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在月球上加油可能是火星飞行任务的最佳选择

发布时间:2018-05-16

向火星发射人类可能不需要一整桶天然气:麻省理工学院的一项新研究表明,火星任务可能通过在月球上加油来显着减轻其发射负荷

Olivier de Weck,一位航空和航天学教授航天学和工程系统的研究人员表示,该计划偏离了NASA更直接的“随身携带”路线。

先前的研究表明,月球的某些环形坑中的月球土壤和水冰可能被开采并转化为燃料。假设这些技术是在火星任务期间建立的,麻省理工学院小组发现,绕道登月以加油会使发射时的任务量减少68%。

该小组开发了一个模型来确定火星的最佳路线,假设在月球上有资源和燃料基础设施。根据他们的计算,他们确定了火星的最佳路线,以便减少必须从地球发射的质量 - 这通常是空间探索任务的主要成本动力。

他们发现最有效的途径就是从地球发射一名机组人员,只需要足够的燃料就可以进入地球轨道。然后,月球表面的燃料生产厂将向太空发射油罐车,并进入重力轨道。油轮最终会被火星上的机组人员接走,然后他们将前往附近的加油站加油,最终前往火星。

结果基于Takuto Ishimatsu的博士论文,现为麻省理工学院博士后,发表于Journal of Journal航天器和火箭

德韦克说:“这完全违背了如何进入火星的既定常识,火星直接射向火星,随身携带一切。” “绕行登月系统的想法......这非常不直观。但从最佳网络和全景图来看,长期来看这可能是非常实惠的,因为您不必从地球上运送任何东西。“

这些结果是基于博士论文Takuto Ishimatsu,现在是麻省理工学院博士后,发表在“航天器和火箭杂志”上。

一个遥远的战略

过去,太空探索计划采取了两种主要战略,为使命人员提供资源:随身携带方法,所有车辆和资源随时随乘务员一起旅行 - 如在阿波罗登月计划中 - 以及“补给战略“,其中资源定期补充,如国际空间站的航天飞行。

“这个战略有很高的程度我相信这些资源是可用的,“德维克说。 “假设你可以提取这些资源,你用它做了什么?几乎没有人看到这个问题。“

该小组建议,火星和其他远距离目的地的任务可能会受益于一种取决于“现场资源利用”的供应战略 - 这种想法可以沿着这种方式生产和收集诸如燃料之类的资源以及诸如水和氧之类的供应品太空探索的路线。在太空中生产的材料将取代那些原本可能从地球上运输的材料。

例如,在火星和月球上都可以找到水冰 - 可能被开采并加工成火箭燃料 -

em来自麻省理工学院的新研究表明,停在月球上可能是火星飞行任务的最佳选择,显示在月球上加油可以使货物精简68%。 / em

在太空建立一个网络

为了确定太空中的燃料资源和基础设施是否有利于火星载人飞行任务,Ishimatsu开发了一个网络流量模型来探索各种火星路线 - 从直接搭乘飞行到沿途的一系列加油站。该模型的目标是尽量减少从地球发射的质量,即使包括大量的燃料生产工厂,以及需要预先部署的备件。

该方法模拟货物和商品如燃料在空间供应链网络中的移动。 Ishimatsu开发了一种新的数学模型,改进了传统车辆路线模型。他将这个模型改编为更复杂的长期太空任务情景 - 考虑到了太空旅行特有的限制因素。

该模型假定未来的情景可以将燃料加工并从月球运输到空间的集合点。同样,该模型假设燃料库可以位于空间中的某些重力约束位置,称为拉格朗日点。给定任务目标,例如一组重量限制,该模型确定了供应网络中的最佳路线,同时也满足了基础物理的约束条件。

石松表示,这项研究表明在太空建立资源生产基础设施的重要性。他强调,这样的基础设施可能不是第一次去火星旅行所必需的。但是太空资源网络将使人类能够以可持续的方式反复旅行。

“我们的最终目标是殖民火星,并在那里建立一个永久的,自我可持续的人类存在,”石松说。 “但同样重要的是,我认为我们需要在太空中铺设一条道路,以便我们能够以经济实惠的方式在行星体之间旅行。”

“Weck补充道:”优化表明,月球可以在让我们一次又一次地持续到火星上扮演重要角色。 “之前人们已经暗示过这一点,但我们认为这是第一篇以数学方式显示为什么这是正确答案的权威性论文。”

美国国家航空航天局人类探索和运营部门副主管威廉·格斯腾迈尔说,理解沿着火星的路线,一旦到达那里,就有可能获得的资源是“对低于地球轨道以外的可持续人类存在至关重要的。”然而,随着人类de Weck和Ishimatsu写道:“由于预算受限,目的地离家很远,一个精心策划的物流战略就变得势在必行。”

“该论文清楚地表明,利用水和其他有价值的太空资源将降低人类探索太阳系的成本,”未参与此项研究的Gerstenmaier说。 “NASA此前曾计划利用火星资源来减少火星的推进剂需求。这项研究与其他研究一起展示了使用月球资源的潜在优势。“

PDF文件副本:空间探索的通用多商品网络流模型物流(AIAA 2013-5414)

资料来源:麻省理工学院新闻社Jennifer Chu

插图:Christine Daniloff /麻省理工学院

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