В России придумали, как с помощью хаоса управлять космическими аппаратами

Исследователи Самарского университета имени Королева предложили новый подход к управлению хаосом для нужд космонавтики и астродинамики.

Они считают, что разработка, которую они представили, поможет эффективнее ориентировать космические аппараты в пространстве. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nonlinear Dynamics, открывают новые перспективы в изучении динамических систем.

Важно отметить, что традиционные научные методы ограничены в своей способности предсказывать поведение сложных систем на долгосрочной основе из-за их хаотической природы. Например, даже самые точные модели не могут дать прогноз погоды на более чем 14 дней вперед. Это связано с тем, что системы, подчиняющиеся хаосу, имеют высокую чувствительность к начальным условиям.

Исследование хаотических систем имеет огромное значение не только для космической отрасли, но и для многих других областей науки и техники. Понимание и управление хаосом может привести к созданию более надежных и точных моделей прогнозирования, что в свою очередь повысит эффективность различных технологий и процессов.

Динамический хаос, открытый американским метеорологом Эдвардом Лоренцем, представляет собой уникальное явление, которое находит свое отражение в странных хаотических аттракторах. Эти аттракторы, притягивающие траектории к определенным подмножествам фазового пространства, являются основным свойством хаотических систем.

Важно отметить, что различные системы, такие как конвекция атмосферных потоков, нелинейные колебания в устройствах и даже биологические процессы, могут проявлять сложные колебательные процессы. Эти процессы характеризуются постоянно меняющимся законом колебаний, который остается в определенных границах, как пояснил Антон Дорошин, заведующий кафедрой теоретической механики Самарского университета имени Королева.

Изучение динамического хаоса имеет широкие практические применения, включая прогнозирование погоды, оптимизацию технических систем и понимание биологических процессов. Понимание и управление хаосом становится все более важным в современном мире, где сложные системы играют ключевую роль в различных областях науки и техники.

Исследования в области воздействия хаоса на динамические системы привлекают внимание многих ученых, которые стремятся не только обнаружить и предотвратить хаос, но и найти способы его использования в положительных целях. Одним из интересных направлений исследований является изучение хаотических схем перелета космических аппаратов, которые могут снизить затраты топлива и повысить эффективность миссий.

Соавторы некоторых публикаций предлагают использовать хаос для оптимизации маршрутов перелетов космических аппаратов, в частности, для перелета с Земли на орбиту Луны. Они исследуют возможности коррекции траекторий и даже спасения космических миссий путем вовлечения хаотических элементов в процесс управления.

Например, японский космический аппарат Hiten для исследования Луны и американский спутник связи HGS-1 демонстрируют потенциал использования хаоса в космических миссиях. Эти примеры показывают, что хаотические подходы могут быть не только эффективными, но и способными спасти миссию в случае возникновения проблем.

Исследователи Самарского университета имени Королева провели уникальное исследование, где они использовали алгоритм дифференциальной эволюции для оптимизации процесса хаотической переориентации космического аппарата в пространстве. Целью было достижение желаемого углового положения аппарата с одновременным сбросом скорости его вращения.

Для достижения поставленной цели исследователи синтезировали пространственную переориентацию космического аппарата, используя динамический хаос в его угловом движении. Они активно применяли как известные странные хаотические аттракторы, так и новые, открытые ими, каждый из которых способен инициировать движение космического аппарата в динамический хаос.

Это исследование открывает новые перспективы для управления космическими аппаратами и повышения их эффективности в космическом пространстве. Оптимизация процесса переориентации с использованием динамического хаоса может привести к разработке более точных и надежных методов управления аппаратами в условиях космоса.

Исследование, поддержанное грантом РНФ, открывает новые перспективы в изучении детерминированного хаоса и его прикладных аспектов. Авторы исследований стремятся не только определить время выхода из хаотического режима на заданную ориентацию в пространстве с минимальной остаточной угловой скоростью, но и продолжить исследования в этом направлении.

Используя алгоритм оптимизации, ученые смогли выявить важные закономерности в поведении хаотических систем. Это открывает новые возможности для применения хаотических режимов в решении задач механики космического полета и астродинамики.

Дорошин подвел итоги исследования, подчеркнув важность дальнейших исследований в данной области. Планы авторов включают в себя более глубокое изучение фундаментальных свойств детерминированного хаоса и его потенциала для различных практических применений.

Источник и фото - ria.ru