Теория узлов поможет космическим кораблям менять орбиты без топлива: что выяснили ученые

Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Astrodynamics, считают, что использование теории узлов для расчета траекторий полета космических кораблейпозволит сделать такие полеты более эффективными с точки зрения затрат топлива, пишет ScienceAlert.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Когда любой космический аппарат прилетает к месту своего назначения, то он выходит на орбиту вокруг того или иного объекта для проведения исследования. Но после завершения основной миссии могут появиться и другие интересные места для исследования, что требует изменения орбиты аппарата. Для перехода на другую орбиту необходимо топливо, что ограничивает количество маневров космического корабля.

Авторы исследования выяснили, что некоторые орбитальные траектории допускают изменение орбиты без использования топлива. Но выяснение этих траекторий также требует больших вычислительных затрат. Ученые считают, что теория узлов облегчает поиск этих траекторий и позволяет прокладывать наиболее выгодные маршруты с точки зрения затрат топлива.

В математике теория узлов — это исследование замкнутых кривых в трех измерениях. Представьте себе, что вы смотрите на завязанное ожерелье или клубок лески и пытаетесь понять, как их распутать наиболее эффективным способом. Точно так же траекторию космического корабля можно рассчитать в густонаселенной планетной системе. Например, вокруг Юпитера и всех его спутников, где лучший, самый простой и наименее запутанный маршрут можно рассчитать математически.

По словам ученых, использование теории узлов для распутывания сложных маршрутов космических кораблей уменьшит количество компьютерных мощностей или просто догадок при построении графика изменения орбит космических аппаратов.

Авторы исследования говорят, что новая технология точно выявляет все возможные маршруты, по которым космический корабль может пройти от точки А до точки Б, при условии, что обе орбиты имеют общий энергетический уровень. Этот процесс значительно упрощает задачу планирования миссий.

Навигация космического корабля осложняется тем, что ничто в космосе не имеет фиксированного положения. Навигаторам аппаратов приходится решать задачи по расчету точных скоростей и ориентаций вращающейся Земли, вращающегося пункта назначения, а также движущегося космического корабля, в то время как все они одновременно перемещаются по своим орбитам вокруг Солнца.

Поскольку топливо имеет свойство заканчиваться, поэтому нужно, чтобы как можно меньше топлива использовалось при внесении каких-либо изменений в курс космического корабля.

Навигаторы космических кораблей используют так называемые гетероклинические орбиты, то есть траектории, которые позволяют аппарату перемещаться с одной орбиты на другую, используя наиболее эффективное количество топлива, а иногда и вовсе не используя топливо. Но для этого обычно требуется большая мощность компьютера или много времени.

Но авторы говорят, что, используя теорию узлов, они разработали метод точного обнаружения гетероклинических орбит для быстрого получения данных. Это дает навигаторам космических кораблей полный список всех возможных маршрутов с назначенной орбиты, и можно выбрать тот, который лучше всего подходит для миссии.

Как уже писал Фокус, NASA готовится к солнечной буре века. В этом году на Марсе могут совпасть глобальная пылевая и солнечная бури.