Новий математичний метод оптимізує траєкторії космічних подорожей

Дослідники розробили математичний метод, який дає змогу точніше розраховувати найекономічніші маршрути подорожей між орбітами небесних тіл.

Джерело: phys.org

Для демонстрації цього методу вони розрахували ефективніший шлях між орбітами Землі та Місяця, ніж будь-який інший, описаний раніше в науковій літературі. Дослідження опубліковане в журналі Astrodynamics.

Новий маршрут потребує на 58,80 метра за секунду менше пального, ніж найбільш паливно-ефективні варіанти, описані раніше. Аллан Кардек де Алмейда Жуніор, дослідник з Університету Коїмбри та провідний автор дослідження, зазначає, що в космічних подорожах кожен метр за секунду прирівнюється до величезної кількості споживання пального. Метод заснований на теорії функціональних зв'язків, що знижує обчислювальні витрати на симуляцію космічних польотів та дозволяє перевірити мільйони траєкторій.

Алмейда та його співавтори з університетів Порту, Евори, Пернамбуку, Сан-Паулу та Паризької обсерваторії склали траєкторію з двох сегментів. Спочатку апарат залишає орбіту Землі та виходить на орбіту навколо точки Лагранжа L1, де гравітаційне тяжіння обох тіл урівноважується. Більшу частину цього шляху космічний корабель керується варіантою — природною траєкторією, що веде до цієї орбіти.

Симуляції команди показали, що найекономічніший маршрут насправді проходить ближче до Місяця і входить у варіанту з протилежного боку, а не з ближнього до Землі, як вважалося раніше. Вітор Мартінс де Олівейра, постдокторант в Інституті математики, статистики та комп'ютерних наук при Університеті Сан-Паулу, пояснює, що швидкі методи систематичного аналізу допомагають знаходити такі нетривіальні рішення.

Завдяки системі керування апарат може залишатися на цій проміжній орбіті безстроково до початку другої частини подорожі до місячної орбіти. Таке очікування є вигідним, оскільки зв'язок із Землею або Місяцем не переривається. Олівейра зазначає, що місія Artemis 2 на деякий час втрачала зв'язок із Землею, перебуваючи безпосередньо за Місяцем, а запропонована орбіта забезпечує безперервну комунікацію.

Попри економічність, цей шлях не є максимально дешевим, оскільки симуляції враховували лише гравітацію Місяця та Землі, без урахування інших тіл, наприклад, Сонця. Включення сонячного тяжіння могло б дати ще більшу економію, але це обмежило б вікно запуску конкретними датами. Проте Алмейда припускає, що застосований ними метод систематичного аналізу може бути широко впроваджений у майбутньому для пошуку найкращих траєкторій.