Planiranje putovanja letjelica kroz prostor između Zemlje i Mjeseca, u tzv. cislunarnom prostoru, jedan je od temeljnih preduvjeta za dugoročnu ljudsku prisutnost oko Mjeseca. U tom području svaka letjelica istodobno je pod gravitacijskim utjecajem više nebeskih tijela, zbog čega i vrlo male promjene početnih uvjeta mogu dovesti do velikih promjena u daljnjem tijeku putovanja. U stručnim projekcijama tog razvoja često se polazi od scenarija u kojem se između Zemlje i Mjeseca uspostavlja svojevrsna prometna arterija, s većim brojem letjelica koje se učestalo kreću u oba smjera, pri čemu dio prometa preuzimaju automatizirani sustavi i operacije koje se odvijaju rutinski. Upravo zato pouzdani modeli i provjera navigacijskih sustava postaju ključni dio priprema za buduće misije i infrastrukturu u blizini Mjeseca.
Kako prenosi Universe Today, znanstvenici iz Nacionalnog laboratorija Lawrence Livermore (LLNL) razvili su otvoreni skup podataka i softverski paket koji obuhvaća 1.000.000 simuliranih cislunarnih orbita. Rad je objavljen na preprint poslužitelju arXiv, a cilj projekta bio je uspostaviti referentnu bazu podataka za testiranje i provjeru navigacijskih i planerskih sustava u matematički izrazito zahtjevnom i dinamičnom okruženju.
Važno je naglasiti da se skup podataka ne odnosi na isključivo stabilne orbite. Tijekom trogodišnjeg razdoblja simulacije stabilnima se pokazalo samo 9,7% analiziranih slučajeva. U ostalim scenarijima satelit je završavao udarom u Mjesec, ulaskom u Zemljinu atmosferu uz izgaranje ili izbacivanjem iz sustava u potpunosti.
Kaos u sustavu s tri tijela
U cislunarnom prostoru problem nastaje zbog dinamike sustava u kojem tri tijela međusobno gravitacijski djeluju i istodobno su pod utjecajem tih sila. Takvi sustavi u fizici se opisuju kao “kaotični”, što znači da i vrlo mala promjena u početnim uvjetima može uzrokovati velike, teško predvidive promjene kasnije putanje satelita. Dodatna odstupanja, poput poremećaja nakon udara Sunčeve oluje, mogu značajno promijeniti tijek gibanja.
Zbog takve osjetljivosti bilo je teško razvijati pouzdane orbitalne scenarije za misije prema Mjesecu. Novi skup podataka i prateći softver osmišljeni su kako bi se taj praktični problem sustavno riješio kroz jasno definiran referentni okvir. U opisu projekta navodi se da skup podataka može poslužiti kao referentni standard za provjeru i usporedbu navigacijskog softvera te sustava za planiranje orbita na satelitima. Takvi će sustavi postajati sve važniji kako sve veći broj organizacija nastoji koristiti prostor u blizini Mjeseca za trajne postaje i čvorišta u sklopu širenja ljudske prisutnosti u sustavu Zemlja–Mjesec.
Referentne točke i fizikalni utjecaji
Za izradu ovakve baze podataka bilo je nužno precizno definirati početne uvjete. Znanstvenici LLNL-a odabrali su položaj Sunca, Zemlje i Mjeseca na datum 1. siječnja 1980. kao početnu referentnu točku, kako bi svi koji koriste podatke imali jasno definiran orijentir. Nakon toga modeliran je složen paket fizikalnih utjecaja koji djeluju na satelit u cislunarnom prostoru tijekom šest godina.
U taj paket uključena je gravitacija četiriju elemenata sustava, Mjeseca, Zemlje, samog satelita i Sunca, pri čemu je Sunce u modelu predstavljeno kao točkasti izvor. Uključene su i rezonancije između Zemlje i Mjeseca, čime se nastojalo obuhvatiti dio finih struktura dinamike koje ovaj problem čine posebno zahtjevnim. Dodatno su uključeni tlak toplinskog zračenja sa Zemlje i tlak Sunčeva zračenja, koji postupno potiskuju satelit od izvora zračenja i unose dodatnu složenost u razvoj orbite.
Od 1.000.000 simuliranih orbita stabilnima se pokazalo približno 9.700, no stabilnost se nije pojavljivala ravnomjerno. Uočeni su klasteri stabilnosti na određenim područjima prostora. Jedno od njih nalazi se oko Lagrangeovih točaka sustava Zemlja–Mjesec, osobito oko L4 i L5, vodeće i prateće Lagrangeove točke, koje mogu poslužiti kao gravitacijska “parkirališta” za važnu infrastrukturu poput Lunar Gatewaya ili slične opreme.
Drugo područje povećane stabilnosti zabilježeno je oko pojasa koji se nalazi približno pet puta dalje od geosinkrone orbite. U tom slučaju orbite su dovoljno udaljene da ne budu u potpunosti podređene Zemljinoj gravitaciji, ali i dovoljno daleko od Mjesečeve gravitacije da ona ne uzrokuje značajne poremećaje u orbitalnoj evoluciji.
Nacionalne svemirske agencije, ali i vojne strukture, mogle bi takve “otoke” stabilnosti promatrati kao važne točke budućih aktivnosti u svemiru. Kako se prisutnost u cislunarnom prostoru bude širila, ovakvo objavljivanje opsežnog skupa podataka vjerojatno će se koristiti kao dio planerske prakse. Cilj takvog pristupa je smanjiti operativne rizike i izbjeći ponavljanje istih složenih proračuna pri razvoju navigacijskih i planerskih sustava.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
