Rørkort omkring planeter og måner muliggjort af knudeteori

Ligesom sat-nav gjorde op med behovet for at skændes om den bedste rute hjem, har forskere fra University of Surrey udviklet en ny metode til at finde de optimale ruter til fremtidige rummissioner uden behov for at spilde brændstof. Artiklen er publiceret i tidsskriftet Astrodynamics .

Den nye metode bruger matematik til at afsløre alle mulige ruter fra en bane til en anden uden at gætte eller bruge enorm computerkraft.

Danny Owen, som udviklede teknikken ved Surrey Space Center, sagde:"Tidligere, når folk som NASA ønskede at plotte en rute, var deres beregninger baseret på enten brute force eller gætværk.

"Vores nye teknik afslører pænt alle mulige ruter et rumfartøj kunne tage fra A til B, så længe begge baner deler et fælles energiniveau.

"Dette gør opgaven med at planlægge missioner meget enklere. Vi opfatter det som et rørkort for rummet."

I de seneste årtier har rummissioner i stigende grad været afhængige af evnen til at ændre forløbet af en satellits vej gennem rummet uden at bruge brændstof.

En måde at gøre dette på er at finde 'heterokliniske forbindelser' - de stier, der tillader rumfartøjer at overføre fra en bane til en anden uden at bruge brændstof.

Matematikken til at finde disse stier er kompleks – normalt beregnet ved at bruge stor computerkraft til at løbe gennem den ene mulighed efter den anden eller ved at lave et 'intelligent gæt' og derefter undersøge det nærmere.

Denne nye teknik bruger et område af matematik kaldet knudeteori til hurtigt at generere grove baner - som derefter kan forfines. Ved at gøre det kan rumfartsorganisationer få en komplet liste over alle mulige ruter fra en udpeget bane. De kan derefter vælge den, der passer bedst til deres mission - ligesom du måske vælger en rute ved at studere rørkortet.

Teknikken blev testet med succes på forskellige planetsystemer - inklusive månen og Jupiters måner i Galilæa. Begge disse er i fokus for nuværende og fremtidige missioner.

Dr. Nicola Baresi, lektor i orbital mekanik ved University of Surrey, sagde:"Ansporet af NASAs Artemis-program inspirerer nymåneløbet missionsdesignere rundt om i verden til at forske i brændstofeffektive ruter, der bedre og mere effektivt kan udforske nærhed af månen.

"Vores teknik gør ikke kun den besværlige opgave mere ligetil, men den kan også anvendes på andre planetsystemer, såsom de iskolde måner i Saturn og Jupiter."

Flere oplysninger: Danny Owen et al., Anvendelser af knudeteori til påvisning af heterokliniske forbindelser mellem kvasi-periodiske baner, Astrodynamics (2024). DOI:10.1007/s42064-024-0201-0

Leveret af University of Surrey