Zen
МОСКВА, 8 окт. Ученые из Самарского университета имени Королева предложили управлять хаосом для нужд космонавтики и астродинамики. По их мнению, разработка поможет ориентировать космические аппараты в пространстве. Результаты исследования опубликованы в журнале Nonlinear Dynamics.
Традиционные научные методы позволяют предсказывать поведение сложных динамических систем только на короткий срок, а в долгосрочной перспективе оно непредсказуемо. Например, погоду невозможно детально предсказать более чем на 14 дней. Ученые называют это свойство систем «хаосом».
Первооткрывателем явления динамического хаоса стал американский метеоролог Эдвард Лоренц. Он выявил основное свойство поведения хаотических систем и показал, что их порождают так называемые «странные хаотические аттракторы» (от английского слова «attract»). Речь идет о подмножествах фазового пространства, к которым с течением времени стремятся все траектории, начинающиеся не слишком далеко от них.
Это означает, что системы различной природы (например, конвекция атмосферных потоков, нелинейные колебания в различных электрических и механических устройствах и даже биение сердца человека) могут демонстрировать сложные колебательные процессы, в которых закон этих колебаний постоянно меняется, оставаясь в определенных границах, пояснил заведующий кафедрой теоретической механики Самарского университета имени Королева Антон Дорошин.
«Такие колебания никогда не повторяются, и человеческий глаз интерпретирует их графики как некие случайные сигналы с постоянно меняющейся амплитудой и частотой. Все это происходит потому, что эти колебания нестабильны, постоянно «убегают от одной и той же соседней моды». При этом они остаются в ограниченной области пространства, куда их притягивает странный аттрактор, который сам по себе является сложным геометрическим объектом с дробной размерностью — фракталом», — сказал он.
Как правило, воздействие хаоса на динамические системы считается вредным, поэтому многие ученые посвящают свои исследования обнаружению, предотвращению и устранению хаоса. Однако есть исследования, в которых хаос считается положительным аспектом. 
«Авторы ряда публикаций предложили хаотические схемы перелета космического аппарата от Земли к орбите Луны с меньшим расходом топлива по сравнению с обычными импульсными гомановскими полетами. Они отработали хаотические варианты исправления некорректных траекторий полета из-за ошибок на этапе выведения космических аппаратов, а также продемонстрировали примеры спасения космических миссий за счет перехода к хаосу (например, японский космический аппарат Hiten для исследования Луны или американский спутник связи HGS-1)», — рассказал соавтор исследований, старший научный сотрудник Самарского университета имени Королева Николай Елисов.
60~br />Научные сотрудники Самарского университета имени Королева с помощью алгоритма дифференциальной эволюции рассчитали оптимальный процесс хаотической переориентации космического аппарата в пространстве таким образом, чтобы достигалось его требуемое угловое положение с одновременным сбросом скорости его вращения. 
«Мы синтезировали пространственную переориентацию космического корабля, создав динамический хаос в его угловом движении. Для инициирования хаоса мы использовали как известные странные хаотические аттракторы, так и новые, найденные нами, каждый из которых может захватить движение космического корабля в динамический хаос. «Используя алгоритм оптимизации, нам удалось определить время выхода из хаотического режима в заданную ориентацию в пространстве с минимальной остаточной угловой скоростью», — резюмировал Дорошин.
Авторы исследования планируют продолжить изучение фундаментальных свойств детерминированного хаоса и его положительных прикладных аспектов, в том числе применение хаотических режимов к решению задач механики космического полета и астродинамики.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Свежие комментарии