Группа ученых предложила математический метод, позволяющий точнее рассчитывать топливно-эффективные траектории перелета между орбитами небесных тел. В качестве демонстрации ученые рассчитали путь между орбитами Земли и Луны, который оказался экономичнее ранее известных.
Новая траектория требует на 58,80 м/с меньше топлива по сравнению с самыми выгодными из описанных ранее маршрутов. Для межпланетных миссий, где общий бюджет скорости может составлять около 3343 м/с, эта разница считается значимой, так как напрямую влияет на стоимость запуска. Один из авторов исследования поясняет, что в космических путешествиях каждый дополнительный метр в секунду требует существенного расхода горючего.
Метод базируется на теории функциональных связей, что снижает вычислительные затраты при моделировании. Это позволило проанализировать значительно больше вариантов траекторий. Если в базовом подходе использовалось 280 000 симуляций, то команда ученых провела 30 миллионов симуляций, что и привело к более экономичному решению.
Предложенная траектория разделена на два сегмента. Сначала аппарат покидает орбиту Земли и выходит в область точки Лагранжа L1 (где гравитация Земли и Луны уравновешена), следуя естественной вариативной траектории. Вопреки распространенному предположению, что выгоднее подходить к этой области со стороны Земли, моделирование показало, что оптимальный путь проходит ближе к Луне и с противоположной стороны. Такой подход позволяет аппарату оставаться на промежуточной орбите неограниченно долго без потери связи с Землей или Луной, в отличие от некоторых существующих миссий (например, Артемида 2, где были кратковременные перерывы связи).
Разработанный маршрут не является абсолютно самым дешевым из возможных. В текущей модели учитывалась только гравитация Земли и Луны без влияния Солнца. Включение солнечного притяжения могло бы дать дополнительную экономию, однако такой подход жестко привязывает расчеты к конкретной дате запуска. Тем не менее, сам метод массового перебора траекторий, по мнению авторов, может быть полезен для будущих систематических исследований в астродинамике.
Читайте также: «Метаматериал, который спрячет самолеты и корабли от радаров, создали в МФТИ».