Исследователи нашли более экономичный способ перелета от Земли к Луне, который позволяет сократить расход топлива и при этом не терять связь с Землей. Речь идет не о прямом «коротком пути», а о более сложной траектории через область точки Лагранжа L1, расположенной между Землей и Луной, где притяжение двух тел уравновешивается.
Работа основана на большом массиве расчетов. Ученые смоделировали 30 млн различных маршрутов и пришли к выводу, что самый выгодный вариант отличается от тех схем, которые раньше считались наиболее экономичными. Результаты исследования опубликованы в журнале Astrodynamics.
Авторы предложили разбить перелет на 2 части. Сначала аппарат выходит с околоземной орбиты и направляется к орбите вокруг точки L1. Значительную часть этого участка полета он проходит по так называемой естественной траектории, то есть использует особенности гравитации, чтобы тратить меньше топлива.
Главный вывод оказался неожиданным. Ранее обычно считалось, что выгоднее входить на такую траекторию с той ветви, которая ближе к Земле. Но расчеты показали, что более экономичный вариант проходит иначе: аппарат подходит ближе к Луне и входит на нужную траекторию с противоположной стороны. Именно это решение и позволило найти новый маршрут с меньшими затратами.
Как сообщает Phys.org, найденная схема требует на 58,80 м/с меньший расход топлива по сравнению с самым экономичным из ранее описанных маршрутов. На первый взгляд разница кажется небольшой, особенно на фоне общей оценки перелета в 3342,96 м/с, однако для космических полетов даже такое снижение имеет заметное значение, поскольку каждый дополнительный метр в секунду требует значительных затрат топлива.
Для поиска такого решения ученые использовали метод, основанный на теории функциональных связей. Этот подход уменьшает вычислительные затраты и позволяет просчитывать намного больше возможных вариантов полета. Если в более ранних работах для получения результата использовались около 280 тыс. моделирований, то в новом исследовании команда довела число проверенных маршрутов до 30 млн.
У нового варианта есть еще одно важное преимущество. Аппарат может находиться на промежуточной орбите в районе L1 до тех пор, пока не будет готов перейти ко второй части полета — выходу на лунную орбиту. Такая схема удобна тем, что на этом этапе не возникает перерыва в связи ни с Землей, ни с Луной.
Авторы отдельно подчеркивают, что это может быть полезно для будущих экспедиций. Один из участников исследования привел в пример миссию Artemis 2, во время которой связь с Землей на время пропадала, когда корабль оказался за Луной. В предложенной схеме такой проблемы удается избежать.
При этом исследователи признают, что найденный путь нельзя считать абсолютно самым дешевым из всех возможных. В расчетах учитывалось только влияние Земли и Луны, без гравитации Солнца и других тел. Если добавить эти факторы, можно получить еще более выгодные маршруты, но тогда траектория будет сильнее зависеть от конкретной даты запуска, а окно для старта станет уже.
Один из авторов пояснил, что в таком случае расчеты придется проводить под определенное положение Солнца. Например, если моделирование выполнено для старта в конкретный день, то результат будет годиться только для запуска именно в эту дату. Поэтому нынешняя работа важна еще и как пример более широкого системного подхода к поиску нестандартных решений для космических перелетов.
Исследование подготовили ученые из Португалии, Бразилии и Франции. В числе авторов названы Аллан Кардек де Алмейда Жуниор, Витор Мартинс де Оливейра и Леонардо Барбоза Торрес дос Сантос. В основе работы лежит задача не просто доставить аппарат к Луне, а сделать это с меньшими затратами и без потери связи на маршруте.
Таким образом, речь идет не просто о новой красивой схеме полета, а о более точном способе расчета траекторий между орбитами небесных тел. Если такой подход начнут применять шире, он может пригодиться не только для перелетов к Луне, но и для других космических задач, где особенно важны экономия топлива и надежная связь, пишет Space.com.
