Nové superpočítačové simulace ukazují, že udržení stabilních drah satelitů mezi Zemí a Měsícem je mnohem obtížnější, než se dosud myslelo. Z milionu simulovaných kosmických lodí zůstalo méně než 10 % v provozu po dobu šesti let, což poukazuje na významné překážky rozšiřování orbitální infrastruktury za nízkou oběžnou dráhu Země (LEO).
Výzva družicového systému Země-Měsíc: Za LEO
Vzestup megasouhvězdí, jako je Starlink společnosti SpaceX a čínských Thousand Sails, dramaticky zvýšil počet satelitů v LEO. Jak se LEO blíží saturaci – odhaduje se, že má maximální kapacitu asi 100 000 satelitů, než se zvýší riziko kolize – pozornost se obrací k cislunárnímu prostoru – oblasti mezi Zemí a Měsícem – jako další hranici pro rozmístění satelitů.
Nicméně, oběžné dráhy Měsíce jsou ze své podstaty nestabilní. Na rozdíl od LEO, kde jsou gravitační síly relativně předvídatelné, jsou kosmické lodě v této oblasti vystaveny gravitaci Země, Měsíce a Slunce ve složitých interakcích. Nedostatek magnetického stínění Země také vystavuje satelity destabilizujícímu slunečnímu záření.
Simulace superpočítače: výzva 1,6 milionu hodin CPU
K mapování stability měsíčních drah použili výzkumníci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) superpočítače Quartz a Ruby k simulaci trajektorií přibližně jednoho milionu objektů. Simulace vyžadující 1,6 milionu hodin CPU (ekvivalent 182 let na jednom počítači) byly dokončeny za pouhé tři dny.
Výsledky jsou pozoruhodné: přibližně 54 % simulovaných drah zůstalo stabilních alespoň jeden rok, ale pouze 9,7 % přežilo celé šestileté období simulace. To zdůrazňuje, že dlouhodobá stabilita v cislunárním prostoru je výrazně nižší, než se dříve myslelo.
Nedokonalosti Země: Jemný, ale kriticky důležitý faktor
Jedním z nečekaných zjištění byl vliv nerovnoměrného gravitačního pole Země. Simulace ukázaly, že rozložení hmoty Země není jednotné; gravitace se mírně liší v důsledku geografických rysů (např. nižší gravitace nad Kanadou). Tato “drsnost” jemně ovlivňuje orbitální trajektorie a přidává další vrstvu složitosti.
Důsledky a budoucí výzkum
Navzdory nízké míře přežití simulace stále identifikují asi 97 000 potenciálně stabilních drah v cislunárním prostoru. Ještě důležitější je, že soubor dat poskytuje neocenitelné informace o tom, proč určité oběžné dráhy selhávají, což inženýrům umožňuje zlepšit budoucí návrhy. Podle vedoucího výzkumníka Travise Yeagera je „pochopení, které oběžné dráhy nefungovaly, stejně cenné jako vědět, které ano.“
Cirkumulární prostor bude kritickou oblastí pro budoucí infrastrukturu, včetně lunárních kolonií a rozšířených komunikačních sítí. Pochopení orbitální nestability je prvním krokem k realizaci této expanze.
