Inviare un essere umano nello spazio e farlo in modo efficiente presenta una galassia di sfide. Koki Ho, Professore assistente dell'Università dell'Illinois presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale, e i suoi studenti laureati, Hao Chen e Bindu Jagannatha, esplorato modi per integrare la logistica dei viaggi spaziali osservando una campagna di missioni lunari, progettazione di veicoli spaziali, e creare un quadro per ottimizzare il carburante e altre risorse.

Ho ha detto che si tratta di trovare un equilibrio tra il tempo e la quantità di carburante:arrivarci velocemente richiede più carburante. Se il tempo non è un problema, una propulsione lenta ma efficiente a bassa spinta potrebbe essere una scelta migliore. Approfittando di questo classico compromesso, Ho ha notato che ci sono opportunità per ridurre al minimo la massa e il costo del lancio quando si esaminano i problemi dal punto di vista della campagna:lanci/voli multipli.

"Il nostro obiettivo è rendere efficienti i viaggi nello spazio, " Ho detto. "Un modo per farlo è considerare i progetti della campagna, questo è, più missioni insieme, non solo lanciando tutto da terra per ogni missione come ha fatto Apollo. In una campagna multi-missione, le missioni precedenti vengono sfruttate per le missioni successive. Quindi, se una missione precedente ha schierato qualche infrastruttura, come un deposito di propellenti, o se fosse iniziato il lavoro per estrarre l'ossigeno dal suolo sulla luna, quelli sono usati nella progettazione della prossima missione."

Ho utilizzato i dati di missioni precedentemente volate o pianificate per creare modelli simulati di una campagna combinata. Il modello può essere modificato per includere veicoli spaziali più pesanti o più leggeri, un insieme specificato di destinazioni, il numero preciso di persone a bordo, eccetera., per convalidare le sue previsioni sull'efficienza.

"Ci sono problemi con il dimensionamento del veicolo, " Ho detto. "Nei nostri studi precedenti, per rendere il problema risolvibile in modo efficiente, abbiamo dovuto utilizzare un modello semplificato per il dimensionamento del veicolo e dell'infrastruttura. Quindi creare il modello è stato veloce, ma la validità del modello non era buona come avremmo voluto".

In uno degli studi in corso, Ho e i suoi colleghi hanno affrontato il problema della fedeltà in questi precedenti modelli semplificati creando un nuovo metodo per considerare modelli di missione e progettazione dei veicoli più realistici mantenendo il carico computazionale della pianificazione della missione a un livello ragionevole.

"In questa ricerca stiamo progettando i veicoli da zero in modo che il design del veicolo possa diventare parte del design della campagna, "Ho detto. "Per esempio, se sappiamo di voler inviare un essere umano nello spazio su Marte entro il 2030, possiamo progettare il veicolo e pianificare la campagna multi-missione per ottenere la massima efficienza e il minimo costo di lancio in un determinato orizzonte temporale."

La ricerca di Ho incorpora anche il concetto di depositi di propellente nello spazio, come fermate di camion strategicamente posizionate su un'autostrada. Ha detto che è un'idea che è stata lanciata in giro per un po' tra gli scienziati. "Ci sono domande su quanto siano effettivamente efficienti i depositi, "Ho detto. "Per esempio, se ci vuole la stessa o più quantità di propellente solo per consegnare il deposito, allora che senso ha mandarlo avanti?"

Gli studi di Ho forniscono una soluzione a questa domanda sfruttando una combinazione di sistemi di propulsione ad alta e bassa spinta.

"Potrebbe essere condotta in anticipo una missione preparatoria per portare in orbita mini stazioni spaziali che immagazzinano carburante, carico, o altre forniture, " Ho detto. "Questi veicoli possono essere pre-dispiegati in modo che siano in orbita e disponibili per un veicolo spaziale con equipaggio che verrà schierato in seguito. L'astronave cargo/carburante può fare uso di tecnologie a bassa spinta perché il tempo necessario per raggiungere la sua destinazione non è critico. Quindi per la navicella spaziale con equipaggio, useremmo razzi ad alta spinta perché il tempo è essenziale quando si mettono gli umani nello spazio. Ciò significa anche che poiché il carburante è già in queste stazioni spaziali, la vera nave con equipaggio non deve trasportare tanto carburante."