Znanstvenici nakon 30 milijuna simulacija pronašli učinkovitiji put do Mjeseca

Put do Mjeseca ne mora biti najizravniji da bi bio najbolji. Nova studija pokazuje da se učinkovitija ruta između Zemljine i Mjesečeve orbite može pronaći u složenoj gravitacijskoj geometriji sustava Zemlja-Mjesec, a istraživači su je izdvojili tek nakon što su računalno provjerili oko 30 milijuna mogućih putanja.

Nova ruta smanjuje potrebnu promjenu brzine za 58,80 metara u sekundi u odnosu na najpovoljnije putanje dosad opisane u znanstvenoj literaturi. U svemirskim misijama takva razlika nije kozmetička: manje potrebnog potiska znači manje goriva, manju masu i više prostora za teret, instrumente ili sigurnosne rezerve.

Najbolja ruta nije bila ondje gdje se očekivala

U svemirskoj navigaciji “najbolji put” ne znači isto što i najkraća crta na karti. Letjelica se kreće kroz gravitacijsko polje Zemlje i Mjeseca, pa se svaka odluka o putanji pretvara u pitanje energije. Kada se motor mora uključiti? Koliko se brzina mora promijeniti? Može li se dio puta prepustiti prirodnoj dinamici sustava?

Nova metoda tu je donijela najzanimljiviji rezultat. Dosadašnji modeli uglavnom su polazili od pretpostavke da je najpovoljnije ući u prirodnu prijelaznu putanju s dijela koji je bliži Zemlji. To zvuči logično, ali simulacije su pokazale drukčiju sliku.

Učinkovitija ruta prvo se više približava Mjesecu, a zatim u tu putanju ulazi s druge strane.

Vrijednost tog rezultata nije u finom podešavanju već poznate rute. Šire pretraživanje otvorilo je prostor u kojem se pojavilo rješenje koje jednostavniji pristupi ne bi nužno izdvojili.

Trideset milijuna simulacija otvorilo je drukčiji put

Rad je objavljen u časopisu Astrodynamics, a istraživanje je vodio Allan Kardec de Almeida Júnior sa Sveučilišta u Coimbri. Tim je koristio teoriju funkcionalnih veza, matematički pristup koji smanjuje računalni trošak simulacija.

Zbog toga istraživači nisu morali provjeriti samo uski skup očekivanih ruta. Mogli su pretražiti milijune različitih scenarija.

Za usporedbu, jedno ranije istraživanje na koje se autori pozivaju obuhvatilo je 280.000 simulacija. U novoj analizi provjereno ih je oko 30 milijuna.

Kada je pretraživanje dovoljno široko, računalo može pronaći putanje koje se ne uklapaju u početnu intuiciju. U ovom slučaju prednost se pojavila u geometriji puta prema području između Zemlje i Mjeseca, blizu Lagrangeove točke L1.

L1 je područje u kojem se gravitacijski utjecaji Zemlje i Mjeseca djelomično uravnotežuju. Takva mjesta nisu jednostavna “parkirališta” u svemiru, ali omogućuju posebne vrste orbita i prijelaza koje misije mogu iskoristiti uz manju potrošnju energije.

Put kroz gravitacijsku međuzonu

Predložena putanja zamišljena je u dvije faze. Letjelica najprije napušta Zemljinu orbitu i prelazi prema orbiti oko područja L1. Nakon toga može nastaviti prema Mjesečevoj orbiti kada to odgovara profilu misije.

Takva međufaza daje misiji dodatnu fleksibilnost. Letjelica se, uz sustav upravljanja, može zadržati u tom području prije nastavka puta prema Mjesecu. To može biti korisno za misije u kojima se prijelaz prema Mjesečevoj orbiti ne mora odviti u jednom uskom vremenskom slijedu.

Autori ističu i komunikacijsku prednost. Letjelica u takvoj orbiti ne bi morala prolaziti kroz fazu u kojoj ostaje bez veze sa Zemljom ili Mjesecom tijekom čekanja. Za buduće lunarne misije, u kojima će koordinacija između Zemlje, Mjeseca i mogućih orbitalnih postaja biti sve važnija, stabilna komunikacija može imati jednaku težinu kao i sama ušteda goriva.

Sunce bi moglo dodatno promijeniti izračun

Nova ruta ne predstavlja konačan odgovor na pitanje kako najučinkovitije stići do Mjeseca. U izračune su uključeni Zemlja i Mjesec, ali ne i utjecaj drugih tijela, primjerice Sunca.

Dodavanje Sunca moglo bi otvoriti put prema još učinkovitijim rješenjima. No takvi izračuni više ne bi vrijedili općenito. Položaj Sunca morao bi se vezati uz točan datum lansiranja, pa bi ruta izračunata za jedan dan vrijedila upravo za taj scenarij.

To ograničenje pokazuje gdje bi metoda mogla biti najkorisnija. Buduće misije neće trebati samo opću putanju na papiru, nego izračune prilagođene stvarnom datumu lansiranja, stvarnom rasporedu tijela u prostoru i stvarnim ciljevima leta.

U lunarnim misijama svaki metar u sekundi ulazi u masu, gorivo i korisni teret. Ako letjelica za isti cilj treba manju promjenu brzine, ostaje više prostora za instrumente, zalihe ili sigurnosne rezerve. Zato razlika od 58,80 metara u sekundi nije puki matematički rezultat, nego podatak koji može utjecati na planiranje budućih letova.

Ivan Petričević

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.