Самарские ученые смогут рассчитать оптимальные траектории подлета к астероиду или комете

15.07.2021

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королёва создают универсальную математическая модель, которая позволит предсказывать гравитацию небесных тел сложной формы таких как астероиды и кометы. Предложенный ими метод позволит в десятки раз улучшить точность расчета космических миссий, направленных на изучение малых тел Солнечной системы. Исследование поддержано грантом Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ).

Астероиды и кометы с давних пор являются объектами интереса ученых, но в последнее время интенсивность изучения малых небесных тел заметно выросла благодаря отправке в космос множества научных зондов и аппаратов. Исследования в этой сфере помогают в решении актуальных и перспективных задач, в том числе предотвращения астероидно-кометной угрозы, добычи полезных ископаемых на астероидах и поиска ответов на фундаментальные вопросы о возникновении Вселенной.

“Миссии к астероидам, кометам и другим малым телам неправильной формы предпринимались неоднократно. И все, кто когда-либо их осуществлял, столкнулись с главной проблемой — нет методики которая позволит предсказать, как будет двигаться космический аппарат в гравитационном поле объектов столь сложной формы, — рассказала научный руководитель исследования, заведующая кафедрой динамики полета и систем управления Ольга Старинова. —
Даже вокруг Луны, у которой нет атмосферы, и с Земли кажется, что это шар почти правильной формы, мы не можем запустить в свободный полет спутник на низкой орбите — из-за невидимых невооруженным взглядом неровностей Луны и “неоднородности” ее гравитации неуправляемый аппарат достаточно быстро сойдет с орбиты и разобьется. А удержать спутник на орбите астероида на порядок сложнее, ведь изначально мы видим этот объект только в виде точки и понимаем, какая у него форма, только когда космический аппарат к нему приблизится”.

Существующие и описанные в научной литературе математические модели либо слишком просты и подходят для описания сферического тела или тела с небольшими отклонениями. Методика, над которой работает коллектив кафедры динамики полета и систем управления Самарского университета, позволит рассчитать гравитацию астероида на базе нескольких критериев — интенсивности мерцания, свечения и спектра излучения.

“По косвенным признакам мы можем измерить массу и орбиту объекта. Например, изменения яркости далекой точки позволяют выявить период его вращения. Исходя из этих признаков, мы можем понять предварительно форму объекта и понять, каким веществом он заполнен. Да, это будет предварительная информация, но этого будет достаточно, чтобы рассчитать оптимальные траектории подлета к астероиду или комете и определить оптимальные для этого значения тяги двигателей и запасов топлива”, -пояснила автор научного исследования, аспирант кафедры динамики полета и систем управления Самарского университета Елизавета Сергаева.

Результатом исследований группы ученых станет универсальная математическая модель, в которой можно будет изменять параметры планируемой космической миссии в зависимости от конкретной выбранной цели полета — определенного астероида или кометы. На основе этой модели будут разработаны алгоритмы для программного обеспечения космических аппаратов, которые будут совершать сложные маневры около еще не исследованных малых тел. Это позволит уменьшить общее время полета к выбранной цели и взять за счет экономии топлива больше научного оборудования на борт космического аппарата.

“Мы сравнивали свою математическую модель с данными завершившихся миссий к астероидами. Предложенные методы позволяют добиться погрешности в расчетах массы объектов сложной формы около 10%. Для сравнения: реальные параметры известной космической миссии “Розетта” по факту в четыре раза отличались от первоначально просчитанных. Это привело к значительному расходу топлива и сокращению исследовательской части миссии. Если бы можно было заранее и точнее все просчитать, исследователи могли бы, например, установить на зонде дополнительную научную аппаратуру или отправить на комету не один, а два спускаемых аппарата”, — пояснила Ольга Старинова.

Движение космического аппарата в окрестности астероида без использования стабилизирующего управления | c использованием стабилизирующего управления