ฐานปฏิบัติการดวงจันทร์แห่งแรก

ภาพรวมของโปรแกรม
ประเทศ	สหรัฐอเมริกา
องค์กร	นาซ่า
วัตถุประสงค์	ภารกิจสำรวจดวงจันทร์โดยมนุษย์
สถานะ	เสนอและยกเลิก
ประวัติโปรแกรม
ค่าใช้จ่าย	การประเมินต้นทุน (1992) มูลค่าการพัฒนาทั้งหมด: 12.8 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ การพัฒนา HLLV = 4.8 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ การพัฒนายานอวกาศและสิ่งอำนวยความสะดวก = 6 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ การพัฒนาระบบพื้นผิว = 0.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ แหล่งที่อยู่อาศัยบนพื้นผิว = 1.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ มูลค่าการผลิตรวม: 12.2 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ การผลิต HLLV (3 คัน) = 7.8 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ การผลิตยานอวกาศที่มีลูกเรือ (x 1) = 1.4 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ การผลิตยานลงจอดไร้คนขับ (x 2) = 1 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ ต้นทุนการผลิตสินค้า (~68 ตัน) = 2 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ
ระยะเวลา	การศึกษา: ปี 1992-1993
เที่ยวบินแรก	2011
จุดปล่อยจรวด	ศูนย์อวกาศเคนเนดี
ข้อมูลยานพาหนะ
ยานพาหนะที่มีลูกเรือ	ยานขึ้นสู่ที่สูงโดยตรง "อีเกิล"
ยานปล่อย	ดาวหาง HLLV

โครงการฐานปฏิบัติการบนดวง จันทร์แห่งแรก (First Lunar Outpost)เป็นข้อเสนอสำหรับภารกิจสำรวจดวงจันทร์ที่มีลูกเรือ ซึ่งคาดว่าจะเริ่มดำเนินการในช่วงทศวรรษ 2010 โครงการนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการริเริ่มสำรวจอวกาศ (Space Exploration Initiative ) ของจอร์จ เอช. ดับเบิลยู. บุ ช จุดประสงค์หลักของข้อเสนอนี้คือการเสนอทางเลือกที่มีราคาถูกกว่าการศึกษา 90 วันของ NASAในปี 1989 ถึง 30 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ แม้ว่าจะไม่ได้รับความสนใจจากสื่อกระแสหลักมากนัก แต่ NASA ก็ทุ่มเทเวลาอย่างมากในการจัดทำข้อเสนอที่มีรายละเอียดและครบถ้วน อย่างไรก็ตาม โครงการริเริ่มสำรวจอวกาศทั้งหมดถูกยกเลิกหลังจากที่ข้อเสนอนี้เสร็จสมบูรณ์ไม่นาน และ NASA ก็ปิดสำนักงานสำรวจอวกาศในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2536 ^{[ 1 ]}

โครงการ First Lunar Outpost (FLO) เป็นการศึกษาฐานบนดวงจันทร์ ที่ครอบคลุมที่สุดภายใต้โครงการ Space Exploration Initiative (SEI) โดยมีจุดประสงค์เพื่อเป็นโครงการหลักของโครงการ ซึ่งข้อเสนออื่นๆ เช่นILRECจะต้องแข่งขันด้วย แนวคิดของ FLO ได้รวมเอาคำแนะนำมากมายจากรายงาน Stafford Synthesis ปี 1991 โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้ยานปล่อยจรวดขนาดใหญ่พิเศษระดับ Nova เพื่อลดการประกอบและการปฏิบัติงานในวงโคจรต่ำของโลกและบนพื้นผิวของดวงจันทร์ FLO เป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญจากข้อเสนอ SEI ก่อนหน้านี้ เนื่องจากยานเป็นแบบแยกเดี่ยวและใช้แล้วทิ้ง แทนที่จะใช้ซ้ำได้และแยกย่อยจากสถานีอวกาศ Freedom (ต่อมาเป็นที่รู้จักในชื่อสถานีอวกาศนานาชาติ) การออกแบบนั้นอยู่บนพื้นฐานของจรวดปล่อยจรวดขนาดใหญ่แต่เรียบง่ายเพื่อบรรทุกน้ำหนักบรรทุกขนาดใหญ่ในคราวเดียว แทนที่จะปล่อยจรวดขนาดเล็กและซับซ้อนหลายครั้ง เพื่อลดต้นทุนและเวลาในการพัฒนา โครงการนี้เกือบทั้งหมดจะประกอบด้วยเทคโนโลยีที่มีอยู่แล้ว เช่นSaturnและสถานีอวกาศโดยมีเพียงยานลงจอดเท่านั้นที่ต้องพัฒนา^{[ 2 ]}

