خلال العقدين القادمين، قد تتحول محطة الفضاء غيتواي التابعة لناسا إلى أول مطار فضائي للقمر وتستضيف كبسولات أوريون، وهبوطات قمرية، ومركبات شحن ورواد فضاء يسافرون بين الأرض والقمر ونهاية المطاف إلى أعماق الفضاء.
على عكس المطارات الأرضية، لن يكون لغيتواي ممر هبوط أو طرق تاكسي أو بوابات إعلانية. بدلاً من ذلك تتحرك المركبات الفضائية عبر شبكة غير مرئية تشكّلها جاذبية الأرض والقمر والمنطقة المحيطة، وتسيطر على المسارات قوانين رياضية دقيقة.
إدارة هذه الحركة تتطلب نوعاً من «برج مراقبة مداري». طور مهندسو جامعة تكساس إيه آند إم، ومركز فضاء جونسون التابع لناسا، وجامعة بيرديو، خوارزميات واستراتيجيات تشغيلية للمركبات الفضائية المنتظرة بالقرب من غيتواي ولإدارة عدة مركبات تتحرك في نفس البيئة المدارية.
تبحث هذه الدراسة كيفية الموازنة بين استهلاك الوقود والاحتياجات التشغيلية مع تقليل خطر اصطدام المركبات الفضائية.
تقول الدكتورة ديان ديفيس، أستاذة هندسة الفضاء ومؤلفة هذه الدراسة: «مستقبل استكشاف القمر يعتمد على إدارة الحركة بقدر ما يعتمد على علم الصواريخ».
ووفقاً لتقرير iTNA ونقلاً عن SciTechDaily، فإن إقامة وجود بشري دائم بالقرب من القمر يتطلب أكثر من الوصول إليه فحسب. تحتاج المركبات الفضائية أيضاً إلى بنية تحتية تتيح لها الاحتلال والتحرك في نفس البيئة الجاذبية دون التدخل. بالنسبة لغيتواي والمركبات الزائرة له، يتركز هذا البيئة حول مدار شبه مستدير يسمى هالي.
بحسب ديفيس، فإن هذا المدار شبه المستقر والممدود حول القمر يوفر رؤية دائمة للاتصال بالأرض ويتطلب وقوداً قليلاً للحفاظ عليه. ومع ذلك، ستشهد غيتواي والمركبات المجاورة تسارُبات جاذبية متغيرة باستمرار من كل من جرم الأرض والقمر خلال هذا المدار الممدود.
هذا المسار يختلف عن أي مدار استخدم سابقاً للمركبات المأهولة، ويأخذ غيتواي إلى مسافة ١٦٠٠ كيلومتر فوق القطب الشمالي للقمر ثم يقذفها تقريباً ٦٤٠٠٠ كيلومتر فوق القطب الجنوبي.
قد تبقى محطة واحدة في مسارها مع تبريددات عرضية متقطعة. لكن الوضع يصبح أكثر تعقيداً عندما قد تحتاج كبسولة مأهولة من أوريون، ومركبة شحن غير مأهولة، وهابط قمري كبير، جميعها إلى الاقتراب أو الإرساء أو المغادرة أو الانتظار في نفس المنطقة.
تؤكد ديفيس أن الاصطدامات والأضرار الجسيمة يمكن أن تحدث، وأن الإدارة الفعالة لحركة المرور في هذا المدار حيوية لسلامة الطاقم ونجاح المهمة. إحدى الأفكار الأساسية وراء هذا النظام للحركة هي «الدوَران في المكان»، بمعنى الحفاظ على مركبة فضائية بالنسبة إلى مدار أو مسار معين أثناء الانتظار.
هذا المفهوم يشبه أساساً إدارة حركة المرور في المطارات حيث قد تنتظر الطائرات عند البوابات أو تتوقف على طرق التاكسي أو تدور قبل الحصول على إذن للحركة. الاختلاف الكبير هو أنه لا يوجد سطح ثابت وكل مركبة في حالة حركة.
توضح ديفيس أن كل مركبة فضائية في حالة حركة دائمة، وهذه منطقة «غولدي لوكس» التي تبقي المركبات «الراكدة» بعيدة بما فيه الكفاية عن بعضها البعض، ولكن قريبة بما يكفي من وجهتها ليتم استخدام الموارد بفعالية.
باستخدام آلاف المحاكاة الحاسوبية، اختبر المهندسون طرقاً للفصل المناسب للمركبات الفضائية حول غيتواي وأخذوا بعين الاعتبار أخطاء ملاحة واقعية، وأداء دافع ناقص، واضطرابات طفيفة قد تواجهها مهام أرتميس المستقبلية.
أظهرت المحاكيات أن زيادة متوسطة في مناورات الحفاظ على الموقع يمكن أن تقرب المركبات الفضائية بشكل ملحوظ إلى مواقعها المخططة، مع الحاجة في الوقت نفسه إلى تغييرات صغيرة فقط في استهلاك الوقود. تقول ديفيس إن الدقة المكانية الأكبر تمكّن مخططي المهام من التنبؤ بمكان كل مركبة فضائية والحفاظ على الوقود الثمين.