來自法國巴黎天文臺、葡萄牙科英布拉大學(xué)、巴西圣保羅大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家攜手，開發(fā)出一種數(shù)學(xué)方法，能更精確地計(jì)算天體軌道之間最經(jīng)濟(jì)的旅行路線。為驗(yàn)證這一方法，他們算出了一條新的地球與月球之間的軌道轉(zhuǎn)移路線，比此前科學(xué)文獻(xiàn)中描述的任何其他路線都更高效。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《天體動力學(xué)》雜志。
與此前最節(jié)能的路線相比，新路線所需燃料減少了58.80米/秒。與旅程的預(yù)估總成本3342.96米/秒相比，這一差距看似微小，卻對任務(wù)成本影響巨大。團(tuán)隊(duì)表示，在太空旅行中，每1米/秒的速度變化，都意味著巨大的燃料消耗。
新方法基于函數(shù)連接理論（TFC）。這套數(shù)學(xué)框架可顯著提升求解效率與精度。該理論可應(yīng)用于航天軌道轉(zhuǎn)移，例如地球—月球轉(zhuǎn)移。通過分段運(yùn)用TFC，計(jì)算精度可以提升幾個(gè)數(shù)量級，同時(shí)降低空間旅行模擬的計(jì)算成本，讓科學(xué)家得以模擬更多不同的軌跡，從中找出更“實(shí)惠”的方案。
最新研究模擬了3000萬條不同路線，并參考了28萬個(gè)模擬結(jié)果，才得出最終答案。
基于這一結(jié)果，團(tuán)隊(duì)繪制出一條從地球軌道到月球軌道的航天器飛行軌跡，并將其分為兩個(gè)階段。首先，航天器脫離地球軌道，進(jìn)入L1拉格朗日點(diǎn)周圍的軌道。L1拉格朗日點(diǎn)位于地球和月球之間，在這里，兩天體的引力恰好相互抵消。借助控制系統(tǒng)，航天器可以無限期地保持在這個(gè)中間軌道上，直到任務(wù)準(zhǔn)備就緒，再執(zhí)行進(jìn)入月球軌道的第二階段。
這種“空間轉(zhuǎn)移”頗具優(yōu)勢，因?yàn)榈却陂g與地球或月球的通信不會中斷。例如，“阿爾忒彌斯2號”任務(wù)就曾因飛至月球正后方而與地球失聯(lián)一段時(shí)間。新提出的軌跡，正是一種可確保全程不間斷通信的方案。
盡管新路線比此前所描述的更節(jié)能，但它或許并非最省錢的選擇。因?yàn)槟M過程只考慮了月球和地球的引力，而忽略了太陽等其他天體的影響。若將它們納入考量，或許能獲得更大的節(jié)省空間，但也會使發(fā)射窗口變得更加受限。
團(tuán)隊(duì)表示，接下來還需要針對太陽的特定位置進(jìn)行模擬。（記者劉霞）
(責(zé)編：郝孟佳、李昉)
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