Математики решили одну из самых сложных задач космической навигации — за пару часов
Математики создали алгоритм Peel-and-Bound, который позволяет рассчитывать абсолютно лучшие маршруты для космических кораблей, летающих от одного астероида к другому.
Технология справляется со сложнейшей динамической задачей всего за несколько часов, превосходя все старые методы приблизительного моделирования.
В земных условиях задача коммивояжёра (поиск кратчайшего пути между неподвижными точками) решается сравнительно легко. Но в космосе астероиды движутся со скоростями в десятки тысяч километров в час, и их точное положение непрерывно меняется в зависимости от времени старта корабля. Раньше для планирования таких миссий инженерам приходилось полагаться на приблизительные оценки и догадки — точный расчёт требовал колоссальных вычислительных мощностей, сообщает Наука Mail
Авторы новой работы начали с построения так называемой диаграммы решений — компактного послойного графа, где представлены все возможные маршруты. На первом этапе они упростили задачу, убрав временное ограничение на ожидание на орбите и приняв его стоимость за ноль. Затем в дело вступил алгоритм Peel-and-Bound: он выбирает наиболее перспективные ветви диаграммы, запускает для них полный цикл баллистических расчётов и сравнивает результаты. Как только находится более выгодный маршрут, все заведомо проигрышные варианты мгновенно отсекаются.
В ходе тестов система всего за два часа рассчитала идеальную траекторию для последовательного посещения десяти движущихся астероидов. При увеличении числа целей до 15–30 объектов новый алгоритм в разы превзошёл по скорости все существующие методы, установив новый мировой рекорд.
У модели есть ограничение: она рассчитана на мгновенное изменение скорости двигателями, тогда как будущие аппараты чаще получают ионные двигатели малой тяги. Тем не менее, этот прорыв закладывает основу для будущей промышленной добычи ресурсов на астероидах и планирования сложных исследовательских миссий. Точный расчёт маршрутов поможет экономить топливо, время и деньги, что критически важно для дальних космических перелётов.