В Московском физико-техническом институте и Институте прикладной математики РАН завершена разработка алгоритмической системы, предназначенной для планирования миссий по перехвату межзвездных объектов, попадающих в Солнечную систему. Предлагаемый подход позволяет сократить расчетный расход топлива на подобные операции примерно на 30% и обеспечивает возможность перехвата вне зависимости от траектории входа объекта.
Межзвездные кометы и астероиды, как правило, движутся с высокой скоростью и покидают пределы системы за несколько месяцев. Например, астероид 1I/Оумуамуа, обнаруженный в 2017 году, находился в зоне доступного наблюдения около 120 суток, а кометы 2I/Борисов и 3I/ATLAS изучались примерно в течение полугода. Этого промежутка недостаточно для полноценной подготовки и отправки зонда с целью детального изучения или забора образцов.
В качестве концептуального решения предлагается размещение на орбите вокруг Солнца сети аппаратов, оснащенных крупными солнечными парусами. После фиксации нового межзвездного тела система рассчитывает оптимальные маршруты и временные окна, выбирая наиболее подходящий спутник для миссии. Аппарат с ионными двигателями малой тяги направляется к Солнцу, используя его гравитационное поле для разгона, а затем совершает перехват.
В новой работе ученые нашли способ распределять нагрузку между парусом и двигателями во время этого маневра. Вместо того чтобы складывать парус, аппарат постоянно меняет угол наклона для получения дополнительного ускорения от солнечного излучения. Однако его тяга ограничена, поэтому в каждый момент времени алгоритм вычисляет требуемый вектор ускорения и, если парус не обеспечивает его в полной мере, разницу мгновенно компенсируют ионные двигатели.
Моделирование проводилось на основе параметров астероида Оумуамуа. Для встречи с ним на дистанции 1,5 астрономической единицы от Солнца требовалось изменение скорости аппарата на 21 км/с. Расчеты показали, что почти половину этого прироста обеспечивает давление солнечного света. В случае использования только двигателей расход топлива составил бы около 40 кг, тогда как гибридная схема позволяет снизить этот показатель до 30 кг.
Ученые также определили энергетически наиболее выгодное расстояние для перехвата. При удалении объекта на 1,5 астрономических единицы существует широкий набор возможных траекторий, тогда как на дистанции в две единицы их остается только две. Согласно выводам, для обеспечения перехвата с любого направления достаточно восьми аппаратов, равномерно размещенных на орбите Земли.
На текущем этапе разработка представлена в виде математических расчетов и алгоритмов. Для ее практической реализации требуются солнечные паруса, примерно в 40 раз легче существующих образцов. Авторы работы отмечают, что с появлением новых сверхлегких материалов предложенные методы могут стать основой для проектирования миссий быстрого реагирования.
Читайте также: Напечатанный на 3D-принтере плащ-невидимка скрывает объекты от тепловизоров.