Englehalo-kredsløb valgt til menneskehedens første månepost

Missionsplanlæggere ved NASA og ESA's Operations Center (ESOC) har brugt måneder på at diskutere fordele og ulemper ved forskellige baner, og har nu besluttet på vejen til Lunar Gateway.

Ligesom den internationale rumstation, Gatewayen vil være en permanent og foranderlig menneskelig forpost. I stedet for at kredse om vores planet, den vil kredse om månen, fungerer som en base for astronauter og robotter, der udforsker månens overflade.

Som et bjergtilflugtssted, det vil også give husly og et sted at fylde op med forsyninger til astronauter på vej til fjernere destinationer, samt give et sted at formidle kommunikation og et laboratorium for videnskabelig forskning.

Missionsanalysehold hos ESOC fortsætter med at arbejde tæt sammen med internationale partnere for at forstå, hvordan dette valg af kredsløb påvirker vitale aspekter af missionen – inklusive landing, mødes med fremtidige rumfartøjer og beredskabsscenarier, der er nødvendige for at holde mennesker og infrastruktur sikker.

Englens gloriebane

Porten, det er for nylig blevet besluttet, vil følge en næsten retlinet halobane, eller NRHO.

I stedet for at kredse om månen i en lav månebane som Apollo, Gatewayen vil følge en meget 'excentrisk' vej. Ved er tættest på, den vil passere 3000 km fra månens overflade og længst, 70.000 km. Banen vil faktisk rotere sammen med månen, og set fra Jorden vil se lidt ud som en måneglorie.

Baner som denne er mulige på grund af samspillet mellem Jorden og månens gravitationskræfter. Mens de to store kroppe danser gennem rummet, et mindre objekt kan "fanges" i en række stabile eller næsten stabile positioner i forhold til de kredsende masser, også kendt som libration eller Lagrange-punkter.

Sådanne steder er perfekte til planlægning af langsigtede missioner, og til en vis grad diktere udformningen af ​​rumfartøjet, hvad den kan bære til og fra kredsløb, og hvor meget energi den skal bruge for at få – og blive – der.

Rejser på NRHO-stien, en omdrejning af Gateway i dens kredsløb om månen ville tage cirka syv dage. Denne periode blev valgt for at begrænse antallet af formørkelser, når porten ville blive indhyllet af jordens eller månens skygge.

"At finde en månebane til gatewayen er ingen triviel ting." siger Markus Landgraf, Arkitekturanalytiker, der arbejder med ESA's Human and Robotic Exploration-aktiviteter.

"Hvis du vil blive der i flere år, den næsten retlinede gloriebane er let ustabil, og objekter i denne bane har en tendens til at drive væk."

For at holde gatewayen på plads, regelmæssige små stationsmanøvrer vil være påkrævet.

Tag scenen

Så hvorfor denne bane? Den grundlæggende begrænsende faktor, når dele flyttes fra Jorden, til en potentiel månebase og månens overflade, er energi.

"I menneskelig rumflyvning flyver vi ikke en eneste, monolitisk rumfartøj, " forklarer Florian Renk, missionsanalytiker i ESOC's Flight Dynamics Division.

"I stedet flyver vi stumper og stykker, sætte dele sammen i rummet og snart på månens overflade. Nogle dele efterlader vi, nogle bringer vi tilbage - strukturerne udvikler sig for evigt."

At undslippe Jordens tyngdekraft kræver en enorm mængde energi. For derefter at lande på månen og ikke skynde lige forbi den, vi er nødt til at bremse ved at miste den samme energi. Vi kan spare noget af denne energi ved at efterlade dele af rumfartøjet i kredsløb, tager kun det vi har brug for til månens overflade.

En permanent base i denne bane omkring månen vil fungere som en mellemstation, hvorfra dele kan efterlades, hentes og samles. Efter afgang, kun en moderat manøvre vil være nødvendig for at bremse et besøgende rumfartøj til at mødes med Gatewayen.

Månelanderen vil så transportere mennesker, robotter og infrastruktur ned til overfladen, når gatewayen er tættest på månen, hvilket sker cirka hver syvende dag. Ligeledes, et transfervindue til gatewayen åbner cirka hver syvende dag for returrejsen fra månens overflade.

Frem til månen

I løbet af 2020'erne gatewayen vil blive samlet og betjenes i nærheden af ​​månen, hvor den vil bevæge sig mellem forskellige baner og muliggøre de fjerneste menneskelige rummissioner, der nogensinde er forsøgt.

Det vil tilbyde en platform for videnskabelig opdagelse i det dybe rum og opbygge uvurderlig erfaring til udfordringerne ved fremtidige menneskelige missioner til Mars.

"Flyvedynamikekspertisen her hos ESOC er unik i Europa, " tilføjer Rolf Densing, ESA's driftsdirektør.

"Vores analytikere og flyvedynamikeksperter yder support til en lang række missioner, inklusive nogle af de mest komplekse og spændende som Lunar Gateway. Vi kan ikke vente med at se denne ambitiøse internationale bestræbelse realiseret."