Самарские ученые предложили управлять спутниками с помощью хаоса
Российские ученые предложили использовать хаос во благо – для нужд космонавтики и астродинамики. Исследователи считают, что сложное явление может помочь корректировать траекторию движения космических аппаратов. Такой метод может пригодиться, если при запуске спутников была допущена техническая ошибка, либо если зонд столкнется с непредвиденной проблемой на орбите.
Современные научные методы позволяют делать прогнозы о поведении сложных динамических систем на короткий срок, однако в долгосрочной перспективе оно становится непредсказуемым. Например, невозможно точно предсказать погоду более чем на две недели. Это явление ученые называют «хаосом».
Феномен динамического хаоса был открыт американским метеорологом Эдвардом Лоренцем. Он обнаружил ключевую особенность хаотических систем и показал, что они возникают из-за так называемых «странных хаотических аттракторов» – подмножествах фазового пространства, к которым с течением времени «притягиваются» все траектории, стартующие неподалеку от них.
В системах разного происхождения, от конвекции атмосферных потоков до разных электрических и механических устройствах и даже сердцебиения человека, могут происходить колебания, принцип которых постоянно меняется, но остается в определенных рамках. Такие процессы не имеют периодичности, а их графики воспринимаются человеческим глазом как хаотичные сигналы с постоянно меняющимися параметрами, такими как амплитуда и частота. Причина этого – в неустойчивости колебаний, которые при этом остаются в одной области пространства, куда их привлекает аттрактор.
Обычно считается, что хаос оказывает негативное влияние на динамические системы, поэтому ученые активно изучают его, чтобы предотвратить и устранить. Но есть исследования, которые рассматривают хаос как нечто положительное. Например, ранее ученые предлагали использовать хаотические схемы полета космических аппаратов при отправке их с Земли на окололунную орбиту. Такой способ требует меньше топлива, чем стандартные импульсные перелеты Гомана, которые подразумевают использование эллиптической орбиты для перехода между двумя другими орбитами. Тем же методом предлагалось корректировать траекторию полета в случае ошибок на этапе запуска космических аппаратов.
Астрофизики из Самарского университета им. Королева взяли за основу работы коллег, рассчитав с помощью алгоритма дифференциальной эволюции наилучший способ хаотичного изменения ориентации космического аппарата в пространстве таким образом, чтобы достичь желаемого углового положения и одновременно снизить скорость его вращения.
Как пояснил заведующий кафедрой теоретической механики Самарского университета Антон Дорошин, расчеты показали, что изменить положение космического корабля в пространстве возможно с помощью создания динамического хаоса в его угловом движении. Чтобы это проверить, использовались известные «странные хаотические аттракторы» и новые методы, с помощью которых можно захватить движение космического аппарата в динамический хаос. Далее, с помощью алгоритма оптимизации, исследователи рассчитали время, за которое потенциальный космический корабль выйдет из хаотического режима на заданное положение в пространстве с минимальной остаточной угловой скоростью.
В планах самарских ученых – продолжить исследование значимых характеристик детерминированного хаоса, а также его положительных свойств, которые могут использоваться в области механики космического полета и астродинамики.
Ранее исследователи из Самарского университета впервые получили в лабораторных условиях, приближенных к космическим, органическое соединение, которое является ключевым для зарождения жизни. Результаты эксперимента показали, что простейшая органика может возникать в космосе. Это на шаг приблизило ученых к пониманию того, как появилась жизнь во Вселенной.
