Теорія вузлів допоможе космічним кораблям змінювати орбіти без палива: що з'ясували вчені

Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Astrodynamics, вважають, що використання теорії вузлів для розрахунку траєкторій польоту космічних кораблів дасть змогу зробити такі польоти ефективнішими з точки зору витрат палива, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Коли будь-який космічний апарат прилітає до місця свого призначення, то він виходить на орбіту навколо того чи іншого об'єкта для проведення дослідження. Але після завершення основної місії можуть з'явитися й інші цікаві місця для дослідження, що потребує зміни орбіти апарата. Для переходу на іншу орбіту необхідне паливо, що обмежує кількість маневрів космічного корабля.

Автори дослідження з'ясували, що деякі орбітальні траєкторії допускають зміну орбіти без використання палива. Але з'ясування цих траєкторій також вимагає великих обчислювальних витрат. Вчені вважають, що теорія вузлів полегшує пошук цих траєкторій і дає змогу прокладати найвигідніші маршрути з погляду витрат палива.

У математиці теорія вузлів — це дослідження замкнутих кривих у трьох вимірах. Уявіть собі, що ви дивитеся на зав'язане намисто або клубок волосіні й намагаєтеся зрозуміти, як їх розплутати найефективнішим способом. Точно так само траєкторію космічного корабля можна розрахувати в густонаселеній планетній системі. Наприклад, навколо Юпітера і всіх його супутників, де найкращий, найпростіший і найменш заплутаний маршрут можна розрахувати математично.

За словами вчених, використання теорії вузлів для розплутування складних маршрутів космічних кораблів зменшить кількість комп'ютерних потужностей або просто здогадок під час побудови графіка зміни орбіт космічних апаратів.

Автори дослідження кажуть, що нова технологія точно виявляє всі можливі маршрути, якими космічний корабель може пройти від точки А до точки Б, за умови, що обидві орбіти мають спільний енергетичний рівень. Цей процес значно спрощує завдання планування місій.

Навігація космічного корабля ускладнюється тим, що ніщо в космосі не має фіксованого положення. Навігаторам апаратів доводиться розв'язувати задачі з розрахунку точних швидкостей і орієнтацій Землі, що обертається, пункту призначення, що обертається, а також космічного корабля, який рухається, в той час як всі вони одночасно переміщаються по своїх орбітах навколо Сонця.

Оскільки паливо має властивість закінчуватися, тому потрібно, щоб якомога менше палива використовувалося при внесенні будь-яких змін у курс космічного корабля.

Навігатори космічних кораблів використовують так звані гетероклінічні орбіти, тобто траєкторії, що дають змогу апарату переміщатися з однієї орбіти на іншу, використовуючи найефективнішу кількість пального, а іноді й зовсім не використовуючи пального. Але для цього зазвичай потрібна велика потужність комп'ютера або багато часу.

Але автори кажуть, що, використовуючи теорію вузлів, вони розробили метод точного виявлення гетероклінічних орбіт для швидкого отримання даних. Це дає навігаторам космічних кораблів повний список усіх можливих маршрутів із призначеної орбіти, і можна вибрати той, який найкраще підходить для місії.

Як уже писав Фокус, NASA готується до сонячної бурі століття. Цього року на Марсі можуть збігтися глобальна пилова і сонячна бурі.