Vědci objevili chytřejší cestu k asteroidům: Nová metoda šetří palivo i výpočetní výkon

Desítky tisíc blízkozemních objektů (NEO) představují jedny z nejsnáze dostupných zdrojů ve sluneční soustavě. Plánování trajektorií pro setkání s těmito miniaturními světy je však notoricky obtížné a vyžaduje obrovské množství výpočetního výkonu.

Desítky tisíc blízkozemních objektů (NEO) představují jedny z nejsnáze dostupných zdrojů ve sluneční soustavě. Plánování trajektorií pro setkání s těmito miniaturními světy je však notoricky obtížné a vyžaduje obrovské množství výpočetního výkonu. Nový výzkum astrodynamika Alessandra Beolchiho z Khalifa University of Science and Technology a jeho kolegů však nabízí mnohem méně výpočetně náročný způsob, jak tyto trajektorie najít, a navíc s bonusem v podobě energeticky mnohem méně náročných cest.

Tradičně inženýři NASA při plánování orbitálních trajektorií používali techniku zvanou „patched-conics“. Tento systém se silně opírá o problém dvou těles, matematický model, který se v podstatě zaměřuje pouze na Slunce a kosmickou loď, ignoruje gravitační vliv všech ostatních těles ve sluneční soustavě. Předpokládá také, že změny rychlosti kosmické lodi budou zajištěny krátkými, silnými zážehy chemických raket. Po většinu historie průzkumu vesmíru to stačilo a i když tyto modely ne vždy poskytovaly nejefektivnější cestu z bodu A do bodu B, dostaly kosmickou loď na místo rychle.

Doba se však mění a efektivita se stává při plánování těchto tras stále důležitější. Už nepoužíváme výhradně chemické rakety a není nutné jednoduše ignorovat všechny ostatní gravitační vlivy – zejména Zemi. Nový model proto zaujímá nuancovanější přístup k astrodynamickým modelům a nachází v tom významná zlepšení.

Vědci spojili dva různé modely fyziky kosmického letu. V blízkosti Země používají model známý jako Kruhový omezený problém tří těles (CR3BP). Tento model má tu výhodu, že zavádí přetahovanou mezi Zemí a Sluncem, konkrétně Lagrangeovy body orbitální stability, které jsou touto přetahovanou zavedeny. Kosmické lodě mohou efektivně „zaparkovat“ v těchto místech v meziplanetárním prostoru a čekat na prolétající asteroid. Každý z těchto Lagrangeových bodů má také „invariantní potrubí“ – v podstatě neviditelnou dálnici, která by umožnila kosmické lodi odplout od Země s téměř nulovou spotřebou paliva. Jakmile se dostanou dostatečně daleko od Země, model se přepne na tradičnější problém dvou těles (Slunce a kosmická loď), čímž se zcela eliminuje gravitační vliv naší domovské planety. Příletová cesta (tj. z asteroidu nebo komety zpět na Zemi) je vypočítána zcela odděleně od odletové cesty, s jednoduchým spojením u samotného NEO.

Tento přístup je výpočetně mnohem efektivnější. Nové modely však přinášejí i další změnu. Moderní technologie pohonu pro hluboký vesmír, jako je solární elektrický pohon (SEP), nemají stejný krátkodobý, vysoký tah jako chemické rakety. Jejich pohon je spíše jako želva než zajíc – mohou mít sice jen ekvivalent síly papíru ležícího na ruce, ale aplikovaný nepřetržitě po měsíce nebo dokonce roky může vést k velké změně rychlosti. Vědci proto upravili kód, který dříve počítal změny rychlosti jako téměř okamžité (jak by tomu bylo u chemických raket), aby byl vstřícnější k technologiím s pomalým spalováním, jako je SEP. Tato inovace otevírá nové možnosti pro efektivnější a ekonomičtější průzkum a potenciální využití zdrojů z blízkozemních asteroidů, což je klíčové pro budoucí vesmírné mise a udržitelné využívání vesmíru.