Enviar um ser humano ao espaço e fazê-lo com eficiência apresenta uma galáxia de desafios. Koki Ho, Professor assistente da Universidade de Illinois no Departamento de Engenharia Aeroespacial, e seus alunos de pós-graduação, Hao Chen e Bindu Jagannatha, explorou maneiras de integrar a logística das viagens espaciais, olhando para uma campanha de missões lunares, projeto de espaçonave, e a criação de uma estrutura para otimizar combustível e outros recursos.

Ho disse que se trata de encontrar um equilíbrio entre o tempo e a quantidade de combustível - chegar lá rápido requer mais combustível. Se o tempo não for um problema, uma propulsão lenta, mas eficiente, de baixo empuxo pode ser uma escolha melhor. Aproveitando esta compensação clássica, Ho observou que há oportunidades para minimizar a massa e o custo de lançamento ao examinar os problemas de uma perspectiva de campanha - vários lançamentos / voos.

"Nosso objetivo é tornar as viagens espaciais eficientes, "Ho disse." Uma maneira de fazer isso é considerar designs de campanha, isso é, várias missões juntas - não apenas lançando tudo do chão para todas as missões como a Apollo fez. Em uma campanha multi-missão, missões anteriores são aproveitadas para missões subsequentes. Então, se uma missão anterior implantou alguma infraestrutura, como um depósito de propelente, ou se o trabalho tivesse começado para extrair oxigênio do solo na lua, aqueles são usados ​​no design da próxima missão. "

Ho usou dados de missões previamente voadas ou planejadas para criar modelos simulados de uma campanha combinada. O modelo pode ser modificado para incluir espaçonaves mais pesadas ou mais leves, um conjunto específico de destinos, o número preciso de humanos a bordo, etc, para validar suas previsões sobre a eficiência.

"Existem problemas com o dimensionamento do veículo, "Ho disse." Em nossos estudos anteriores, a fim de tornar o problema solucionável de forma eficiente, tivemos que usar um modelo simplificado de dimensionamento de veículos e infraestrutura. Criar o modelo foi rápido, mas a validade do modelo não foi tão boa quanto desejávamos. "

Em um dos estudos atuais, Ho e seus colegas abordaram a questão da fidelidade nesses modelos simplificados anteriores, criando um novo método para considerar a missão e modelos de design de veículos mais realistas, mantendo a carga computacional do planejamento da missão em um nível razoável.

"Nesta pesquisa, estamos projetando os veículos do zero para que o design do veículo possa se tornar parte do design da campanha, "Ho disse." Por exemplo, se sabemos que queremos enviar um ser humano ao espaço de Marte na década de 2030, podemos projetar o veículo e planejar a campanha multi-missão para alcançar a eficiência máxima e o custo mínimo de lançamento no horizonte de tempo determinado. "

A pesquisa de Ho também incorpora o conceito de depósitos de propelentes no espaço, como paradas de caminhão estrategicamente localizadas em uma rodovia. Ele disse que é uma ideia que vem sendo discutida há algum tempo entre os cientistas. "Há dúvidas sobre o quão eficientes os depósitos realmente são, "Ho disse." Por exemplo, se é necessária a mesma ou mais quantidade de propelente apenas para entregar o depósito, então qual é o sentido de enviá-lo adiante? "

Os estudos de Ho fornecem uma solução para essa questão, aproveitando uma combinação de sistema de propulsão de alto e baixo empuxo.

"Uma missão preparatória pode ser realizada com antecedência para entregar em órbita mini-estações espaciais que armazenam combustível, carga, ou outros suprimentos, "Disse Ho." Estas naves podem ser pré-implantadas de forma que estejam orbitando e disponíveis para uma espaçonave tripulada que será implantada posteriormente. A nave espacial de carga / combustível pode fazer uso de tecnologias de baixo empuxo porque o tempo que leva para chegar ao seu destino não é crítico. Então, para a espaçonave tripulada, usaríamos foguetes de alto empuxo porque o tempo é essencial para colocar os humanos no espaço. Isso também significa que, como o combustível já está nessas estações espaciais, o navio tripulado real não precisa transportar tanto combustível. "