Quando uma espaçonave chega ao seu destino, ela entra em órbita para operações científicas. Mas após a conclusão da missão principal, poderá haver outras órbitas interessantes onde os cientistas gostariam de explorar. Manobrar para uma órbita diferente requer combustível, limitando o número de manobras de uma espaçonave.

Os pesquisadores descobriram que alguns caminhos orbitais permitem mudanças orbitais sem combustível. Mas descobrir esses caminhos também é computacionalmente caro. Foi demonstrado que a teoria dos nós encontra esses caminhos com mais facilidade, permitindo traçar as rotas com maior eficiência de combustível. Isto é semelhante à forma como o nosso software de mapeamento GPS traça as rotas mais eficientes para nós aqui na Terra.

Em matemática, a teoria dos nós é o estudo de curvas fechadas em três dimensões. Pense nisso como olhar para um colar com nós ou um emaranhado de linha de pesca e descobrir como desembaraçá-los da maneira mais eficiente.

Da mesma forma, a trajetória de uma nave espacial poderia ser calculada num sistema planetário lotado – em torno de Júpiter e de todas as suas luas, por exemplo – onde a rota melhor, mais simples e menos emaranhada poderia ser calculada matematicamente.

Um gráfico que mostra o caminho orbital que a espaçonave Danuri Lunar Pathfinder percorrerá para entrar em órbita ao redor da Lua. Crédito: Instituto de Pesquisa Aeroespacial da Coreia (KARI)

De acordo com um novo artigo na revista Astrodynamics, “Aplicações da teoria dos nós à detecção de conexões heteroclínicas entre órbitas quase periódicas,” usar a teoria dos nós para desembaraçar rotas complicadas de espaçonaves diminuiria a quantidade de poder do computador ou apenas suposições na plotagem de mudanças nas órbitas das espaçonaves.

“Anteriormente, quando empresas como a NASA queriam traçar uma rota, os seus cálculos dependiam da força bruta ou de suposições”, disse Danny Owen, um estudante de pós-graduação em astrodinâmica. em um comunicado de imprensa da Universidade de Surrey. “A nossa nova técnica revela claramente todas as rotas possíveis que uma nave espacial poderia seguir de A para B, desde que ambas as órbitas partilhem um nível de energia comum.”

Owen acrescentou que este novo processo torna a tarefa de planear missões muito mais simples. “Pensamos nisso como um tubo [subway] mapa para o espaço”, disse ele.

A navegação das espaçonaves é complicada pelo fato de que nada no espaço tem uma posição fixa. Os navegadores devem enfrentar os desafios de calcular as velocidades e orientações exatas de uma Terra em rotação, de um destino alvo em rotação, bem como de uma nave espacial em movimento, enquanto todos viajam simultaneamente nas suas próprias órbitas ao redor do Sol.

Dado que o combustível é um recurso limitado para a maioria das missões, seria benéfico exigir a menor quantidade possível de combustível para fazer quaisquer alterações no curso de uma nave espacial em órbita.

Os navegadores de espaçonaves usam algo chamado órbitas heteroclínicas – muitas vezes chamadas de conexões heteroclínicas – que são caminhos que permitem que uma espaçonave viaje de uma órbita para outra usando a quantidade mais eficiente de combustível – ou às vezes nenhum combustível. Mas isso geralmente exige muito poder do computador ou muito tempo para ser descoberto.

Impressão artística do Portal Lunar com a espaçonave Orion acoplada no lado esquerdo. Crédito: ESA

Mas Owen e o co-autor Nicola Baresi, professor de Mecânica Orbital na Universidade de Surrey, escreveram que, ao usar a teoria dos nós, desenvolveram “um método de detecção robusta de conexões heteroclínicas”. eles escreveram em seu jornal, para gerar rapidamente trajetórias aproximadas – que podem então ser refinadas. Isto dá aos navegadores das naves espaciais uma lista completa de todas as rotas possíveis a partir de uma órbita designada, e aquela que melhor se adapta à missão pode ser escolhida. Eles podem então escolher aquele que melhor se adapta à sua missão.

Os pesquisadores testaram sua técnica em vários sistemas planetários, incluindo a Lua e as luas galileanas de Júpiter.

“Estimulada pelo programa Artemis da NASA, a nova corrida à Lua está inspirando projetistas de missões em todo o mundo a pesquisar rotas com baixo consumo de combustível que possam explorar melhor e mais eficientemente a vizinhança da Lua,” disse Baresi. “A nossa técnica não só torna essa tarefa complicada mais simples, mas também pode ser aplicada a outros sistemas planetários, como as luas geladas de Saturno e Júpiter.”

Fonte: InfoMoney

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