Een mens de ruimte in sturen en dit efficiënt doen, biedt een heel scala aan uitdagingen. Koki Ho, University of Illinois assistent-professor bij de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek, en zijn afgestudeerde studenten, Hao Chen en Bindu Jagannatha, manieren onderzocht om de logistiek van ruimtevaart te integreren door te kijken naar een campagne van maanmissies, ruimtevaartuig ontwerp, en het creëren van een kader om brandstof en andere hulpbronnen te optimaliseren.

Ho zei dat het gaat om het vinden van een balans tussen tijd en de hoeveelheid brandstof - om daar snel te komen, is meer brandstof nodig. Als tijd geen probleem is, langzame maar efficiënte voortstuwing met lage stuwkracht is misschien een betere keuze. Door gebruik te maken van deze klassieke afweging, Ho merkte op dat er mogelijkheden zijn om de lanceringsmassa en -kosten te minimaliseren als we de problemen vanuit een campagneperspectief bekijken:meerdere lanceringen/vluchten.

"Ons doel is om ruimtevaart efficiënt te maken, Ho zei. "Een manier om dat te doen is om campagneontwerpen te overwegen, dat is, meerdere missies samen - niet alleen alles vanaf de grond lanceren voor elke missie zoals Apollo deed. In een campagne met meerdere missies, eerdere missies worden gebruikt voor volgende missies. Dus als een eerdere missie wat infrastructuur heeft ingezet, zoals een drijfgasdepot, of als het werk was begonnen om zuurstof uit de grond op de maan te winnen, die worden gebruikt in het ontwerp van de volgende missie."

Ho gebruikte gegevens van eerder gevlogen of geplande missies om gesimuleerde modellen van een gecombineerde campagne te maken. Het model kan worden aangepast om zwaardere of lichtere ruimtevaartuigen op te nemen, een gespecificeerde reeks bestemmingen, het precieze aantal mensen aan boord, enzovoort., om zijn voorspellingen over de efficiëntie te valideren.

"Er zijn problemen met de afmetingen van het voertuig, " Ho zei. "In onze eerdere studies, om het probleem efficiënt op te lossen, we moesten een vereenvoudigd model gebruiken voor de afmetingen van het voertuig en de infrastructuur. Het maken van het model ging dus snel, maar de validiteit van het model was niet zo goed als we wilden."

In een van de huidige onderzoeken Ho en zijn collega's hebben het betrouwbaarheidsprobleem in deze eerdere vereenvoudigde modellen aangepakt door een nieuwe methode te creëren om realistischere missie- en voertuigontwerpmodellen te overwegen, terwijl de rekenbelasting van de missieplanning op een redelijk niveau wordt gehouden.

"In dit onderzoek ontwerpen we de voertuigen helemaal opnieuw, zodat het voertuigontwerp onderdeel kan worden van het campagneontwerp, "Ho zei. "Bijvoorbeeld, als we weten dat we tegen 2030 een mens de ruimte in willen sturen, we kunnen het voertuig ontwerpen en de campagne met meerdere missies plannen om de maximale efficiëntie en de minimale lanceringskosten binnen de gegeven tijdshorizon te bereiken."

Ho's onderzoek omvat ook het concept van drijfgasdepots in de ruimte, zoals strategisch gelegen truckstops op een tolweg. Hij zei dat het een idee is dat al een tijdje wordt rondgegooid onder wetenschappers. "Er zijn vragen over hoe efficiënt de depots eigenlijk zijn, "Ho zei. "Bijvoorbeeld, als er dezelfde of meer hoeveelheid drijfgas nodig is om het depot af te leveren, wat heeft het dan voor zin om het vooruit te sturen?"

Ho's studies bieden een oplossing voor deze vraag door gebruik te maken van een combinatie van een voortstuwingssysteem met hoge en lage stuwkracht.

"Er kan vooraf een voorbereidende missie worden uitgevoerd om mini-ruimtestations in een baan om de aarde af te leveren die brandstof opslaan, lading, of andere benodigdheden, Ho zei. "Deze vaartuigen kunnen vooraf worden ingezet, zodat ze in een baan om de aarde draaien en beschikbaar zijn voor een bemand ruimtevaartuig dat later wordt ingezet. Het vracht-/brandstofruimtevaartuig kan gebruikmaken van technologieën met een lage stuwkracht, omdat de tijd die nodig is om op zijn bestemming te komen niet kritiek is. Dan voor het bemande ruimtevaartuig, we zouden raketten met hoge stuwkracht gebruiken omdat tijd van essentieel belang is bij het plaatsen van mensen in de ruimte. Dit betekent ook dat, omdat de brandstof al in deze ruimtestations is, het eigenlijke bemande schip hoeft niet zoveel brandstof te vervoeren."