จากคำแนะนำของรายงาน Stafford Synthesis โครงการ FLO จะใช้ยานปล่อยจรวด ขนาดใหญ่ ที่พัฒนามาจากจรวด Saturn V ซึ่งรู้จักกันในชื่อ Cometจรวด Comet จะสามารถส่งน้ำหนัก 254.4 ตันขึ้นสู่วงโคจรต่ำของโลก และ 97.6 ตันสำหรับการขึ้นสู่วงโคจรครั้งแรก (TLI) ทำให้มันเป็นหนึ่งในยานปล่อยจรวดที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดเท่าที่เคยออกแบบมาศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลล์ ของนาซา ได้ศึกษาจรวด Comet หรือการกำหนดค่าที่เป็นไปได้ของระบบปล่อยจรวดแห่งชาติ (National Launch System หรือ NLS) ที่กำลังพัฒนาอยู่ในขณะนั้น โดยเพิ่มบูสเตอร์ F-1Aจำนวน 4 ตัวเข้าไปในยาน NLS พื้นฐานแบบ 2 ขั้นตอน การออกแบบที่พัฒนามาจาก Saturn V นั้นประกอบด้วย Saturn V มาตรฐาน แต่มีขั้นตอนที่สามใหม่ ขั้นตอนแรกและขั้นตอนที่สองที่ยาวขึ้น และบูสเตอร์ด้านข้าง F-1 ใหม่ เครื่องยนต์จะได้รับการอัปเดตเป็นรุ่น F-1A และJ-2S ที่ใหม่กว่า คาดว่าต้นทุนการพัฒนาจะต่ำ เนื่องจากส่วนใหญ่จะเป็นการนำฮาร์ดแวร์การผลิตจากโครงการ Apollo กลับมาใช้ใหม่

มีการพิจารณาถึงรูปแบบที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์สำหรับขั้นตอนที่สามด้วย โดยจะใช้เครื่องยนต์แรงขับ 222.5 KN สองเครื่องซึ่งจะช่วยลดขนาดและน้ำหนักของทั้งขั้นตอนการส่งไปยังดวงจันทร์และส่วนที่เหลือของยานปล่อยจรวด การศึกษาเบื้องต้นใช้เครื่องยนต์เคมีแทน เนื่องจากมีต้นทุนการพัฒนาน้อยกว่า 2 พันล้านดอลลาร์ ตัวเลือกนิวเคลียร์จะได้รับการพัฒนาในภายหลังเพื่อสนับสนุนภารกิจส่งมนุษย์ไปดาวอังคารทั้งการศึกษาของผู้รับเหมา SEI ของโบอิ้งและรายงาน Stafford Synthesis แนะนำให้ NASA ลงทุนในเทคโนโลยีการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ศูนย์วิจัย Lewis ของ NASA ได้จัดตั้งสำนักงานระบบนิวเคลียร์เพื่อพัฒนาและทดสอบเครื่องยนต์ที่ใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ภายในปี 2548 สิ่งนี้ควบคู่ไปกับโครงการ Timberwind ของกองทัพได้ฟื้นฟูโครงการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ของสหรัฐฯ เป็นครั้งแรกนับตั้งแต่การยกเลิก NERVA ในช่วงทศวรรษ 1970 ^{[ 3 ]}

