دانشمندان مسیر پنهانی به ماه پیدا کردند که مصرف سوخت را کاهش می‌دهد

برنامه‌ریزی مسیر حرکت فضاپیماها یکی از پیچیده‌ترین بخش‌های مأموریت‌های فضایی است. سفر در فضا بسیار پرهزینه است و حتی کاهش اندکی در میزان سوخت مصرفی می‌تواند میلیون‌ها دلار صرفه‌جویی ایجاد کند. به همین دلیل، پژوهشگران همواره در تلاش‌اند مسیرهایی پیدا کنند که با مصرف انرژی کمتر، فضاپیما را به مقصد برساند.

اکنون گروهی بین‌المللی از دانشمندان اعلام کرده‌اند که روشی تازه برای یافتن مسیرهای کارآمدتر میان زمین و ماه یافته‌اند که می‌تواند سفرهای آینده به ماه را ارزان‌تر و پایدارتر کند. پژوهش با استفاده از مدل‌سازی پیشرفته رایانه‌ای انجام شده و بر پایه رویکردی ریاضی به نام نظریه اتصالات تابعی استوار است. این روش به پژوهشگران امکان می‌دهد محاسبات بسیار پیچیده را با توان پردازشی کمتری انجام دهند. در مأموریت‌های فضایی، محاسبه مسیر حرکت فضاپیما بسیار دشوار است، زیرا باید اثر نیروهای گرانشی مختلف، سرعت، موقعیت و تغییرات مداری به‌طور هم‌زمان بررسی شود.

به گزارش اسپیس‌دات‌کام، پژوهشگران با کمک روش یادشده موفق شدند حدود ۳۰ میلیون مسیر مختلف میان زمین و ماه را شبیه‌سازی کنند. از میان این تعداد، حدود ۲۸۰هزار شبیه‌سازی در مطالعه نهایی مورد بررسی دقیق قرار گرفت. نتیجه این بررسی‌ها کشف نوعی «مسیر پنهان» بود که نسبت به مسیرهای شناخته‌شده قبلی به سوخت کمتری نیاز دارد.

در نگاه اول شاید تصور شود فضاپیماها در تمام مدت سفر با موتور و سوخت حرکت می‌کنند، اما در واقع بخش مهمی از جابه‌جایی در فضا با کمک گرانش انجام می‌شود. دانشمندان سال‌هاست از میدان‌های گرانشی سیاره‌ها و قمرها برای تغییر مسیر یا افزایش سرعت فضاپیماها استفاده می‌کنند؛ روشی که به آن «کمک گرانشی» گفته می‌شود.

در سراسر منظومه شمسی مسیرهایی طبیعی وجود دارد که تحت تأثیر گرانش اجرام آسمانی شکل می‌گیرند. این مسیرها گاهی «شبکه حمل‌ونقل میان‌سیاره‌ای» نامیده می‌شوند؛ شبکه‌ای از گذرگاه‌های گرانشی که فضاپیماها می‌توانند با مصرف سوخت کمتر در آن‌ها حرکت کنند، هرچند این مسیرها معمولاً طولانی‌تر و پیچیده‌تر از مسیرهای مستقیم هستند.

در این پژوهش، دانشمندان روی تعامل گرانشی میان زمین و ماه تمرکز کردند. آن‌ها مفهومی به نام «واریته» را بررسی کردند. در دینامیک مداری، واریته به مسیری طبیعی‌ گفته می‌شود که جسم تحت تأثیر گرانش به‌طور طبیعی در آن حرکت می‌کند و می‌تواند به مداری خاص منتهی شود.

پیش‌تر تصور می‌شد بهترین راه ورود به مدار ماه، استفاده از بخشی از این مسیرها است که به زمین نزدیک‌تر باشد. اما تیم پژوهشی متوجه شد ورود از سمت مخالف، در برخی شرایط، می‌تواند کارآمدتر باشد و سوخت کمتری مصرف کند.

ویتور مارتینز دی اولیویرا، پژوهشگر دانشگاه سائوپائولو برزیل و یکی از نویسندگان مقاله، توضیح داد: «به‌جای اینکه فرض کنیم نزدیک‌ترین بخش مسیر به زمین همیشه بهترین گزینه است، می‌توان با تحلیل نظام‌مند و استفاده از روش‌های سریع‌تر محاسباتی، راه‌حل‌های غیرمنتظره و مؤثرتری پیدا کرد.»

به گفته پژوهشگران، مسیر تازه امکان استفاده بیشتر از نیروی رایگان گرانش را فراهم می‌کند و به همین دلیل مصرف سوخت کاهش می‌یابد. آن‌ها محاسبه کردند که این مسیر نسبت به ارزان‌ترین مسیر شناخته‌شده قبلی، حدود ۵۸٫۸ متر بر ثانیه صرفه‌جویی در سرعت موردنیاز ایجاد می‌کند.

پژوهشگران می‌گویند این مسیر مزیت مهم دیگری نیز دارد: حفظ ارتباط مداوم با زمین. برای مثال، در مأموریت آرتمیس ۲، زمانی که فضاپیما در پشت ماه قرار گرفت، ارتباط آن برای مدتی با زمین قطع شد. دلیل این اتفاق آن است که ماه مانع عبور مستقیم امواج رادیویی می‌شود. اما مسیر پیشنهادی جدید به گونه‌ای طراحی شده که احتمال چنین قطع ارتباطی را کاهش می‌دهد.

اولیویرا در این‌باره گفت: «مأموریت آرتمیس ۲ برای مدتی ارتباط خود را با زمین از دست داد، زیرا مستقیماً پشت ماه قرار گرفته بود. مداری که ما پیشنهاد می‌کنیم راه‌حلی ارائه می‌دهد که ارتباط پیوسته را حفظ می‌کند.»

پژوهشگران تأکید می‌کنند که مسیر جدید احتمالاً بهترین و نهایی‌ترین راه برای سفر ارزان به ماه نیست. در مدل‌سازی آن‌ها فقط گرانش زمین و ماه در نظر گرفته شده است، در حالی که اجرام دیگری مانند خورشید نیز می‌توانند بر حرکت فضاپیما اثر بگذارند. به همین دلیل، پژوهش‌های آینده ممکن است متغیرهای بیشتری را وارد محاسبات کنند تا مسیرهایی حتی کم‌هزینه‌تر و بهینه‌تر پیدا شود.

پژوهش در ژورنال Astrodynamics منتشر شده است.