Cuando una nave espacial llega a su destino, se coloca en una órbita para operaciones científicas. Pero una vez completada la misión principal, podría haber otras órbitas interesantes que a los científicos les gustaría explorar. Maniobrar a una órbita diferente requiere combustible, lo que limita el número de maniobras de una nave espacial.
Los investigadores han descubierto que algunas trayectorias orbitales permiten cambios orbitales sin combustible. Pero descubrir estos caminos también es costoso desde el punto de vista computacional.
Se ha demostrado que la teoría de nudos encuentra estos caminos más fácilmente, lo que permite trazar las rutas más eficientes en combustible. Esto es similar a cómo nuestro software de mapeo GPS traza las rutas más eficientes para nosotros aquí en la Tierra.
En matemáticas, la teoría de nudos es el estudio de curvas cerradas en tres dimensiones. Piense en ello como mirar un collar anudado o un enredo de hilo de pescar y descubrir cómo desenredarlos de la manera más eficiente.
De la misma manera, la trayectoria de una nave espacial podría calcularse en un sistema planetario muy poblado –alrededor de Júpiter y todas sus lunas, por ejemplo– donde la mejor, más simple y menos enredada ruta podría calcularse matemáticamente.
Según un nuevo artículo de la revista Astrodinámica“Aplicaciones de la teoría de nudos a la detección de conexiones heteroclínicas entre órbitas cuasi periódicas”. El uso de la teoría de nudos para desenredar rutas complicadas de las naves espaciales disminuiría la cantidad de potencia informática o simplemente las conjeturas a la hora de trazar cambios en las órbitas de las naves espaciales.
“Anteriormente, cuando empresas como la NASA querían trazar una ruta, sus cálculos se basaban en la fuerza bruta o en conjeturas”, dijo Danny Owen, estudiante de investigación de posgrado en astrodinámica. en un comunicado de prensa de la Universidad de Surrey. “Nuestra nueva técnica revela claramente todas las rutas posibles que una nave espacial podría tomar de A a B, siempre que ambas órbitas compartan un nivel de energía común”.
Owen añadió que este nuevo proceso simplifica mucho la tarea de planificar misiones. “Lo consideramos como un tubo [subway] mapa para el espacio”, afirmó.
La navegación de las naves espaciales se complica por el hecho de que nada en el espacio tiene una posición fija. Los navegantes deben enfrentar los desafíos de calcular las velocidades y orientaciones exactas de una Tierra en rotación, un destino objetivo en rotación, así como una nave espacial en movimiento, mientras todos viajan simultáneamente en sus propias órbitas alrededor del Sol.
Dado que el combustible es un recurso limitado para la mayoría de las misiones, sería beneficioso requerir la menor cantidad de combustible posible al realizar cualquier cambio en el rumbo de una nave espacial en órbita.
Los navegadores de naves espaciales utilizan algo llamado órbitas heteroclínicas, a menudo llamadas conexiones heteroclínicas, que son caminos que permiten a una nave espacial viajar de una órbita a otra usando la cantidad más eficiente de combustible o, a veces, sin combustible. Pero esto normalmente requiere una gran cantidad de potencia de computadora o mucho tiempo para resolverlo.
Pero Owen y el coautor Nicola Baresi, profesor de Mecánica Orbital en la Universidad de Surrey, escribieron que utilizando la teoría de nudos, han desarrollado “un método para detectar de forma robusta conexiones heteroclínicas”. escribieron en su periódico, para generar rápidamente trayectorias aproximadas, que luego pueden perfeccionarse. Esto proporciona a los navegantes de las naves espaciales una lista completa de todas las rutas posibles desde una órbita designada, y pueden elegir la que mejor se adapte a la misión. Luego podrán elegir el que mejor se adapte a su misión.
Los investigadores probaron su técnica en varios sistemas planetarios, incluida la Luna y las lunas galileanas de Júpiter.
“Impulsada por el programa Artemis de la NASA, la carrera hacia la Luna nueva está inspirando a los diseñadores de misiones de todo el mundo a investigar rutas de bajo consumo de combustible que puedan explorar mejor y más eficientemente las proximidades de la Luna”. dijo Baresi.
“Nuestra técnica no sólo hace que esa engorrosa tarea sea más sencilla, sino que también puede aplicarse a otros sistemas planetarios, como las lunas heladas de Saturno y Júpiter”.
Este artículo fue publicado originalmente por Universo hoy. Leer el artículo original.