Учёные нашли «гравитационную лазейку» для полётов к Луне: новый маршрут резко снижает расход топлива с «пит-стопом» в точке Лагранжа
Главным финансовым и техническим барьером на пути к освоению Луны остаётся колоссальная стоимость вывода космического топлива на орбиту. Формула Циолковского неумолима: чтобы доставить килограмм полезного груза к спутнику Земли, приходится тратить десятки килограммов топлива только на разгон самой ракеты. Радикальное решение этой проблемы предложила международная группа учёных: исследователи рассчитали принципиально новый, сверхэкономичный маршрут между орбитами Земли и Луны, который использует особенности космической гравитации.
Ключевым элементом схемы стал своеобразный космический «пит-стоп» в первой точке Лагранжа системы Земля — Луна. Это зона гравитационного баланса, где притяжение обоих небесных тел уравновешивает центробежную силу, позволяя аппарату подолгу удерживать позицию с минимальными затратами энергии. Новый маршрут снижает необходимую скорость как минимум на 58,8 м/с по сравнению с самыми эффективными траекториями, известными ранее. В условиях реального полёта эта цифра, кажущаяся скромной на бумаге, конвертируется в экономию сотен килограммов или даже тонн топлива в зависимости от массы корабля.
Как объяснил руководитель исследования Аллан Кардек де Алмейда Жуниор (Allan Kardec de Almeida Júnior), в космонавтике каждый сэкономленный метр в секунду важен для облегчения массы аппарата и увеличения полезной нагрузки.
Источник: NASAЧтобы найти эту лазейку в геометрии космического пространства, учёные применили теорию функциональных связей. Этот метод позволил кардинально снизить требования к вычислительной мощности компьютеров при моделировании орбитального движения. В то время как в предыдущих фундаментальных работах инженерам удавалось просчитать не более 280 тысяч вариантов траекторий, новая математическая модель позволила суперкомпьютеру мгновенно оценить более 30 миллионов различных сценариев.
Результат вычислений оказался крайне контринтуитивным. Самый выгодный путь к точке L1 лежит через гравитационный коридор, который сначала проходит в непосредственной близости от Луны. Казалось бы, летящий от Земли корабль должен двигаться строго к точке баланса, не долетая до Луны, но математика доказала обратное. Пролетая совсем рядом с лунной поверхностью, корабль совершает гравитационный манёвр: притяжение спутника эффективно притормаживает аппарат и плавно «затягивает» его на промежуточную орбиту вокруг L1 практически бесплатно, избавляя от необходимости жечь топливо в тормозных двигателях.
Помимо чистой экономии топлива, транзитная орбита в точке Лагранжа даёт миссиям стратегическое преимущество. Попав туда, космический корабль может находиться в режиме ожидания практически бесконечно, корректируя системы и выжидая идеальное окно для десантирования на лунную поверхность. При этом, в отличие от прямых траекторий перелёта, аппарат в точке L1 всегда остаётся в зоне прямой видимости и бесперебойной радиосвязи одновременно и с Землей, и с Луной.
Сейчас авторы работают над усложнением модели: они планируют добавить в уравнения гравитационное влияние Солнца. По их расчётам, это позволит получить ещё большую экономию, хотя и потребует жёсткой привязки к конкретной дате пуска. В условиях разворачивающейся лунной гонки и множества запланированных запусков на ближайшие годы, оптимизация маршрутов станет ключом к удешевлению космической логистики.
© iXBT
