Нові надкомп’ютерні симуляції демонструють, що підтримання стабільних супутникових орбіт між Землею та Місяцем набагато складніше, ніж вважалося раніше. З мільйона змодельованих космічних апаратів менше 10% залишалися працездатними протягом шестирічного періоду, що наголошує на значних перешкодах для розширення орбітальної інфраструктури за межі низької навколоземної орбіти (НГО).
Виклик Супутникової Системи Земля-Місяць: За Межами НГО
Зростання мега-сузір’їв, таких як Starlink від SpaceX та Thousand Sails від Китаю, різко збільшило кількість супутників на НГО. Оскільки НГО наближається до насичення – за оцінками, максимальна місткість складає близько 100 000 супутників, перш ніж ризики зіткнень зростуть – увага перемикається на надмісячний простір – регіон між Землею та Місяцем – як на наступний рубіж для розгортання супутників.
Проте навколомісячні орбіти за своєю природою нестабільні. На відміну від НГО, де гравітаційні сили відносно передбачувані, космічні апарати в цьому регіоні зазнають впливу гравітації Землі, Місяця та Сонця у складних взаємодіях. Відсутність магнітного захисту Землі також піддає супутники дестабілізуючого сонячного випромінювання.
Суперкомп’ютерне Моделювання: Завдання на 1,6 мільйона годин CPU
Для картування стабільності навколомісячних орбіт дослідники з Національної лабораторії Лоуренса Лівермора (LLNL) використовували суперкомп’ютери Quartz та Ruby для моделювання траєкторій приблизно одного мільйона об’єктів. Симуляції, що вимагають 1,6 мільйона годин CPU (еквівалентно 182 рокам на одному комп’ютері), були завершені лише за три дні.
Результати вражають: приблизно 54% змодельованих орбіт залишалися стабільними як мінімум протягом одного року, але лише 9,7% пережили повний шестирічний період симуляції. Це підкреслює, що довгострокова стабільність у навколомісячному просторі значно нижча, ніж передбачалося раніше.
Недосконалості Землі: Тонкий, Але Критично Важливий Фактор
Одним із несподіваних висновків став вплив нерівномірного гравітаційного поля Землі. Симуляції показали, що розподіл маси Землі неоднорідний; Гравітація змінюється трохи через географічні особливості (наприклад, нижча гравітація над Канадою). Ця “нерівність” тонко впливає на орбітальні траєкторії, додаючи ще один рівень складності.
Наслідки та Майбутні дослідження
Незважаючи на низький відсоток виживання, симуляції все ж таки виявляють близько 97 000 потенційно стабільних орбіт у навколомісячному просторі. Що ще важливіше, набір даних надає безцінну інформацію про те, чому певні орбіти зазнають невдачі, що дозволяє інженерам удосконалювати майбутні проекти. За словами провідного дослідника Тревіса Єгера: “Розуміння того, які орбіти не спрацювали, так само цінне, як і знання того, які спрацювали”.
Навколомісячний простір стане критично важливим регіоном для майбутньої інфраструктури, включаючи місячні колонії та розширені комунікаційні мережі. Розуміння орбітальної нестабільності – це перший крок реалізації цього розширення.
