|
Как ездить на работу на Луну
|
|
|
|
Даже большинство специалистов по ракетостроению предпочли бы избежать сложной математики, если им не приходится ею заниматься. Поэтому, когда дело доходит до определения орбит в сложных системах из трех тел, таких как окололунное пространство, которое находится между Землей и Луной, они предпочли бы, чтобы кто-то другой выполнил эту работу за них.
|
|
|
|
К счастью, некоторые ученые из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, похоже, проявили мазохистскую жилку — или достаточно альтруистическую, чтобы преодолеть неприятность, связанную со сложной математикой, — и создали набор данных с открытым исходным кодом и программный пакет, который отображает 1 000 000 окололунных орбит. Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Обратите внимание, что в последнем абзаце не говорилось о стабильных окололунных орбитах. На самом деле, только 9,7% из них были "стабильными" в течение трех лет, пока проводилось моделирование. Другие приводили к тому, что спутник либо врезался в Луну, либо сгорел в атмосфере Земли, либо был полностью выведен из системы. Так почему же так трудно оставаться на орбите между Землей и Луной?
|
|
|
|
"Задача о трех телах" - популярный сериал Netflix, основанный на популярной серии научно-фантастических книг и отсылающий к актуальной задаче физики. Системы, в которых есть три тела, каждое из которых одновременно оказывает гравитационное воздействие на два других тела и находится под их влиянием, известны как "хаотичные". Даже малейшее изменение начальных условий такой системы или небольшое отклонение, например, попадание в солнечная буря может вызвать массовые и почти непредсказуемые изменения в траектории движения спутника по орбите.
|
|
|
|
|
|
|
Из-за этого хаоса было сложно разработать орбитальные траектории для полетов на Луну. Именно для решения этой проблемы и предназначен новый набор данных/программное обеспечение. Он обеспечивает "Золотой стандарт", который может быть использован для подтверждения/опровержения навигационного программного обеспечения или систем орбитального планирования на спутниках. Они будут приобретать все большее значение по мере того, как все больше и больше организаций будут стремиться использовать окололунное пространство для создания постоянных баз и "шлюзов" по мере расширения присутствия человека в системе.
|
|
|
|
Итак, как именно работает этот набор данных? Многие сложные математические задачи должны начинаться с четко определенного набора "начальных условий" — в данном случае ученые LLNL выбрали положение Солнца, Земли и Луны на 1 января 1980 года в качестве отправной точки, чтобы гарантировать, что любой, кто попытается использовать эти данные, будет иметь четко определенный набор "начальных условий". точка отсчета. Затем они в течение шести лет моделировали сложный физический комплекс из нескольких сил, действующих на спутник в окололунном пространстве.
|
|
|
|
Этот физический пакет включал гравитацию каждой из четырех систем — Луны, Земли, спутника и Солнца, которая была смоделирована как точечный источник. Он также включал резонансы между Землей и Луной, что позволило охватить некоторые тонкости, которые делают эту математику такой сложной. Кроме того, он включал давление теплового излучения Земли и давление солнечного излучения Солнца, которые медленно отталкивают спутник от своих соответствующих источников и еще больше усложняют систему.
|
|
|
|
Как отмечалось выше, только около 9 700 из 1 000 000 орбит, разработанных LLNL, были стабильными, но в определенных областях были заметные скопления стабильности. Неудивительно, что одна из таких точек находилась в районе точек Лагранжа системы, в частности, L4 и L5, ведущих и отстающих точек Лагранжа системы Земля-Луна. Они могут служить гравитационными "парковочными местами" для важной инфраструктуры, такой как Лунные врата или аналогичное оборудование.
|
|
|
|
Другая точка стабильности, которая несколько более удивительна, находилась в полосе, расположенной примерно в пять раз дальше геосинхронной орбиты. В этом случае, по-видимому, орбиты находятся достаточно далеко, чтобы не быть полностью зависимыми от земного притяжения, но также достаточно далеко и от притяжения Луны, чтобы это не привело к существенному нарушению ее орбитального пути.
|
|
|
|
Национальные космические агентства и даже военные могут рассматривать эти островки стабильности как важнейшие элементы своих будущих космических проектов. Но по мере того, как они начнут расширять свое присутствие там, они, скорее всего, обратятся к этому массивному набору данных как к части своей доктрины планирования. Надеюсь, это избавит их от массы разочарований, когда они будут пытаться решить математические задачи самостоятельно.
|
|
|
|
Источник
|
