Ученые разработали точный математический метод для планирования траекторий астероидов

Новости МирТесен

Ученые из Билефельдского университета, работавшие в сотрудничестве с коллегами из других стран, впервые создали математическую модель, обеспечивающую точное решение сложной задачи космической логистики – оптимальное планирование маршрута для обследования нескольких астероидов в условиях, максимально соответствующих действительности. В основе исследования, опубликованного в INFORMS Journal on Computing, лежит так называемая проблема маршрутизации астероидов, суть которой заключается в следующем: в какой последовательности космический аппарат должен посетить несколько астероидов, чтобы добиться минимального времени полета и расхода топлива? Основная сложность заключается в том, что, в отличие от стандартных задач маршрутизации, время перелета между пунктами назначения постоянно меняется, поскольку все небесные тела находятся в непрерывном движении.

Задумка для данного исследования возникла в Билефельде, после победы в соревновании, организованном Европейским космическим агентством. В период научной стажировки в Билефельде, ведущий автор работы Айзек Рудич вновь вернулся к этому вопросу и совместно с командой предложил инновационный способ решения. Ученые применили так называемые диаграммы решений – графические модели оптимизации, позволяющие упорядоченно структурировать обширные объемы потенциальных вариантов. Благодаря сочетанию с усовершенствованным методом поиска, позволяющим эффективно отбирать наиболее многообещающие решения, коллективу впервые удалось вычислить точные решения данной задачи.

Подзадача из области небесной механики, называемая проблемой Ламберта, оказалась наиболее затруднительным элементом. Она посвящена вычислению наилучшей траектории для перемещения между двумя объектами, находящимися в движении. Ранее общая задача считалась очень сложной из-за необходимости многократного повторения этого расчета для каждого рассматриваемого маршрута. Значение этого открытия выходит за рамки космической индустрии, поскольку многие практические задачи планирования используют схожий подход: будь то разработка автобусных маршрутов, управление цепочками поставок или проектирование морских путей, время в пути часто зависит от времени отправления из-за постоянно меняющихся условий, таких как погодные явления или загруженность трафика.

Выполняемые расчеты нередко бывают крайне сложными, и новый подход способен повысить эффективность и надежность подобных систем в перспективе. Это важно для обеспечения мобильности, организации систем снабжения и достижения устойчивого развития. В процессе тестирования метод предоставил не только несколько решений, которые можно считать оптимальными, но и новые эталонные показатели, способные стать ориентиром для дальнейших исследований. Профессор Михаэль Рёмер подчеркивает уникальность этой работы, поскольку она объединяет научное открытие с существенным потенциалом для будущего. Исследователи не просто впервые нашли точное решение давней нерешенной задачи, но и продемонстрировали, что их методы могут стимулировать прогресс в области освоения космоса, логистики и общественного транспорта. Именно эта взаимосвязь между фундаментальными исследованиями и их практическим применением делает данную публикацию особенно значимой.

Исследование в журнале INFORMS Journal on Computing.