Ny forskning søger at optimere rumrejseeffektiviteten

At sende et menneske ud i rummet og gøre det effektivt giver en galakse af udfordringer. Koki Ho, University of Illinois assisterende professor i Department of Aerospace Engineering, og hans kandidatstuderende, Hao Chen og Bindu Jagannatha, undersøgt måder at integrere rumfarts logistik ved at se på en kampagne af månemissioner, design af rumfartøjer, og skabe rammer for optimering af brændstof og andre ressourcer.

Ho sagde, at det handler om at finde en balance mellem tid og mængden af ​​brændstof - at komme hurtigt dertil kræver mere brændstof. Hvis tiden ikke er et problem, langsom, men effektiv fremdrift med lavt tryk kan være et bedre valg. Ved at drage fordel af denne klassiske afvejning, Ho bemærkede, at der er muligheder for at minimere lanceringsmassen og omkostningerne, når man ser på problemerne fra et kampagneperspektiv - flere lanceringer/flyvninger.

"Vores mål er at gøre rumrejser effektiv, "Sagde Ho." En måde at gøre det på er at overveje kampagnedesign, det er, flere missioner sammen – ikke bare at starte alt fra jorden for hver mission, som Apollo gjorde. I en multi-mission kampagne, tidligere missioner udnyttes til efterfølgende missioner. Så hvis en tidligere mission implementerede noget infrastruktur, såsom et drivmiddeldepot, eller hvis arbejdet var begyndt at udvinde ilt fra jorden på månen, disse bruges i udformningen af ​​den næste mission."

Ho brugte data fra tidligere fløjne eller planlagte missioner til at skabe simulerede modeller af en kombineret kampagne. Modellen kan modificeres til at omfatte tungere eller lettere rumfartøjer, et bestemt sæt destinationer, det præcise antal mennesker om bord, etc., at validere sine forudsigelser om effektiviteten.

"Der er problemer med køretøjets størrelse, " sagde Ho. "I vores tidligere undersøgelser, for at gøre problemet effektivt løses, vi måtte bruge en forenklet model til dimensionering af køretøjer og infrastrukturer. Så det var hurtigt at skabe modellen, men modellens gyldighed var ikke så god, som vi ønskede."

I en af ​​de aktuelle undersøgelser, Ho og hans kolleger behandlede troskabsproblemet i disse tidligere forenklede modeller ved at skabe en ny metode til at overveje mere realistiske missions- og køretøjsdesignmodeller, samtidig med at missionsplanlægningens beregningsbelastning blev fastholdt på et rimeligt niveau.

"I denne forskning designer vi køretøjerne fra bunden, så køretøjsdesignet kan blive en del af kampagnedesignet, " sagde Ho. "F.eks. hvis vi ved, at vi vil sende et menneske ud i rummet Mars inden 2030'erne, vi kan designe køretøjet og planlægge multimissionskampagnen for at opnå den maksimale effektivitet og minimale lanceringsomkostninger over den givne tidshorisont."

Ho's forskning inkorporerer også konceptet med drivmiddeldepoter i rummet, som strategisk placerede lastbilstoppesteder på en vendeplads. Han sagde, at det er en idé, der er blevet kastet rundt i et stykke tid blandt videnskabsmænd. "Der er spørgsmål om, hvor effektive depoterne faktisk er, "Sagde Ho." F.eks. Hvis det kræver den samme eller mere mængde drivmiddel bare for at levere depotet, hvad er så meningen med at sende det videre?"

Ho's undersøgelser giver en løsning på dette spørgsmål ved at udnytte en kombination af fremdriftssystem med høj trækkraft og lav trækkraft.

"En forberedende mission kan udføres på forhånd for at levere mini-rumstationer i kredsløb, der opbevarer brændstof, last, eller andre forsyninger, " sagde Ho. "Disse fartøjer kan være forudindsat, så de er i kredsløb og er tilgængelige for et bemandet rumfartøj, der bliver indsat senere. Fragt-/brændstof-fartøjet kan gøre brug af lav-thrust-teknologier, fordi den tid, det tager at komme til sin destination, ikke er kritisk. Så for det bemandede rumfartøj, vi ville bruge højtryksraketter, fordi tid er af afgørende betydning, når vi sætter mennesker i rummet. Dette betyder også, at fordi brændstoffet allerede er på disse rumstationer, det faktiske bemandede skib behøver ikke at bære så meget brændstof."