
Matrix 团队为 IM-3 任务开发了一个复杂的交互式仪表板,允许用户改变发动机、航天器和轨道参数,以研究对推进剂余量和着陆区可用性的影响。
德克萨斯大学空间研究中心的 NASA STEM(科学、技术、工程和数学)地球科学增强 (SEES) 实习计划将高中生安排在由 NASA、学术界和行业专家指导的小型、以任务为中心的研究团队中。 2026 年夏季,SEES 任务架构研究、集成和探索 (MATRIX) 团队专注于应用一种在微重力下测量推进剂质量的方法,其中液体燃料粘附在罐壁上而不是沉降——这是 NASA 阿尔忒弥斯任务的核心挑战。
MATRIX 团队由 Kevin Crosby 博士指导,他与 NASA 的同事在威斯康星州基诺沙的迦太基学院开发了模态推进剂计量 (MPG) 方法,用于微重力推进剂质量计量。 MPG 使用推进剂箱的声学响应来估计箱内的燃料质量。该方法已在多个航天实验中成功使用,并计划在直观机器 IM-3 任务中进行演示。 IM-3 着陆器 Trinity 计划于 2027 年在 Reiner Gamma 区域着陆。该团队开发了模型来预测 MPG 在任务期间何时可以获取可靠的读数,让实习生直接体验为航天和月球表面操作做准备的技术。
从公共数据重建月球任务
MATRIX 团队完全依赖公开来源,包括 Intuitive Machines 发布的任务数据。 NASA 喷气推进实验室的导航和辅助信息设施 (NAIF) 为 IM-1 和 IM-2 任务提供了详细的轨迹记录。通过将 IM-2 航天器重建的飞行路径与其没有发动机推力的运动模型进行比较,研究小组确定了发动机燃烧情况并估计了与每次燃烧相关的速度变化。
由于完整的 IM-3 轨迹并未公开,因此该团队使用已发布的 IM-1 和 IM-2 飞行数据编写了重建算法。为了模拟流体行为,该团队运行计算流体动力学 (CFD) 模拟来估计储罐内的晃动动力学,并进行蒙特卡罗模拟来预测可能的推进剂状态的范围。
确定测量窗口
该团队的分析表明,MPG 可以在两次主要燃烧期间(月球轨道插入 (LOI) 和动力下降)以及在某些情况下在下降轨道插入期间获取可靠的读数。航天器的起始质量对每个测量窗口的持续时间影响最大。 MATRIX 团队还确定了 2027 年 IM-3 的候选发射机会,并对 Reiner Gamma 站点进行了着陆分析,显示了目标附近可能着陆点的分布。
向科学界展示
该团队向直观机器推进小组进行了简要介绍,向工程师介绍了他们的方法和结果,并证明可以根据公共数据对活跃的月球任务进行严格的分析。学生们在 SEES 年度研讨会和威斯康星州太空资助联盟年会上展示了他们的研究成果,“用于估计直观机器 IM-3 任务中模态推进剂计量 (MPG) 窗口的计算模型”。该团队将于 2026 年 12 月再次出席在旧金山举行的美国地球物理联盟 (AGU) 年会。
克罗斯比说:“这支高中团队在不到一个月的时间内,通过先进的方法形成了深入的理解和能力,可以与该领域的高级研究生相媲美。” “他们的工作成果非常出色,他们向 Intuitive Machines 工程师所做的演示以其工作的复杂性和创造力给每个人留下了深刻的印象。SEES 项目始终如一地为学生提供了一个独特的环境,以证明他们可以取得远远超出要求的成绩,即使是在最高级的课程中也是如此。”
SEES 项目为 11 年级和 12 年级的学生提供了航空航天行业使用的数据、工具和分析方法的直接体验。通过将 NASA 和商业任务数据应用于活跃的月球任务,MATRIX 团队提供了与推进剂管理相关的分析,这是太空加油、燃料库以及月球及其他地区持续探索所需的能力。感谢十多年来所有使 SEES 成为可能的导师、项目助理和志愿者。
SEES 任务架构 (MATRIX) 团队:
Raiymbek Abdykalykov,德克萨斯州伍德兰兹
Emmanuel Bravo,博卡拉顿,佛罗里达州
温斯顿·黄,旧金山,加利福尼亚州
阿德里安娜·克拉伊诺维奇,达拉斯,德克萨斯州
马可·洛·西塞罗 (Marco Lo Cicero),德克萨斯州汤博尔
亨利·马丁,威斯康星州密尔沃基
雷瓦·保罗,伯利恒,宾夕法尼亚州
Swayam Sahoo,马萨诸塞州北切姆斯福德
项目导师:迦太基学院和威斯康星州太空资助联盟的 Kevin M. Crosby 博士
项目助理:Mauro Esquivel,数学教师,德克萨斯州麦卡伦
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