Завдання трьох тіл: учені виявили найкращий і найдешевший шлях на Місяць

Політ на Місяць — це дорогий захід. Тому навіть невелика економія палива може призвести до істотного зниження витрат на місію. Вчені запропонували більш ефективний і дешевий маршрут до Місяця, і він використовує приховану структуру самої гравітації.

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

Автори дослідження визначили траєкторію польоту із Землі на Місяць, яка знижує витрату палива щонайменше на 58,80 м/с порівняно з раніше відомими оптимальними шляхами. За словами вчених, у космічних подорожах кожен метр на секунду означає величезну витрату палива. При цьому новий маршрут не є найпрямішим. Натомість космічний корабель спочатку наближається до Місяця, перш ніж увійти в гравітаційну траєкторію навколо точки Лагранжа L1, де гравітаційне тяжіння Землі та Місяця врівноважують одне одного.

• Для космічних апаратів витрата палива вимірюється не в літрах на кілометр, а в кілограмах на секунду (кг/с) для тяги або через питомий імпульс, який вимірюється в метрах на секунду (м/с). У фізиці космічних польотів ефективність двигунів оцінюється через питому швидкість витікання газів. Вона показує, яку швидкість (у м/с) отримає 1 кг маси під час згоряння 1 кг палива за секунду.

Учені змоделювали рух космічного корабля з використанням задачі трьох тіл, у якій розглядалися Земля, Місяць і сам корабель. Навколо точки Лагранжа L1 космічні кораблі можуть рухатися петлеподібними траєкторіями. Це нестійкі орбіти, але вони оточені природними шляхами входу і виходу, створеними гравітацією.

Ці шляхи, звані стійкими і нестійкими різноманіттями, поводяться майже як невидимі космічні магістралі. Космічний корабель, що входить у них, може долати великі відстані, використовуючи дуже мало палива, оскільки сама гравітація допомагає спрямовувати рух.

Вчені змоделювали близько 30 мільйонів можливих маршрутів через ці гравітаційні шляхи, що дало їм змогу визначити ефективну траєкторію польоту із Землі на Місяць.

Спочатку космічний корабель залишає орбіту Землі на висоті 167 км і входить у стійке різноманіття, що веде до L1. Потім космічний корабель відхиляється від орбіти вздовж нестійкого різноманіття і переходить на орбіту навколо Місяця.

Одним із найнесподіваніших результатів дослідження стало те, що найдешевший шлях передбачає близький проліт повз Місяць перед входом у гравітаційний коридор L1. Цей проліт діє як гравітаційний маневр, знижуючи потребу в тязі двигунів у ключові моменти.

За словами вчених, найдешевший шлях на Місяць, з погляду витрат палива, вимагає два ввімкнення двигунів: перше відриває космічний корабель від Землі, а друге виводить його на гравітаційну траєкторію поруч із Місяцем. Після цього гравітація виконує більшу частину роботи. Природні гравітаційні потоки допомагають спрямовувати космічний корабель із мінімальною витратою палива.

У сукупності весь шлях, тобто від старту із Землі до перельоту в точку Лагранжа L1 і виходу на орбіту навколо Місяця, обходиться приблизно в 3991,60 м/с за 32 дні. Хоча це не найшвидший маршрут, але він найдешевший. У космічних місіях, де кожен кілограм, запущений на орбіту, обходиться дорого, навіть невелике зниження кількості палива може призвести до збільшення корисного навантаження і зниження вартості місії.

Важливо зазначити, що новий місячний маршрут ігнорує гравітаційний вплив Сонця та інших тіл, а це означає, що розраховані результати не прив'язані до конкретних дат запуску. У реальності врахування сонячної гравітації, ймовірно, дало б змогу виявити ще дешевші траєкторії польоту, але тільки в певні дати.

Інші новини науки

Висадка на Місяць астронавтів NASA під загрозою зриву: їм нічого носити.

На Венері змогли вижити 7 гостей із Землі, вважають учені.

Під час написання матеріалу використано джерела: Astrodynamics, Interesting Engineering.