В России придумали, как с помощью хаоса управлять космическими аппаратами

Исследователи Самарского университета имени Королева предложили новый подход к управлению хаосом в космонавтике и астродинамике.

Их исследование, опубликованное в журнале Nonlinear Dynamics, представляет собой инновационный метод ориентации космических аппаратов в пространстве.

Долгосрочное прогнозирование поведения сложных динамических систем представляет серьезные вызовы для научного сообщества. Традиционные методы могут предсказать лишь краткосрочные тенденции, в то время как в долгосрочной перспективе системы становятся непредсказуемыми. Например, даже современные технологии не могут точно предсказать погоду на более чем 14 дней вперед из-за свойства системы, называемого "хаосом".

Исследование ученых из Самарского университета предлагает новый взгляд на управление хаосом в контексте космических миссий. Их методика может стать ключом к более точной и надежной навигации космических аппаратов, открывая новые возможности для исследований и миссий в космосе.

Антон Дорошин, заведующий кафедрой теоретической механики Самарского университета имени Королева, объяснил, что системы различной природы, включая конвекцию атмосферных потоков, нелинейные колебания в разнообразных электрических и механических устройствах, а также человеческое сердцебиение, могут проявлять сложные колебательные процессы. Важно отметить, что закон этих колебаний постоянно изменяется, но остается в определенных границах.

Первооткрывателем феномена динамического хаоса был американский метеоролог Эдвард Лоренц. Он выявил основное свойство поведения хаотических систем и показал, что они порождаются так называемыми "странными хаотическими аттракторами". Эти аттракторы представляют собой подмножества фазового пространства, к которым с течением времени стремятся все траектории, стартующие не слишком далеко от них.

Динамический хаос является интересным исследовательским объектом, так как он отражает сложные и непредсказуемые процессы в различных системах. Этот феномен имеет широкое применение в различных областях науки и техники, от метеорологии до биологии.

Хаос в динамических системах обычно ассоциируется с негативными последствиями, исследователи активно работают над выявлением, предотвращением и устранением его воздействия. Однако существуют исследования, которые рассматривают хаос как положительный фактор.

Николай Елисов, старший научный сотрудник Самарского университета имени Королева, отметил, что некоторые исследователи предлагают использовать хаотические схемы для перелетов космических аппаратов, что позволяет снизить расход топлива при доставке с Земли на орбиту Луны. Они также изучают возможности коррекции траекторий перелетов в случае ошибок на этапе запуска космических аппаратов, а также демонстрируют способы спасения космических миссий через переход к хаосу.

Интересно, что некоторые исследования приводят примеры успешного использования хаоса в космических миссиях, таких как японский космический аппарат Hiten для исследования Луны или американский спутник связи HGS-1. В результате, хаос может быть не только проблемой, но и решением в некоторых сферах науки и технологий.

Для достижения желаемого углового положения космического аппарата и одновременного сброса скорости его вращения, исследователи Самарского университета имени Королева применили алгоритм дифференциальной эволюции. Этот метод позволил рассчитать оптимальный процесс хаотической переориентации в пространстве.

Мы синтезировали пространственную переориентацию космического аппарата, создав динамический хаос в его угловом движении. Для инициирования хаоса использовались как известные странные хаотические аттракторы, так и новые, обнаруженные исследователями. Каждый из этих аттракторов способен захватить движение космического аппарата в динамический хаос.

Этот подход открывает новые перспективы для управления космическими аппаратами и повышения их эффективности в космическом пространстве. Результаты исследования могут быть применены в различных областях, где требуется точное управление ориентацией объектов в пространстве.

Исследование, поддержанное грантом РНФ, открывает перед нами увлекательную область изучения фундаментальных свойств детерминированного хаоса. Авторы исследований не только смогли определить время выхода из хаотического режима на заданную ориентацию в пространстве с минимальной остаточной угловой скоростью, но и планируют продолжить изучение его позитивных прикладных аспектов.

Используя алгоритм оптимизации, ученые открыли новые перспективы в применении хаотических режимов к решению задач механики космического полета и астродинамики. Это открывает возможности для разработки более эффективных методов управления космическими аппаратами и спутниками.

Резюмировав результаты исследования, Дорошин подчеркнул важность дальнейших исследований в данной области. Расширение знаний о хаотических режимах и их применение в космической отрасли могут привести к новым открытиям и улучшению технологий в будущем.

Источник и фото - ria.ru