Studerende Designer Måder Til Min Månen Til Rocket Fuel

{h1}

For at komme til mars og hinsides har et team af studerende fra hele verden en plan, der involverer lunar rovers mining is og en rumstation mellem jorden og månen.

Denne artikel blev oprindeligt udgivet på Samtalen. Publikationen bidrog til artiklen til WordsSideKick.com Ekspert stemmer: Op-Ed & Insights.

Femogfyrre år er gået siden mennesket sidst satte sin fod på en ydre krop. Månen er nu tilbage i centrum for bestræbelserne, ikke kun for at udforske rummet, men for at skabe et permanent, uafhængigt rumfartsselskab.

Planlægning af ekspeditioner til Jordens nærmeste himmelske nabo er ikke længere blot en NASA-indsats, selv om det amerikanske rumfartsselskab har planer om en månebåndsbanestation, der skulle fungere som en platform for Mars-missioner i begyndelsen af ​​2030'erne. United Launch Alliance, der er et joint venture mellem Lockheed Martin og Boeing, planlægger en tankstation til rumfartøjer, der kan støtte 1000 mennesker, der bor i rummet inden for 30 år.

Billionaires Elon Musk, Jeff Bezos og Robert Bigelow har alle virksomheder, der sigter mod at levere mennesker eller varer til månen. Flere hold, der konkurrerer om en andel af Googles 300 millioner dollars kontantpris, planlægger at starte rovers til månen.

Vi og 27 andre studerende fra hele verden deltog for nylig i Caltech Space Challenge i 2017 og foreslog designs af, hvad en månedsstart og forsyningsstation til dyb rummissioner kunne se ud, og hvordan det ville fungere.

Råmaterialerne til raketbrændstof

Lige nu er alle rumopgaver baseret på og lanceret fra Jorden. Men Jordens tyngdekraftstræk er stærk. For at undslippe Jordens tyngdekraft skal en rakett rejse 11 kilometer i sekundet - 25.000 miles i timen!

Enhver rakett, der forlader Jorden, skal bære alt det brændstof, det nogensinde vil bruge for at komme til destinationen og om nødvendigt igen. Det brændstof er tungt - og at få det til at bevæge sig ved sådanne høje hastigheder tager meget energi. Hvis vi kunne genoplive i kredsløb, kunne denne lanceringsenergi løfte flere mennesker eller fragt eller videnskabeligt udstyr i kredsløb. Så rumfartøjet kunne genoplive i rummet, hvor jordens tyngdekraften er mindre magtfuld.

Månen har en sjettedel Jordens tyngdekraft, hvilket gør det til en attraktiv alternativ base. Månen har også is, som vi allerede ved, hvordan man skal forarbejde i et hydrogen-oxygen-drivmiddel, som vi bruger i mange moderne raketter.

Roving Luna

NASAs Lunar Reconnaissance Orbiter og Lunar Crater Observation og Sensing Satellit missioner har allerede fundet betydelige mængder is i permanent skygge kratere på månen.

Disse steder ville være vanskelige at minde, fordi de er koldere og tilbyder ingen sollys til magten køretøjer. Vi kunne dog installere store spejle på kraters fælge for at belyse solpaneler i de permanent skyggede områder.

Rovers fra Googles Lunar X-præmiekonkurrence og NASAs Lunar Resource Prospector, der skulle lanceres i 2020, ville også bidrage til at finde gode steder til min is.

Forestiller en månebase

Afhængigt af hvor de bedste isreservater er, må vi måske bygge flere små robotmånebaser. Hver og en ville minde isen, fremstille flydende drivmiddel og overføre den til passerende rumfartøjer. Vores team udviklede planer om at udføre disse opgaver med tre forskellige typer af rovers. Vores planer kræver også et par små robotbusser til at mødes med nærliggende dybgående missionskøretøjer i månens kredsløb.

En rover, som vi kalder Prospectoren, ville udforske månen og finde isbærende steder. En anden rover, Constructor, ville følge med bagud, bygge en lanceringsplade og pakke ned veje for at lette bevægelser til den tredje rover-type, minearbejderne, som faktisk samler isen og leverer den til nærliggende opbevaringstanke og et elektrolyseforarbejdningsanlæg, der spalter vand i brint og ilt.

