Efter månader av diskussion har rymdorganisationerna bakom Lunar Gateway bestämt hur rymdstationen ska kretsa runt månen. NASA och ESA utvecklar Lunar Gateway tillsammans, och den omloppsbana som den kommer att följa runt månen är en viktig del av uppdragets design. Det kommer att påverka alla viktiga aspekter av uppdraget, inklusive hur rymdfarkoster kommer att träffas och landa på stationen.
NASA och ESA har beslutat om vad som kallas en nästan rätlinjig haloomloppsbana (NRHO.) Det betyder att Gateway kommer att följa en excentrisk bana runt månen. Ibland kommer det att vara så nära som 3 000 km till månens yta, och andra gånger kommer det att vara 7 000 km bort.
'Att hitta en månbana för porten är ingen trivial sak', sa Markus Landgraf, arkitekturanalytiker som arbetar med ESA:s Human and Robotic Exploration-aktiviteter, i en pressmeddelande .
Lunar Gateway-banan kommer att rotera tillsammans med månen. Det kallas en gloriabana, för sett från jorden ser den ut som en halo runt månen.
Gatewayens NRHO är en sjudagarscykel. Var sjunde dag kommer den att närma sig månen närmast. Det betyder att det var sjunde dag finns ett fönster för uppskjutning från stationen till månens yta, och även ett fönster för att återvända till stationen.
NRHO använder sig av gravitationsmässigt balanserade punkter som finns i solsystemet. På grund av samspelet mellan jordens och månens gravitation kan Lunar Gateway sitta i denna gloriabana, nästan som om den fångas av de två kropparnas gravitation.
Stabiliteten för dessa punkter i rymden är idealisk för långsiktiga uppdrag som Gateway. Det är inte perfekt, för med tiden kommer det att bli instabilt. Men det tar inte mycket energi att rätta till det.
'Om du vill stanna där i flera år är den nära rätlinjiga gloriorbanan något instabil och föremål i denna omloppsbana har en tendens att driva iväg,' sa Landgraf.
Banan dikterar också vissa aspekter av Gatewayens design. Men eftersom det är modulärt finns det mycket flexibilitet.
Gateway-konfigurationskonceptet. Bildkredit: NASA
En nyckelaspekt i valet av banor är energi.
För att undkomma jorden behöver rymdfarkoster mycket energi. När en rymdfarkost väl anländer till månen måste den bli av med den energin för att kunna landa säkert. Det betyder att man bär tillräckligt med bränsle och propeller för att sakta ner sig själv. Sedan, när det är dags att återvända till jorden, behöver den en stor energikick igen. Lunar Gateway kommer att ändra på det.
'I mänskliga rymdfärder flyger vi inte en enda, monolitisk rymdfarkost', förklarar Florian Renk, uppdragsanalytiker vid ESOC:s Flight Dynamics Division. 'Istället flyger vi bitar och bitar och sätter ihop delar i rymden och snart på månens yta. Vissa delar lämnar vi bakom oss, andra tar vi tillbaka – strukturerna utvecklas för alltid.”
Nyckelpunkten är energin som måste skuras för att landa på månen. Genom att docka på den rörliga gatewayen kan en rymdfarkost lämna vissa delar av sig själv vid gatewayen och spara en del av den energin. Det tar mycket mindre energi att skjuta upp från porten till månen och tillbaka, än det gör att skjuta upp från jorden till månen och tillbaka.
Det betyder att en resa till månen och tillbaka inte kommer att kräva en massiv raket som Saturn V som tog Apollo-astronauterna till månen. Mycket mindre raketer som Ariane kan göra jobbet. På ett sätt kommer Gateway att vara som en energibank som ger uppdrag till månen mycket mer flexibilitet och effektivitet.
Den massiva Saturn V-raketen skjuter upp Apollo 11-uppdraget till månen den 16 juli 1969. Lunar Gateway kommer att innebära att uppdrag till månen kan skjutas upp med mycket mindre raketer. Bild: NASA
Den permanenta Lunar Gateway i denna omloppsbana runt månen kommer att vara en mellanstation för månutforskning. Delar kan lämnas kvar, hämtas och monteras. Efter lyftet från månen kommer bara en måttlig manöver att behövas för att bromsa en besökande rymdfarkost för att möta Gateway.
Lunar Gateway kommer att byggas under 2020-talet som inte bara ett uppställningsområde för uppdrag till månen, både bemannat och robotiskt, utan det kommer också att vara ett vetenskapligt laboratorium. Det kommer också att bygga på vår förståelse av rymdresor och kommer att vara ett steg mot att utforska Mars. Vi kan lagra förnödenheter där för resor till Mars, eller andra möjliga destinationer djupare in i solsystemet. Eftersom det har tagits bort från jordens magnetfält är det ett bra ställe att testa teknik som inte kan testas på ISS eller i närheten av jorden.
'Våra analytiker och flygdynamikexperter ger stöd till ett komplett utbud av uppdrag, inklusive några av de mest komplexa och spännande som Lunar Gateway', säger Rolf Densing, ESA:s operationsdirektör. 'Vi kan inte vänta med att se denna ambitiösa internationella strävan förverkligas.'
Mer:
- Universum idag: Offrar NASA att skicka astronauter till Mars för att komma till månen tidigare?
- Universum idag: Vart går vi härnäst? Bygger Deep Space Gateway
- NASA: Lunar Gateway