ยานลงจอดได้รับการออกแบบให้เรียบง่ายและใช้งานง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยจะมีน้ำหนัก 93,526 กิโลกรัม (103 ตัน) และขับเคลื่อนด้วย เครื่องยนต์ RL-10 จำนวน 4 เครื่อง เมื่อกางออกจนสุด ขาลงจอดจะกว้างถึง 18.8 เมตร และสูง 14.1 เมตร เที่ยวบินที่มีลูกเรือ FLO แต่ละเที่ยวจะต้องการการปล่อยเพียงครั้งเดียวและยานเพียงลำเดียวเท่านั้น ยาน Comet จะส่งยานลงจอดไปตามวิถีโคจรไปยังพื้นผิวดวงจันทร์ จากนั้นจะใช้เครื่องยนต์เพื่อเบรกและลงจอด จากพื้นผิว ยานขึ้นบินจะนำแคปซูลลูกเรือกลับสู่โลกโดยตรง ซึ่งคล้ายกับการขึ้นบินโดยตรงของโครงการ Apollo ในช่วงแรก ^{[ 4 ]}

มีน้ำหนัก 44,151 กิโลกรัม (มวลแห้ง 12,992 กิโลกรัม) และสามารถบรรทุกอุปกรณ์และสินค้าได้ 5,000 กิโลกรัม พร้อมกับส่วนลงจอดบนโลกที่มีน้ำหนัก 18,077 กิโลกรัม ส่วนลงจอดจะใช้เพื่อเข้าสู่วงโคจรของดวงจันทร์ และต่อมาจะลดระดับวงโคจรของยานเพื่อลงจอด ยานจะควบคุมด้วยตนเองและไม่จำเป็นต้องมีนักบินควบคุม^{[ 4 ]}

นักบินอวกาศจะโดยสารใน แคปซูล Apolloที่ได้รับการขยายขนาด ซึ่งจะมีขนาดใหญ่ขึ้นประมาณ 5% เพื่อให้สามารถบรรทุกลูกเรือได้ 4 คนในการเดินทาง 4 วันสู่พื้นผิว ยานจะลงจอดโดยอัตโนมัติเนื่องจากนักบินอวกาศไม่สามารถมองเห็นพื้นผิวเพื่อควบคุมยานได้ การเดินทางกลับสู่โลกจะใช้เครื่องยนต์ 3 เครื่องและใช้เชื้อเพลิงไฮเปอร์โกไลต์เพื่อความปลอดภัย นักบินอวกาศจะลงจากแคปซูลลูกเรือโดยใช้บันไดไปยังแท่นก่อนที่จะลงบันไดไปยังพื้นผิว^{[ 4 ]}

ยานลงจอดขนส่งสินค้าไร้คนขับจะใช้ขนส่งวัสดุจำนวนมหาศาลไปยังพื้นผิวดวงจันทร์เพื่อสร้างฐานปฏิบัติการบนพื้นผิว โดยจะบรรทุกโมดูลที่อยู่อาศัยเบื้องต้นก่อนภารกิจที่มีคนขับครั้งแรก และต่อมาจะใช้ขนส่งยานสำรวจและที่อยู่อาศัยอื่นๆ ไปยังพื้นผิว รุ่นไร้คนขับสามารถส่งน้ำหนักบรรทุก 35,894 กิโลกรัมไปยังพื้นผิวดวงจันทร์ได้ ซึ่งจะเป็นประโยชน์เมื่อส่งโมดูลที่อยู่อาศัยที่ได้มาจากสถานีอวกาศ ภารกิจในภายหลังจะนำอุปกรณ์การใช้ทรัพยากรในพื้นที่ ( ISRU ) มาทดสอบบนพื้นผิวดวงจันทร์ก่อนที่จะส่งเทคโนโลยีไปยังดาวอังคาร^{[ 5 ]}

