfico em 1967 para mostrar a trajetória de voo e os principais eventos da missão Apollo à Lua. Crédito: NASA

Durante a corrida espacial, tanto a NASA quanto o programa espacial soviético contam com trajetórias de retorno livre para enviar missões à Lua. Isso consistia em usar a gravidade lunar para realizar uma manobra em oito, resultando no retorno da espaçonave para casa com modificações mínimas na órbita (reduzindo a quantidade de combustível necessária). As órbitas das missões Artemis serão semelhantes às de seus antecessores Apollo, pois também realizarão vôos em forma de oito terminando em um “splashdown” no oceano.

Em outras palavras, essas missões serão viagens de ida. Mas, além de devolver os astronautas à Lua, montar o Lunar Gateway e estabelecer o Artemis Basecamp na superfície, o objetivo de longo prazo é usar a infraestrutura do Artemis para estabelecer uma presença humana permanente na Lua. Há também a necessidade de manter o custo-benefício, o que torna ineficaz o lançamento de cargas pesadas da superfície para a lua. Como o co-autor Professor Homey explicou ao Universe Today por e-mail, sua proposta prevê um ônibus espacial orbitando a Terra e a Lua:

“um de [the ISS’] As “funções” são para evitar o envio de grandes cargas para a órbita baixa da Terra. Em vez disso, enviamos “cápsulas” com suprimentos e reposições aos astronautas. realizar [lunar settlements] Ao menor custo, precisamos de algo semelhante à Estação Espacial Internacional, mas orbitando a Terra e a Lua. Este ônibus nunca pousará na Terra ou na Lua. Cápsulas da Terra irão aderir a ela quando estiver perto da Terra e, da mesma forma, cápsulas da Lua irão aderir a ela quando estiver perto da Lua. Isso evitará a necessidade de levantar grandes cargas da Terra ou da Lua e economizará muito dinheiro e recursos.”

No entanto, o ônibus espacial precisará de motores e propulsores para mantê-lo em órbita porque está sujeito a perturbações gravitacionais (da Terra, da Lua e do Sol). Enquanto um ônibus espacial não exigiria os enormes propulsores e tanques de combustível necessários para se libertar da gravidade da Terra, os motores e o combustível adicionam grandes quantidades de massa à missão, aumentando os custos. Para resolver isso, Homey e Carter consideraram manobras que reduziriam o consumo de combustível enquanto ainda permitiam que o ônibus orbitasse o sistema Terra-Lua em um período de tempo razoável.

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“O processo que usamos para obter nossos resultados foi desenvolver modelos matemáticos apropriados com base nas forças gravitacionais da Terra e da Lua (e do Sol) afetando a órbita do ônibus espacial”, disse Homey. Com isso em mente, eles decidiram que uma órbita circular e elíptica com periélio próximo à Terra e apogeu além da Lua seria o caminho ideal. Apenas um impulso mínimo seria necessário para correções de curso, eliminando os efeitos gravitacionais solares fora do plano, que poderiam ser ainda mais reduzidos garantindo que a excentricidade orbital permaneça próxima de zero.

Este tipo de transporte e trajetória, disse Homey, é necessário para qualquer plano de estabelecer uma rede humana permanente.
na Lua, mas também pode levar a uma próspera economia Terra-Lua:

Atualmente, existem planos para estabelecer um “posto avançado” permanente na superfície da lua. Este posto avançado precisará de suprimentos da Terra para funcionar corretamente (alimentos, computadores médicos, peças para robôs, etc.) e um mecanismo para substituir os astronautas). Ao mesmo tempo, devolverá à Terra os elementos tão deficientes na Terra (por exemplo, hélio-3) e que, segundo todos os cálculos teóricos, são o combustível do reator de fusão.

com uma assinatura Lei de Competitividade de Lançamento Espacial Comercial dos EUA em 2015 e Lei de Competitividade de Lançamento Espacial Comercial dos EUA Para 2020, o governo dos EUA deixou claro que as atividades comerciais na lua incluirão a extração de recursos. Além de garantir recursos minerais (como metais de terras raras que são vitais para eletrônicos e dispositivos digitais), os cientistas sonham com o dia em que fontes lunares de hélio-3 seriam úteis porque permitiriam o uso generalizado de fusão reatores para atender às nossas necessidades energéticas. Homey e Carter incluíram uma ressalva em seu estudo, dizendo que seus resultados exigiriam mais testes e validação. Conforme observado em conclusões:

“Deve ser possível criar um sistema de controle que retorne a espaçonave à órbita especificada para compensar as perturbações que não são levadas em conta na análise. Pode-se dizer que se pode supor que a órbita circular do ônibus espacial fornece a órbita ideal em termos de impulso. Mas esta órbita tem um caminho com um comprimento máximo. Segue-se que o resultado obtido neste artigo, embora possa ser ‘intuitivamente óbvio’, não é necessariamente óbvio”.

Leitura adicional: arXiv