Konstruktøren ville også bygge en landingsplads, hvor de små nærmåne transport rumfartøjer vi kalder Lunar Resupply Shuttles ville ankomme for at samle brændstof til levering som nyligt lancerede rumfartøjer forbi månen. Skibene ville forbrænde måneskabt brændstof og ville have avancerede vejlednings- og navigationssystemer til at rejse mellem månebaser og deres målrumskibe.

En tankstation i rummet

Når der produceres tilstrækkeligt brændstof, og transportleveringssystemet er testet og pålideligt, kræver vores plan at opbygge en tankstation i rummet. Skyttegryderne ville levere is direkte til det banebrydende brændstofdepot, hvor det ville blive forarbejdet til brændsel, og hvor raketter på vej til Mars eller andre steder kunne dokke til toppen.

Depotet ville have store solarrayer, der drev et elektrolysemodul til smeltning af isen og derefter dreje vandet i brændstof og store brændstoftanke til at lagre det, der blev lavet. NASA arbejder allerede på det meste af den teknologi, der er nødvendig til depot som dette, herunder docking og brændstofoverførsel. Vi regner med, at et arbejdsdepot kunne være klar i begyndelsen af ​​2030'erne, lige i tide til de første menneskelige missioner til Mars.

For at være mest anvendelige og effektive skal depotet være placeret i en stabil bane relativt nær både jorden og månen. Jordmånen Lagrangian Point 1 (L1) er et punkt i rummet omkring 85 procent af vejen fra Jorden til Månen, hvor Jordens Tyngdekraft vil svare til Magtens Tyngdekraft, der trækker i den anden retning. Det er den perfekte pit stop for et rumfartøj på vej til Mars eller de ydre planeter.

Forlader jorden

Vores team fandt også en brændstofeffektiv måde at få rumfartøjer fra jordens kredsløb til depotet på L1, hvilket kræver endnu mindre startbrændstof og frigøre mere løfteenergi til lastartikler.For det første ville rumfartøjet starte fra jord til lav jordens kredsløb med en tom drivstoftank.

Derefter kunne rumfartøjet og dets last blive trukket fra Low Earth Orbit til depotet ved L1 ved hjælp af en sol-elektrisk fremdriftsbakke, et rumfartøj, der i høj grad drives af solenergi-elektriske thrustere.

Dette ville lade os tredoble nyttelasten til Mars. På nuværende tidspunkt er et menneskeligt Mars-mission anslået til at koste så meget som 100 milliarder amerikanske dollars, og det vil have brug for hundredvis af tons last. At give mere last fra Jorden til Mars med færre raketlanceringer ville spare milliarder af dollars og år.

En base for rumforskning

At opbygge en tankstation mellem jorden og månen ville også reducere omkostningerne til missioner ud over Mars. NASA søger udenjordisk liv på månerne af Saturn og Jupiter. Fremtidige rumfartøjer kunne bære meget mere gods, hvis de kunne genoplive i rummet - hvem ved, hvilke videnskabelige opdagelser, der sender store efterforskningskøretøjer til disse måner, kunne gøre det muligt?

Ved at hjælpe os med at undslippe både Jordens tyngdekraft og afhængighed af dets ressourcer, kunne en månestationsstation være det første lille skridt mod det store spring i at gøre menneskeheden til en interplanetær civilisation.

Gary Li, Ph.D. Kandidat i Mekanisk og Rumteknik, University of California, Los Angeles; Danielle DeLatte, Ph.D. Studerende inden for luftfart og astronautik, University of Tokyo; Jerome Gilleron, Ph.D. Kandidat i Aerospace Engineering, Georgia Institute of Technology; Samuel Wald, Ph.D. Studerende inden for luftfart og astronautik, Massachusetts Tekniske Institut, og Therese Jones, Ph.D. Kandidat i offentlig politik, Pardee RAND Graduate School

Redaktørens note: Denne historie blev opdateret for at afklare sondringen mellem flugthastighed og den hastighed, der var nødvendig for at opnå omløb.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den oprindelige artikel.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com