Ученые разработали новый метод прокладки маршрутов к астероидам вблизи Земли — значительно менее ресурсоемный в расчетах и в то же время более энергоэффективный по сравнению с традиционными подходами. Об этом говорится в исследовании Алессандро Беольки из Университета науки и технологий Халифа и его соавторов.
Два подхода в одном
Исследователи объединили две физические модели. Вблизи Земли они используют так называемую задачу трёх тел с круговыми ограничениями (CR3BP) — модель, учитывающую одновременное гравитационное воздействие Солнца и нашей планеты.
Именно такое взаимодействие порождает точки Лагранжа — участки в космосе, где силы притяжения взаимно уравновешиваются и зонд может фактически «припарковаться», ожидая пролетающего мимо астероида. Далее от Земли модель переключается на классическую задачу двух тел — Солнце и космический аппарат, — где влиянием планеты уже пренебрегают.
Гравитационные «магистрали»
Каждая точка Лагранжа имеет так называемые инвариантные многообразия — невидимые траектории, по которым аппарат может улетать от Земли практически без расхода топлива. Новая методика позволяет аппарату «выехать» на одну такую трассу через точку L1 и вернуться через симметричную L2 с противоположной стороны планеты — что подтвердил один из модельных примеров с астероидом 1991 VG, который когда-то временно становился «мини-луной» Земли.
Отдельная новинка — адаптация метода под солнечные электрические двигатели (SEP). В отличие от химических ракет, выдающих короткий мощный импульс, SEP развивают тягу, сравнимую с давлением листа бумаги на ладонь, но непрерывно, месяцами. Предыдущие алгоритмы моделировали только мгновенные изменения скорости. Новый код учитывает медленный, но длительный разгон.
80 астероидов и два миллиона маршрутов
Команда протестировала алгоритм на 80 реальных астероидах с относительно пологой орбитой. Результат — более двух миллионов различных допустимых маршрутов «туда и обратно».
Отдельно проверили и Апофис — объект с заметно вытянутой и наклоненной орбитой. По словам исследователей, алгоритм справился и с этим сложным случаем.
Дешевле и безопаснее
По сравнению со стандартными траекториями из базы данных NHATS (Near-Earth Object Human Space Flight Accessible Targets Study) NASA, новая методика дает схожие значения дельта-v — общего изменения скорости, необходимого для миссии, — однако существенно снижает энергию выхода на отлет. То есть запуск обойдется дешевле.
К тому же обратные маршруты оказались более медленными: аппарат входит в атмосферу на меньших скоростях и требует более легкой тепловой защиты.
Источник: universetoday.com
