Научные сотрудники Самарского университета имени Королева предложили инновационный подход в использовании хаоса для космонавтики и астродинамики. Их разработка направлена на улучшение систем ориентации космических аппаратов в пространстве. Исследования команды опубликованы в журнале Nonlinear Dynamics.

Существует известная проблема предсказуемости сложных динамических систем лишь на короткие промежутки времени, после чего поведение системы становится непредсказуемым. Это свойство носит название «хаос» и в пример можно привести невозможность точного прогноза погоды на период более 14 дней. Данный феномен впервые был описан американским метеорологом Эдвардом Лоренцем, который показал, что хаотические системы обусловлены «странными хаотическими аттракторами». Эти аттракторы представляют собой подмножества фазового пространства, к которым тяготеют траектории системы.

При этом различные системы, такие как атмосферные потоки, нелинейные колебания в технических устройствах или сердцебиение, могут проявлять сложное колебательное поведение в рамках определённых границ. Антон Дорошин, заведующий кафедрой теоретической механики в университете, поясняет, что такие колебания никогда не повторяются и представляются случайными сигналами из-за постоянного изменения амплитуды и частоты. Это обусловлено неустойчивостью колебаний, которые остаются в пределах пространства, удерживаемые странным аттрактором, являющимся фракталом.

Традиционно хаос считается вредным для динамических систем, и учёные стремятся минимизировать его влияние. Однако есть исследования, которые рассматривают хаос как потенциально полезный. Так, предлагались хаотические варианты перелётов космических аппаратов, с более экономичным использованием топлива по сравнению с традиционными методами. Среди примеров:

• миссии таких космических аппаратов, как японский Hiten и американский спутник связи HGS-1.

Исследователи университета, используя алгоритм дифференциальной эволюции, разработали метод оптимальной хаотической переориентации космического аппарата. Цель заключалась в достижении заданного углового положения и сокращении скорости его вращения до минимума.

«Мы смогли синтезировать процесс пространственной переориентации, внедрив динамический хаос в угловые движения аппарата. Для этого были использованы как известные, так и новые, обнаруженные нами, странные хаотические аттракторы, которые индуцировали динамический хаос. С помощью оптимизационного алгоритма мы определяли момент выхода из хаотического режима», — добавил Дорошин.

В перспективе команда учёных планирует углубленное изучение свойств детерминированного хаоса с акцентом на его положительные применения в задачах космического полёта и астродинамики. Исследование поддержано грантом РНФ.

• Телеграм
• Дзен
• Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.