โมดูลที่อยู่อาศัยจะมีน้ำหนัก 35.9 ตัน และมีค่าใช้จ่ายในการพัฒนา 470 ล้านดอลลาร์สหรัฐ เป็นการดัดแปลงจากแบบมาตรฐานของสถานีอวกาศฟรีดอมซึ่งเป็นที่อยู่อาศัยและห้องปฏิบัติการ ไม่จำเป็นต้องมีการติดตั้งเพิ่มเติมหลังการลงจอด และสามารถติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ขนาด 20 กิโลวัตต์ได้เอง และทำการตรวจสอบระบบด้วยตนเอง โดยจะทำหน้าที่เป็นห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ชีวภาพและการวิเคราะห์ดิน ลูกเรือสามารถเข้าเยี่ยมชมได้นานถึง 45 วัน ในช่วงเวลาทุก ๆ หกเดือน การสำรวจในอนาคตอาจขยายฐานเพื่อรองรับลูกเรือมากขึ้น และในที่สุดก็อาจมีลูกเรือประจำการอย่างถาวร หรือใช้สถานที่แห่งนี้เป็นสนามทดสอบเทคโนโลยีอวกาศห้วงลึก^{[ 6 ]}

จุดลงจอดสำหรับ FLO คือMare Smythiiใกล้เส้นศูนย์สูตรบนขอบด้านตะวันออก จุดลงจอดเริ่มต้นนี้ถูกใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงในการออกแบบเพื่อแสดงให้เห็นว่าภารกิจที่เหมาะสมที่สุดจะมีลักษณะอย่างไร ทีมงานได้ประเมินจุดลงจอดอื่นๆ เพื่อดูว่าการออกแบบมีความยืดหยุ่นมากน้อยเพียงใด พวกเขาสรุปว่า: "ยกเว้นบางจุดที่เฉพาะเจาะจง เช่น ขั้วดวงจันทร์ ก้นหลุมอุกกาบาต หรือภูมิประเทศที่ผิดปกติอื่นๆ ภารกิจด้านวิทยาศาสตร์และกิจกรรม EVA จะไม่เปลี่ยนแปลงมากนักจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง จุดลงจอดจริงจะถูกตัดสินโดยคณะกรรมการวิทยาศาสตร์ในช่วงหลายเดือน" ^{[ 7 ]}

เมื่อลงจอดบนพื้นผิวแล้ว ลูกเรือจะทำการสำรวจ 9 ครั้งโดยใช้ยานสำรวจแบบไม่ปรับความดันอากาศ สำหรับ 4 คน การสำรวจแต่ละครั้งจะมีระยะทางสูงสุด 25 กิโลเมตร และพวกเขาจะไปเยี่ยมชมลักษณะทางภูมิศาสตร์ที่สำคัญและรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับพื้นที่นั้นๆ การสำรวจแต่ละครั้งแบ่งออกเป็นส่วนๆ ที่เหมาะสมสำหรับการปฏิบัติ ภารกิจนอกยาน อวกาศ (EVA)บนยานสำรวจเป็นเวลา 8 ชั่วโมง ผู้วางแผนภารกิจหวังว่าจะสามารถทำการสำรวจได้ 5 หรือ 6 ครั้งในแต่ละภารกิจ ส่วนการสำรวจที่เหลือที่ไม่สำเร็จจะถูกนำไปใช้ในภารกิจในอนาคต

ผู้ออกแบบภารกิจได้ตัดสินใจเลือกสี่สาขาวิชาหลักที่ทีมภาคพื้นดินจะมุ่งเน้นในระหว่างภารกิจ ได้แก่ ดาราศาสตร์ ธรณีฟิสิกส์ วิทยาศาสตร์ชีวภาพ และฟิสิกส์อวกาศและระบบสุริยะ นักบินอวกาศจะติดตั้งอุปกรณ์วิทยาศาสตร์แบบ "ตั้งค่าแล้วใช้งานได้เลย" หลายชิ้น อุปกรณ์เหล่านั้นได้แก่:

