使用地图和算法技术确定阿尔忒弥斯三号着陆点

对于SpaceX载人着陆系统(HLS)中的ArtemisIII机组人员来说，哪里是最适合着陆的地点?这是最近提交给ActaAstronautica的一项研究(可在arXiv预印本服务器上查阅)希望解决的问题。该研究由一支国际科学家团队发起，他们调查了月球南极地区内可行的着陆地点。在此之前，NASA于2022年8月选定了13个候选着陆区，并且有可能为确定未来任务的着陆地点提供新方法。

在这里，UniverseToday与卡塔赫纳技术大学的JuanMiguelSánchez-Lozano博士和米兰理工大学的EloyPeña-Asensio博士讨论了这项研究，涉及研究背后的动机、重要发现、确定最终着陆点的原因、沙克尔顿陨石坑的位置，以及如果比HLS更小的着陆器会改变结果吗?

那么，这项研究背后的动机是什么?

Sánchez-Lozano博士告诉《今日宇宙》：“我们的动机是首次将在其他研究领域已成熟的方法引入太空探索领域，为阿尔忒弥斯三号着陆点的选择过程做出贡献。

“具体来说，我们发现地理信息系统与多标准决策(GIS-MCDM)方法相结合可以在评估和确定候选着陆点的优先顺序方面发挥重要价值。

“因此，我们旨在向NASA展示这些方法的实用性，并通过确定和推荐最合适的着陆地点将其应用于实践。”

在研究中，研究人员使用这些方法分析了NASA先前确定的月球南极附近13个候选着陆区域中的1,247个位置，以确定HLS最精确的着陆点。

他们将GIS-MCDM方法与按与理想解的相似性排序技术(TOPSIS)算法相结合，分析特定标准，从而实现了这一目标：月球表面可见性、HLS宇航员的视线、永久阴影区域(PSR)、阳光照射、与地球的直接通信、地质单元和镁铁质(富含铁或镁的火山岩)材料的丰富程度。

那么，这项研究最重要的发现是什么?

佩尼亚-阿森西奥博士告诉《今日宇宙》：“除了证明MCDM对这些挑战的适用性之外，我们的分析还根据可见性、太阳照射、与地球的直接通信、地质多样性和镁铁质材料的存在等标准，确定了DM2号地点(NobileRim2)是最佳着陆点。

“我们研究中确定的九个最佳地点均位于该地区。令人惊讶的是，这个地点并不是科学界最青睐的地区之一。”

DM2号着陆点是13个候选着陆区中最远的着陆区之一，距离沙克尔顿陨石坑约250公里(150英里)，后者的一部分位于月球南极。研究人员确定的最佳着陆点的确切位置为南纬84°12'5.61"和东经60°41'59.61"，位于PSR陨石坑附近。

PSR陨石坑之所以具有探索重要性，是因为这些陨石坑非常深，数十亿年来都没有阳光到达其深度，因此其中可能存在水冰沉积物。

那么，选择DM2站点的具体原因是什么，有哪些潜在的备用着陆点?

Sánchez-Lozano博士告诉《今日宇宙》：“DM2号站点在几个关键标准上都表现出色，包括最高的太阳光照百分比、可探索的冰封区域的最佳比例以及与地球的扩展通信窗口。我们采用的决策方法，特别是TOPSIS技术的优势在于其补偿性。

“这种方法允许仅具有可接受值的标准被具有极好值的其他标准所抵消，从而对替代方案进行全面的排名。因此，与最佳位置相邻的着陆点也可能提供具有高度可接受性的可行选择。”

关于备用地点，佩纳-阿森西奥博士告诉《今日宇宙》：“作为潜在的备用地点，我们认为DM1(阿蒙森环)特别有吸引力，因为它提供了在所有评估参数中始终保持高平均值的地点。我们还重点介绍了位于沙克尔顿陨石坑边缘的004号地点，我们的分析将其确定为最佳着陆点之一。”

如上所述，确定最佳着陆点的主要标准之一是HLS，它将自1972年阿波罗17号以来首次尝试将人类降落在月球表面。然而，HLS的高度分别为50米(160英尺)和5.5米(17.9英尺)，几乎是阿波罗着陆器的10倍，这意味着降落更大的航天器有其自身的好处和挑战。

先来看一下背景：阿波罗最初的航天器设计要求将大型航天器降落在月球表面，即所谓的直接上升，沃纳·冯·布劳恩最初赞成使用这种方法。然而，直接上升技术被废弃，取而代之的是月球轨道交会(LOR)技术，据称该技术风险较小，因为需要将较小的航天器降落在月球表面。

因此，如果使用比HLS更小的着陆器(即阿波罗大小)，这将如何影响着陆点的选择?

佩尼亚-阿森西奥博士告诉《今日宇宙》：“这将直接影响我们的研究结果，因为我们考虑的标准包括着陆器接收的太阳光照是否可用于能量充电、着陆器窗户的可见性是否有助于宇航员进行舱外活动并进行舱内科学研究，以及与地球的直接通信。

“较低的着陆器可能会加剧当地地形带来的挑战，阻挡视线和阳光。然而，它也可能为着陆器提供更高的稳定性(通过降低其重心高度)，有可能降低地形坡度安全限制，从而为探索开辟新的着陆点选择。”

由于阿尔忒弥斯三号任务的着陆点仍存在争议，NASA目前计划于明年年底发射阿尔忒弥斯二号，搭载四名机组人员，其任务是绕月飞行并返回地球，就像1968年12月的阿波罗8号一样。

此外，商业航天业也在尝试登陆月球南极，即将由直觉机器公司(IntuitiveMachines)执行IM-2任务。今年早些时候，直觉机器公司成功将第一艘美国航天器登陆月球，这是自1972年以来的首次。

这项研究表明，可以使用多种方法来确定阿尔忒弥斯任务以及太阳系其他行星体任务的最佳着陆点，特别是使用测绘和机器学习算法。

因此，随着我们接近阿尔忒弥斯三号任务和自阿波罗17号以来的首次人类着陆，这些方法将继续发展和改进，以开发增强的着陆方法，因为人类将继续探索宇宙。

Sánchez-Lozano博士告诉《今日宇宙》：“这项研究展示了如何应用工程项目和商业领域的方法，例如多标准决策技术，来解决国际天文学界感兴趣的决策问题，例如拟议的案例研究：选择阿尔忒弥斯三号任务的最佳着陆点。”