Науковці проклали гравітаційні «дороги» до астероїдів

Науковці розробили новий метод прокладання маршрутів до астероїдів поблизу Землі — значно менш ресурсоємний у розрахунках і водночас енергетично ефективніший за традиційні підходи. Про це йдеться у дослідженні Алессандро Беолькі з Університету науки і технологій Халіфа та його співавторів.

Два підходи в одному

Дослідники поєднали дві фізичні моделі. Поблизу Землі вони застосовують так звану задачу трьох тіл з круговими обмеженнями (CR3BP) — модель, яка враховує одночасний гравітаційний вплив Сонця і нашої планети. 

Саме така взаємодія породжує точки Лагранжа — ділянки в космосі, де сили притягання взаємно врівноважуються і зонд може фактично «припаркуватися», чекаючи на астероїд, що пролітає поруч. Далі від Землі модель переключається на класичну задачу двох тіл — Сонце і космічний апарат, — де впливом планети вже нехтують.

Гравітаційні «магістралі»

Кожна точка Лагранжа має так звані інваріантні многовиди — невидимі траєкторії, рухаючись якими апарат може відлітати від Землі майже без витрат пального. Нова методика дозволяє апарату «виїхати» на одну таку трасу через точку L₁ і повернутися через симетричну L₂ з протилежного боку планети — що підтвердив один із модельних прикладів з астероїдом 1991 VG, який колись тимчасово ставав «мінімісяцем» Землі.

Сподобався контент? Підписуйся на нашу спільноту і отримуй більше про космос Друковані журнали, події та спілкування у колі космічних ентузіастів Підписатися на спільноту

Окрема новація — адаптація методу під сонячні електричні двигуни (SEP). На відміну від хімічних ракет, що видають короткий потужний імпульс, SEP розвивають тягу, порівнянну з тиском аркуша паперу на долоню, проте безперервно, місяцями. Попередні алгоритми моделювали лише миттєві зміни швидкості. Новий код ураховує повільний, але тривалий розгін.

80 астероїдів і два мільйони маршрутів

Команда протестувала алгоритм на 80 реальних астероїдах із відносно пологими орбітами. Результат — понад два мільйони різних прийнятних маршрутів «туди й назад». 

Окремо перевірили й Апофіс — об’єкт із помітно витягнутою та нахиленою орбітою. За словами дослідників, алгоритм впорався і з цим складним випадком.

Дешевше і безпечніше

У порівнянні зі стандартними траєкторіями з бази даних NHATS (Near-Earth Object Human Space Flight Accessible Targets Study) NASA, нова методика дає схожі значення дельта-v — загальної зміни швидкості, яка потрібна місії, — проте суттєво знижує енергію виходу на відліт. Тобто запуск коштуватиме менше. 

До того ж зворотні маршрути виявилися повільнішими: апарат входить в атмосферу на менших швидкостях і потребує легшого теплового захисту.

Джерело: universetoday.com