• ชุดอุปกรณ์ตรวจสอบทางธรณีฟิสิกส์
• ชุดอุปกรณ์ทดลองฟิสิกส์ระบบสุริยะ
• แพ็คเกจการสำรวจทางธรณีฟิสิกส์
• ชุดเครื่องมือธรณีวิทยาดวงจันทร์
• กล้องโทรทรรศน์จันทราทรานซิต
• กล้องโทรทรรศน์สุริยะขนาดเล็ก
• ชุดอุปกรณ์หุ่นยนต์สำหรับรถโรเวอร์
• แพ็คเกจวิทยาศาสตร์ชีวภาพ

ในบรรดาสัมภาระเหล่านั้น สัมภาระที่มีน้ำหนักมากที่สุดคือ ชุดสาธิต การใช้ทรัพยากรในพื้นที่ (In-Situ Resource Utilizationหรือ ISRU) ซึ่งประกอบด้วยการทดลองหลายอย่างสำหรับนักบินอวกาศเพื่อสาธิตการใช้ทรัพยากรบนดวงจันทร์ เช่น การให้ความร้อนแก่ดินบนดวงจันทร์เพื่อสกัดออกซิเจน ซึ่งจะเป็นเป้าหมายหลักของภารกิจสำรวจดวงจันทร์ครั้งต่อไปที่เสนอไว้คือILRECโดยมุ่งเน้นหลักไปที่การทดสอบเทคโนโลยีซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับภารกิจที่มีมนุษย์ควบคุมไปยังดาวอังคาร

ภารกิจที่สองจะเน้นไปที่การติดตั้งอุปกรณ์วิจัยเพิ่มเติมและการดูแลฐานปฏิบัติการมากกว่าการสำรวจ ภารกิจหลักของลูกเรือคือการเจาะพื้นผิวโดยใช้สว่านขนาด 10 เมตรเพื่อสกัดทรัพยากรและตัวอย่าง พวกเขายังจะเริ่มติดตั้งกล้องโทรทัศน์วิทยุ และกลับไปที่สถานที่ตั้งกล้องโทรทัศน์แบบออปติคอลเพื่อทดสอบการทำงานของตัวตรวจจับด้วย

ภารกิจนี้ต้องการชุด EVA รุ่นใหม่ที่ได้รับการปรับปรุงให้สวมใส่สบายขึ้น เคลื่อนไหวได้คล่องตัวมากขึ้น และจัดการได้ง่ายขึ้นชุด EVA ของกระสวยอวกาศ ที่มีอยู่เดิม นั้นต้องการการบำรุงรักษามาก และนักบินอวกาศจำเป็นต้องหายใจออกซิเจนล่วงหน้าเพื่อหลีกเลี่ยงอาการเบนด์อันเป็นผลมาจากการเกิดฟองไนโตรเจนในกระแสเลือด เทคนิคการหายใจล่วงหน้านี้จะใช้เวลานานเกินไปและจะทำให้สิ่งต่างๆ เช่น EVA ฉุกเฉินเป็นไปไม่ได้^{[ 7 ]}

โครงการนำร่องที่เรียกว่าEarly Lunar Accessจะดำเนินการในช่วงต้นทศวรรษ 2000 โดยใช้จรวดAriane และ กระสวยอวกาศเพื่อดำเนินการโครงสร้างพื้นฐานการสำรวจดวงจันทร์ต้นทุนต่ำ จะเป็นภารกิจร่วมระหว่างNASAและESAและทำหน้าที่เป็นสนามทดสอบสำหรับ FLO โดยจะใช้แคปซูลลูกเรือแบบเดียวกัน แต่ใช้ยานลงจอดขนาดเล็กกว่าที่สามารถรองรับลูกเรือได้ 2 คน กระสวยอวกาศจะบรรทุกยานสำรวจดวงจันทร์ (Lunar Exploration Vehicle) ในขณะที่Ariane 5 (หรือTitan IV ) จะบรรทุกจรวดCentaur G ขนาดใหญ่ ทั้งสองส่วนจะนัดพบและเชื่อมต่อกันใน วงโคจรต่ำของโลก Centaur จะจุดเครื่องยนต์เพื่อเร่งความเร็วของยานบนเส้นทางไปยังพื้นผิวดวงจันทร์ เพื่อประหยัดเชื้อเพลิง ยาน LEV จะลงจอดโดยตรงแทนที่จะเข้าสู่วงโคจรจอด เมื่อภารกิจบนพื้นผิวเสร็จสิ้น ยานจะแยกถังเชื้อเพลิงทรงกลมขนาดใหญ่สองถังออกและขึ้นสู่โลกโดยตรง โดยไม่ต้องผ่านวงโคจรต่ำของดวงจันทร์อีก^{[ 8 ]}

