«Трубчатая карта» планет и спутников стала возможной благодаря теории узлов

Автор: Astrodynamics (2024). DOI: 10.1007/s42064-024-0201-0

Подобно тому, как спутниковая навигация избавила от необходимости спорить о лучшем маршруте домой, ученые из Университета Суррея разработали новый метод поиска оптимальных маршрутов для будущих космических полетов без необходимости тратить топливо. Статья опубликована в журнале Astrodynamics.

Новый метод использует математику, чтобы выявить все возможные маршруты от одной орбиты к другой без догадок и использования огромных вычислительных мощностей.

Дэнни Оуэн, разработавший эту технику в Космическом центре Суррея, сказал: «Раньше, когда такие организации, как НАСА, хотели проложить маршрут, их расчеты основывались либо на грубой силе, либо на догадках.

«Наша новая методика аккуратно выявляет все возможные маршруты, по которым космический корабль может пройти от А до Б, при условии, что обе орбиты имеют общий энергетический уровень.

«Это значительно упрощает задачу планирования миссий. Мы думаем об этом как о трубчатой карте космоса».

В последние десятилетия космические миссии все больше полагаются на возможность изменять курс пути спутника в космосе без использования топлива.

Один из способов сделать это — найти «гетероклинные связи» — пути, которые позволяют космическому кораблю переходить с одной орбиты на другую без использования топлива.

Математика для поиска этих путей сложна — обычно она рассчитывается с использованием огромных вычислительных мощностей для перебора одного варианта за другим или путем «разумного предположения» и последующего его дальнейшего исследования.

Этот новый метод использует область математики, называемую теорией узлов, для быстрого создания приблизительных траекторий, которые затем можно уточнить. Таким образом, космические агентства смогут получить полный список всех возможных маршрутов с назначенной орбиты. Затем они смогут выбрать тот, который лучше всего соответствует их миссии — так же, как вы можете выбрать маршрут, изучая схему метро.

Методика была успешно опробована на различных планетных системах, включая Луну и галилеевы спутники Юпитера. Оба этих направления находятся в центре внимания нынешних и будущих миссий.

Доктор Никола Барези, преподаватель орбитальной механики в Университете Суррея, сказал: «Вдохновленная программой НАСА «Артемида», гонка на новолуние вдохновляет разработчиков миссий по всему миру на исследование экономичных маршрутов, которые могут лучше и эффективнее исследовать космос. окрестности Луны.

«Наша технология не только упрощает эту громоздкую задачу, но и может быть применена к другим планетным системам, таким как ледяные спутники Сатурна и Юпитера».

Больше информации: Danny Owen et al, Applications of knot theory to the detection of heteroclinic connections between quasi-periodic orbits, Astrodynamics (2024). DOI: 10.1007/s42064-024-0201-0

Источник: University of Surrey