В России придумали, как с помощью хаоса управлять космическими аппаратами

Исследователи Самарского университета имени Королева предложили новый подход к управлению хаосом в космонавтике и астродинамике.

Они считают, что разработка этого метода поможет более точно ориентировать космические аппараты в пространстве. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nonlinear Dynamics, открывают новые перспективы для прогнозирования и управления сложными системами.

Хаос, как свойство динамических систем, делает их поведение непредсказуемым в долгосрочной перспективе. Традиционные научные методы могут предсказать лишь краткосрочное поведение таких систем. Например, даже погоду невозможно точно прогнозировать на более чем 14 дней вперед из-за хаотической природы атмосферы.

Исследование ученых из Самарского университета представляет собой значимый шаг в понимании и управлении хаосом в космических приложениях. Новый подход может применяться не только для космических аппаратов, но и в других областях, где важно предсказывать и контролировать сложные системы.

Эдвард Лоренц, американский метеоролог, стал первооткрывателем феномена динамического хаоса. Он выявил, что хаотические системы порождаются "странными хаотическими аттракторами", подмножествами фазового пространства, к которым стремятся траектории со временем. Это свойство поведения хаотических систем имеет широкое применение и может проявляться в различных областях, от атмосферных потоков до человеческого организма.

Системы разной природы, такие как конвекция атмосферных потоков или колебания в электрических устройствах, могут демонстрировать сложные колебательные процессы. Эти процессы характеризуются постоянно меняющимся законом колебаний, который остается в определенных границах. Профессор Антон Дорошин, заведующий кафедрой теоретической механики Самарского университета имени Королева, подчеркнул, что понимание динамического хаоса имеет важное значение для прогнозирования и управления сложными системами.

Хаос, как явление, обычно ассоциируется с негативными последствиями для динамических систем, и поэтому многие ученые посвящают свои исследования поиску способов обнаружения, предотвращения и устранения хаоса. Однако стоит отметить, что существуют исследования, в которых хаос рассматривается как положительный аспект, способный принести пользу и новые возможности.

Например, авторы некоторых публикаций предлагают использовать хаотические схемы для перелета космических аппаратов с Земли на орбиту Луны с более эффективным использованием топлива, чем при обычных импульсных перелетах Гомана. Они изучают возможности корректировки неверных траекторий перелетов из-за ошибок на этапе запуска космических аппаратов с использованием хаотических методов. Также приводятся примеры успешного спасения космических миссий благодаря переходу в состояние хаоса, как это было с японским космическим аппаратом Hiten для исследования Луны или американским спутником связи HGS-1.

Николай Елисов, старший научный сотрудник Самарского университета имени Королева, подчеркивает важность изучения хаоса в космических миссиях и возможности его использования для оптимизации процессов в космической отрасли.

Для достижения желаемого углового положения космического аппарата в пространстве, исследователи Самарского университета имени Королева применили алгоритм дифференциальной эволюции. Они рассчитали оптимальный процесс хаотической переориентации, который включал одновременный сброс скорости вращения.

Новые странные хаотические аттракторы, обнаруженные исследователями, были использованы для инициирования динамического хаоса в угловом движении космического аппарата. Этот подход позволил синтезировать пространственную переориентацию, обеспечивая эффективное достижение желаемого положения.

Использование разнообразных хаотических аттракторов в процессе управления космическим аппаратом открывает новые возможности для исследования динамических систем в космической среде. Это также подчеркивает важность разработки инновационных методов управления для достижения сложных целей в космических миссиях.

Исследование, поддержанное грантом РНФ, открывает новые перспективы в области оптимизации времени выхода из хаотического режима на заданную ориентацию в пространстве с минимальной остаточной угловой скоростью. Дорошин подчеркнул важность использования алгоритмов оптимизации для достижения этих результатов.

Авторы исследований не только смогли определить процесс выхода из хаотического режима, но и планируют продолжить изучение фундаментальных свойств детерминированного хаоса. Они также рассматривают позитивные прикладные аспекты хаотических режимов, включая их применение в решении задач механики космического полета и астродинамики.

Это исследование открывает новые горизонты для понимания и использования хаотических режимов в космических приложениях. Важность развития этой области науки подчеркивается поддержкой гранта РНФ исследованию.

Источник и фото - ria.ru