เพื่อให้ได้ความสามารถในการบรรทุกสัมภาระตามที่ต้องการสำหรับภารกิจนี้ Ariane 5 จะต้องมีจรวดขับดันเชื้อเพลิงแข็ง ( SRB ) เพิ่มอีกสองตัว และกระสวยอวกาศจะต้องใช้ถังเชื้อเพลิงภายนอก Al-Li น้ำหนักเบาหรือมอเตอร์จรวดเชื้อเพลิงแข็งขั้นสูง (ASRM) เพื่อบรรทุกสัมภาระ 25,720 กิโลกรัมไปยังวงโคจร 300 กิโลเมตร ในที่สุดก็มีการผลิตถังเชื้อเพลิงภายนอกแบบใหม่ แต่ ASRM ถูกยกเลิกในปี 1994 Centaur G จะได้รับการดัดแปลงให้สามารถอยู่ในวงโคจรได้นาน 10 วัน แทนที่จะเป็นเพียงไม่กี่ชั่วโมง แคปซูลลูกเรือจะเป็นแคปซูล Apollo ขนาดใหญ่ขึ้นแบบเดียวกับที่ใช้ใน FLO แต่จะต้องรองรับลูกเรือเพียงสองคน ซึ่งหมายความว่าสามารถบรรทุกเสบียงและสัมภาระเพิ่มเติมได้^{[ 9 ]}

เมื่อวันที่ 1 เมษายน 1992 แดน โกลดินได้ดำรงตำแหน่งผู้บริหารนาซา และในระหว่างที่เขาดำรงตำแหน่ง การสำรวจอวกาศโดยมนุษย์ในระยะใกล้เกินวงโคจรของโลกถูกยกเลิก และกลยุทธ์ "เร็วขึ้น ดีขึ้น ประหยัดกว่า" ถูกนำมาใช้กับการสำรวจอวกาศด้วยหุ่นยนต์

เมื่อสภาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติของทำเนียบขาวเผยแพร่นโยบายอวกาศแห่งชาติ ฉบับปรับปรุง ในเดือนกันยายนปี 1996 นโยบายดังกล่าวไม่มีการกล่าวถึงการสำรวจอวกาศโดยมนุษย์นอกวงโคจรของโลกเลย ในวันถัดมาประธานาธิบดีคลินตันกล่าวระหว่างการหาเสียงในแถบแปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือของสหรัฐฯ ว่าภารกิจส่งมนุษย์ไปดาวอังคารนั้นมีค่าใช้จ่ายสูงเกินไป และยืนยันถึงความมุ่งมั่นของสหรัฐฯ ที่จะส่งยานสำรวจอวกาศที่มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าไปแทน จึงทำให้การสำรวจอวกาศโดยมนุษย์ถูกตัดออกจากวาระแห่งชาติ

• โครงการอาร์เทมิส
• โครงการริเริ่มสำรวจอวกาศ
• แนวคิดการสำรวจทรัพยากรบนดวงจันทร์ระดับนานาชาติ
• การใช้ทรัพยากรในพื้นที่
• ทรัพยากรบนดวงจันทร์
• สนธิสัญญาดวงจันทร์