Протягом найближчих 20 років NASA планує запустити в експлуатацію орбітальну станцію Gateway. Цей революційний хаб призначений для систематичного доправлення астронавтів, наукового обладнання та вантажів до першої постійної бази на поверхні Місяця. Надійна робота такого комплексу залежатиме від надточних гравітаційних та математичних розрахунків, які просто не застосовуються в земній авіації.
Специфіка гало-орбіти
У дослідженні, опублікованому в часописі Acta Astronautica, науковці пояснюють, що ключові системи станції базуватимуться на використанні майже прямолінійної гало-орбіти (NRHO). Ця траєкторія вважається найбільш економічно вигідною «космічною магістраллю», яка забезпечує безперервний прямий зв’язок між апаратами та фахівцями на Землі.
Водночас використання NRHO створює чимало складних завдань. Орбіта має форму дуже витягнутого яйця, що проходить на відстані близько 1600 км від північного полюса Місяця та простягається приблизно до 64 000 км над його південним полюсом. Через закони фізики станція Gateway, екіпажі та вантажні кораблі постійно перебуватимуть під впливом гравітаційного протиборства між Землею та Місяцем.
Орбітальне паркування
Планування польоту одного апарата є відносно простим завданням, але ситуація ускладнюється, коли до Місяця одночасно прямують кілька екіпажів. За аналогією із земними заторами або рулюванням на злітно-посадковій смузі, розв’язання цієї проблеми зводиться до концепції «висіння в космосі».
«Перебування в космосі означає утримання космічного апарата на певній орбіті або траєкторії без виконання негайних маневрів», — зазначає співавторка дослідження та космічна інженерка Техаського університету A&M Діана Девіс.
На Землі транспорт у стані спокою залишається нерухомим. У космосі ж «паркування» означає постійну боротьбу з орбітальною фізикою протягом днів або тижнів. Кожен корабель безперервно рухається, тому науковцям необхідно знайти відстань, на якій апарати перебувають достатньо далеко один від одного для безпеки, але й достатньо близько до пункту призначення для раціонального використання пального.
Математика безпеки
Дослідники з NASA, Техаського університету A&M та Університету Пердью провели тисячі комп’ютерних симуляцій, щоб визначити алгоритми безпечного утримання кількох кораблів у режимі очікування поблизу Gateway. Моделювання враховувало можливі збої в роботі двигунів та навігаційні похибки.
Науковці дійшли висновку, що для ефективного функціонування черги з космічних кораблів необхідно розробити та комбінувати нові маневри. За словами Девіс, розрахунки нагадують нанизування перлин на намисто, де апарати природним чином вишиковуються вздовж місячної орбіти відносно станції. Точне управління рухом стає таким самим вирішальним чинником майбутніх місячних місій, як і власне ракетна інженерія.
Раніше ми розповідали про те, як підрядники NASA відмовляються від космічної станції Gateway.
За матеріалами Popular Science
