Исследователи Самарского университета им. Королёва придумали, как с помощью хаоса управлять космическими аппаратами

Управлять хаосом для нужд космонавтики и астродинамики предложили исследователи Самарского университета имени Королева. По их мнению, разработка поможет ориентировать космические аппараты в пространстве. Результаты исследования опубликованы в журнале Nonlinear Dynamics.

Традиционные научные методы могут предсказать поведение сложных динамических систем лишь на короткий срок, а в долгосрочной перспективе оно непредсказуемо. Например, погоду невозможно детально прогнозировать более чем на 14 дней. Такое свойство систем ученые называют словом "хаос".

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" (от английского attract "притягивать"). Речь идет о подмножествах фазового пространства, к которым с течением времени стремятся все траектории, стартующие не слишком далеко от них.

Это означает, что системы разной природы (например, конвекция атмосферных потоков, нелинейные колебания в разнообразных электрических и механических устройствах и даже человеческое сердцебиение) могут демонстрировать сложные колебательные процессы, при которых закон этих колебаний постоянно меняется, оставаясь в определенных границах, пояснил заведующий кафедрой теоретической механики Самарского университета имени Королева Антон Дорошин.

"Такие колебания никогда не повторяются, а их графики человеческий взгляд интерпретирует как какие-то случайные сигналы с постоянно изменяемой амплитудой и частотой. Все это происходит из-за того, что эти колебания неустойчивы, постоянно "убегают от такого же соседнего режима". При этом они остаются в ограниченной области пространства, куда их притягивает странный аттрактор, который сам по себе является сложным геометрическим объектом с дробной размерностью — фракталом", — рассказал он.

Как правило, воздействие хаоса на динамические системы считается вредным, поэтому многие ученые посвящают свои исследования обнаружению, предотвращению и ликвидации хаоса. Однако существуют исследования, в которых хаос рассматривается как положительный аспект.

"Авторы некоторых публикаций предлагали хаотические схемы перелета космического аппарата с Земли на орбиту Луны с меньшими затратами топлива по сравнению с обычными импульсными перелетами Гомана. Они прорабатывали хаотические варианты исправления неверных траекторий перелетов из-за ошибок на этапе запуска космических аппаратов, а также демонстрировали примеры спасения космических миссий за счет перехода в хаос (например, японский космический аппарат Hiten для исследования Луны или американский спутник связи HGS-1)", — сообщил соавтор исследований, старший научный сотрудник Самарского университета имени Королева Николай Елисов.

Исследователи Самарского университета имени Королева, используя алгоритм дифференциальной эволюции, рассчитали оптимальный процесс хаотической переориентации космического аппарата в пространстве так, чтобы его желаемое угловое положение было достигнуто с одновременным сбросом скорости его вращения.

"Мы синтезировали пространственную переориентацию космического аппарата с помощью создания динамического хаоса в его угловом движении. Для инициирования хаоса мы использовали как известные странные хаотические аттракторы, так и новые, найденные нами, каждый из которых может захватить движение космического аппарата в динамический хаос. Используя алгоритм оптимизации, мы смогли определять время выхода из хаотического режима на заданную ориентацию в пространстве с минимальной остаточной угловой скоростью", — резюмировал Дорошин.

Авторы исследований планируют продолжить изучение фундаментальных свойств детерминированного хаоса и его позитивных прикладных аспектов, включая применение хаотических режимов к решению задач механики космического полета и астродинамики.

Исследование было поддержано грантом РНФ.

Источник: ria.ru