Missieplanners bij NASA en ESA's Operations Center (ESOC) hebben maandenlang gedebatteerd over de voor- en nadelen van verschillende banen, en hebben nu besloten over het pad van de Lunar Gateway.

Net als het internationale ruimtestation, de Gateway zal een permanente en veranderlijke menselijke buitenpost zijn. In plaats van om onze planeet te cirkelen, het zal om de maan draaien, fungeren als basis voor astronauten en robots die het maanoppervlak verkennen.

Als een berghut, het zal ook onderdak en een plek bieden om voorraden in te slaan voor astronauten op weg naar verder weg gelegen bestemmingen, evenals een plaats om communicatie door te geven en een laboratorium voor wetenschappelijk onderzoek.

Missie-analyseteams bij ESOC blijven nauw samenwerken met internationale partners om te begrijpen hoe deze keuze van de baan van invloed is op vitale aspecten van de missie, waaronder landing, rendez-vous met toekomstige ruimtevaartuigen en noodscenario's die nodig zijn om mensen en infrastructuur veilig te houden.

De engelachtige halo-baan

De doorgang, onlangs is besloten, zal een bijna rechtlijnige halo-baan volgen, of NRHO.

In plaats van rond de maan te draaien in een lage baan om de maan, zoals Apollo, de Gateway zal een zeer 'excentriek' pad volgen. Bij is het dichtst, het zal 3000 km van het maanoppervlak passeren en op zijn verst, 70 000 km. De baan zal feitelijk samen met de maan draaien, en gezien vanaf de aarde zal het er een beetje uitzien als een maanhalo.

Dergelijke banen zijn mogelijk vanwege het samenspel tussen de zwaartekracht van de aarde en de maan. Terwijl de twee grote lichamen door de ruimte dansen, een kleiner object kan worden 'gevangen' in verschillende stabiele of bijna stabiele posities ten opzichte van de om de aarde draaiende massa's, ook bekend als libratie- of Lagrange-punten.

Dergelijke locaties zijn perfect voor het plannen van missies op lange termijn, en tot op zekere hoogte het ontwerp van het ruimtevaartuig dicteren, wat het van en naar de baan kan vervoeren, en hoeveel energie het nodig heeft om daar te komen - en te blijven.

Reizend op het NRHO-pad, een omwenteling van de Gateway in zijn baan om de maan zou ongeveer zeven dagen duren. Deze periode is gekozen om het aantal verduisteringen te beperken, wanneer de poort zou worden gehuld in de schaduw van de aarde of de maan.

"Het vinden van een baan om de maan voor de gateway is niet triviaal." zegt Markus Landgraf, Architectuuranalist werkzaam bij ESA's Human and Robotic Exploration-activiteiten.

"Als je er meerdere jaren wilt blijven, de bijna rechtlijnige halo-baan is enigszins onstabiel en objecten in deze baan hebben de neiging weg te drijven."

Om de Gateway op zijn plaats te houden, regelmatige kleine station houdende manoeuvres nodig zullen zijn.

Betreed het podium

Dus waarom deze baan? De fundamentele beperkende factor bij het verplaatsen van delen van de aarde, naar een potentiële maanbasis en het maanoppervlak, energie is.

"In bemande ruimtevluchten vliegen we niet één, monolithisch ruimtevaartuig, " legt Florian Renk uit, missie-analist in de Flight Dynamics Division van ESOC.

"In plaats daarvan vliegen we stukjes en beetjes, onderdelen samenvoegen in de ruimte en binnenkort op het oppervlak van de maan. Sommige delen laten we achter, sommige brengen we terug - de structuren evolueren voor altijd."

Om aan de zwaartekracht van de aarde te ontsnappen, is een enorme hoeveelheid energie nodig. Om dan op de maan te landen en er niet recht langs te razen, we moeten vertragen door diezelfde energie te verliezen. We kunnen een deel van deze energie besparen door delen van het ruimtevaartuig in een baan om de aarde te laten, alleen meenemen wat we nodig hebben naar het oppervlak van de maan.

Een permanente basis in deze baan rond de maan zal fungeren als een halteplaats, van waaruit onderdelen kunnen worden achtergelaten, opgehaald en gemonteerd. Na de lancering, er is slechts een matige manoeuvre nodig om een ​​bezoekend ruimtevaartuig af te remmen voor een ontmoeting met de Gateway.

De maanlander zal dan mensen vervoeren, robots en infrastructuur naar de oppervlakte wanneer de Gateway het dichtst bij de maan is, wat ongeveer om de zeven dagen gebeurt. Hetzelfde, ongeveer elke zeven dagen gaat er een transfervenster naar de gateway open voor de terugreis vanaf het maanoppervlak.

Vooruit naar de maan

Tijdens de jaren 2020, de Gateway zal worden geassembleerd en bediend in de buurt van de maan, waar het zal bewegen tussen verschillende banen en de meest verre menselijke ruimtemissies mogelijk zal maken die ooit zijn geprobeerd.

Het zal een platform bieden voor wetenschappelijke ontdekkingen in de verre ruimte en waardevolle ervaring opbouwen voor de uitdagingen van toekomstige menselijke missies naar Mars.

"De expertise op het gebied van vluchtdynamiek hier bij ESOC is uniek in Europa, " voegt Rolf Densing toe, Operationeel directeur van ESA.

"Onze analisten en vluchtdynamica-experts bieden ondersteuning aan een volledige reeks missies, waaronder enkele van de meest complexe en opwindende zoals de Lunar Gateway. We kunnen niet wachten om deze ambitieuze internationale onderneming gerealiseerd te zien worden."