Kada svemirska letelica stigne na svoje odredište, ona se smesti u orbitu za naučne operacije. Ali nakon što se primarna misija završi, mogu postojati druge zanimljive orbite koje bi naučnici želeli da istraže. Za manevrisanje u drugu orbitu potrebno je gorivo, što ograničava broj manevara svemirske letelice.
Istraživači su otkrili da neke orbitalne putanje dozvoljavaju promene orbite bez goriva. Ali otkrivanje ovih puteva je takođe skupo u računskom smislu.
Pokazalo se da teorija čvorova lakše pronalazi ove puteve, što omogućava iscrtavanje najefikasnijih ruta. Ovo je slično načinu na koji naš softver za GPS mapiranje iscrtava najefikasnije rute za nas ovde na Zemlji.
U matematici, teorija čvorova je proučavanje zatvorenih krivih u tri dimenzije. Zamislite to kao gledanje na zavezanu ogrlicu ili zapetljanu konop za pecanje i smišljanje kako da ih raspetljate na najefikasniji način.
Na isti način, putanja svemirske letelice mogla bi se izračunati u prepunom planetarnom sistemu – oko Jupitera i svih njegovih meseca, na primer – gde bi se najbolji, najjednostavniji i najmanje zapetljani put mogao matematički izračunati.
Prema novom radu u časopisu Astrodinamika, „Primena teorije čvorova na detekciju heterokliničkih veza između kvaziperiodičnih orbita“, korišćenje teorije čvorova za rasplet komplikovanih ruta svemirskih letelica smanjilo bi količinu računarske snage ili jednostavno nagađanje u crtanju promene u orbitama svemirskih letelica.
„Ranije, kada su ljudi poput NASA-e želeli da iscrtaju rutu, njihovi proračuni su se oslanjali ili na grubu silu ili na nagađanje“, rekao je Deni Oven, student postdiplomskih istraživanja astrodinamike, u saopštenju za štampu sa Univerziteta u Sariju. „Naša nova tehnika uredno otkriva sve moguće rute koje bi svemirska letelica mogla da prođe od A do B, sve dok obe orbite dele zajednički energetski nivo.“
Oven je dodao da ovaj novi proces čini zadatak planiranja misija mnogo jednostavnijim. „Mi o tome razmišljamo kao o mapi [podzemne železnice] za svemir“, rekao je on.
Navigacija svemirskim brodom je komplikovana činjenicom da ništa u svemiru nije fiksna pozicija. Navigatori moraju da se suoče sa izazovima izračunavanja tačnih brzina i orijentacija rotirajuće Zemlje, rotirajuće ciljne destinacije, kao i svemirske letelice u pokretu, dok svi istovremeno putuju u svojim orbitama oko Sunca.
Pošto je gorivo ograničen resurs za većinu misija, bilo bi korisno da se zahteva najmanja moguća količina goriva za bilo kakve promene u kursu svemirske letelice u orbiti.
Navigatori svemirskih letelica koriste nešto što se zove heterokliničke orbite – koje se često nazivaju heterokliničke veze – koje su putevi koji omogućavaju letelici da putuje iz jedne orbite u drugu koristeći najefikasniju količinu goriva, ili ponekad uopšte nema goriva. Ali ovo obično zahteva veliku količinu računarske snage ili mnogo vremena da se shvati.
Ali Oven i koautor Nicola Baresi, predavač orbitalne mehanike na Univerzitetu u Sariju, napisali su da su koristeći teoriju čvorova razvili „metod robusnog otkrivanja heterokliničkih veza“, napisali su u svom radu, da brzo generišu grube putanje – koje se onda mogu precizirati. Ovo daje navigatorima svemirskih letelica punu listu svih mogućih ruta iz određene orbite, a može se izabrati onaj koji najbolje odgovara misiji. Oni tada mogu izabrati onu koja najbolje odgovara njihovoj misiji.
Istraživači su testirali svoju tehniku na različitim planetarnim sistemima, uključujući Mesec i Galilejeve mesece Jupitera.
„Podstaknuta NASA-inim programom Artemis, nova trka na Mesecu inspiriše dizajnere misija širom sveta da istražuju puteve koji štede gorivo i koji mogu bolje i efikasnije da istraže blizinu Meseca“, rekao je Barezi.
„Ne samo da naša tehnika čini taj glomazan zadatak jednostavnijim, već se može primeniti i na druge planetarne sisteme, kao što su ledeni meseci Saturna i Jupitera.
