Учёные смоделировали 30 миллионов маршрутов к Луне и нашли самый экономичный

Человечество стремится расширить своё присутствие на Луне и вокруг неё, а исследователи тем временем работают над мелкими деталями, способными определить успех или провал лунной миссии.

Одна из научных групп утверждает, что математически рассчитала самый топливоэффективный маршрут к Луне из когда-либо предложенных.

Согласно недавней публикации в журнале Astrodynamics, новый маршрут снижает затраты топлива на 58,80 метров в секунду (м/с) по сравнению с известными расчётами. Для анализа команда использовала теорию функциональных связей (Theory of Functional Connections) – математический фреймворк, решающий задачи ограниченной оптимизации без необходимости в дорогостоящих компьютерных симуляциях космических полётов.

Командир миссии Artemis 2 снял на iPhone потрясающее видео захода Земли за Луну

В рамках исследования было смоделировано 30 миллионов различных маршрутов, а результаты сопоставлены с сотнями тысяч предыдущих симуляций других научных групп.

Аллан Кардек де Алмейда Жуниор, ведущий автор исследования и сотрудник Университета Коимбры в Португалии, отметил:

Когда речь идёт о космических путешествиях, каждый метр в секунду равнозначен огромному расходу топлива.

Отправить космический аппарат к Луне – задача куда сложнее, чем проложить маршрут в навигаторе до ближайшей станции метро. По данным NASA, планирование траектории полёта требует тщательного учёта множества факторов:

• проектирование траектории

• реконструкция орбиты

• отслеживание положения и скорости аппарата

• прогнозирование его будущего пути

• инструменты, которые навигаторы используют для управления кораблём в космосе

Соответственно, данное исследование не претендует на всеобъемлющее решение всех задач планирования космических полётов, однако предлагает хорошую отправную точку. Команда начала с построения двухэтапной траектории от орбиты Земли до Луны.

Сначала аппарат покидает Землю и выходит на лунную орбиту вблизи точки Лагранжа L1, где гравитационное притяжение двух тел уравновешивается. Это позволяет аппарату естественным образом дрейфовать по так называемой "вариате" – "естественной траектории", ведущей к орбите L1 с минимальным расходом топлива.

Симуляции показали, что самый экономичный маршрут противоречит существующим моделям оптимального пути. Нынешние модели предполагают, что лучше входить в вариату на ответвлении, ближайшем к Земле. Однако новые расчёты указывают на обратное – выгоднее входить с маршрута, расположенного ближе к Луне.

Более того, такой маршрут снижает вероятность перебоев в связи, отметил Витор Мартинс де Оливейра, соавтор исследования и постдокторант Университета Коимбры:

Миссия Artemis 2, к примеру, на какое-то время потеряла связь с Землёй, так как находилась непосредственно за Луной. Орбита, которую мы предлагаем, обеспечивает непрерывную связь.

При этом планирование реальной миссии потребует значительно более сложных процедур. Исследователи не утверждают, что их модель способна самостоятельно решить все вопросы. В частности, симуляции учитывали только гравитацию Луны и Земли, без влияния других небесных тел. Предложенный маршрут также не обязательно самый дешёвый в абсолютном выражении, хотя и наиболее эффективный с точки зрения расхода топлива.

NASA впервые в истории разожжёт огонь на поверхности Луны

Впрочем, команда уверена, что метод может быть полезен планировщикам миссий для проведения большого количества симуляций и определения оптимальной траектории. Каждую траекторию при этом необходимо адаптировать под конкретные параметры запуска.

Например, если мы смоделируем дату запуска миссии как 23 декабря, мы получим результаты, действительные только для миссии, стартующей в этот день.

В то же время это означает, что метод достаточно гибок для будущего применения.