Un dataset per le orbite nello spazio cis-lunare
Anche la maggior parte degli scienziati missilistici preferirebbe evitare la matematica difficile quando non è costretta a farla. Quindi, quando si tratta di calcolare le orbite in sistemi complessi a tre corpi, come quelli nello spazio cis-lunare, che si trova tra la Terra e la Luna, preferirebbero che qualcun altro facesse il lavoro per loro.
Fortunatamente, alcuni scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory sembrano avere una vena masochista – o almeno così altruista da sopraffare la sgradevolezza di dover fare calcoli matematici – da ideare un set di dati open source e un pacchetto software che mappa 1.000.000 di orbite cis-lunari. Il lavoro è pubblicato sul server di preprint arXiv.
Stabilità orbitale e risultati delle simulazioni
Si noti che l’ultimo paragrafo non menzionava orbite cis-lunari stabili. Infatti, solo il 9,7% di esse era “stabile” nei tre anni in cui è stata eseguita la simulazione.
Altre hanno portato alla collisione di un satellite con la Luna, alla sua combustione nell’atmosfera terrestre o alla sua espulsione completa dal sistema. Allora perché è così difficile rimanere in orbita tra la Terra e la Luna?
Il problema dei tre corpi e il caos orbitale
Il problema dei tre corpi è una popolare serie Netflix, basata su una popolare serie di libri di fantascienza, che fa riferimento a un problema reale della fisica. I sistemi in cui sono presenti tre corpi, ognuno dei quali esercita la gravità sugli altri due e ne è influenzato, sono noti come “caotici”.
Anche una piccola variazione nelle condizioni iniziali di un tale sistema o una piccola deviazione, come l’essere colpiti da una tempesta solare, può causare cambiamenti enormi e quasi imprevedibili nel percorso orbitale di un satellite.
A causa di questo caos, è stato difficile sviluppare percorsi orbitali per le missioni lunari.
Obiettivi del nuovo set di dati
È proprio questo che il nuovo set di dati/software intende risolvere. Fornisce un “Gold Standard” che può essere utilizzato per dimostrare o confutare software di navigazione o sistemi di pianificazione orbitale sui satelliti.
Questi diventeranno sempre più importanti man mano che sempre più organizzazioni si sforzeranno di utilizzare lo spazio vicino alla Luna per stabilire basi permanenti e Gateway con l’espansione della presenza umana nel sistema.
Condizioni iniziali e modello fisico
Come funziona esattamente questo set di dati? Molti problemi di matematica avanzata devono partire da un insieme chiaramente definito di “condizioni iniziali”.
In questo caso, gli scienziati dell’LLNL hanno selezionato la posizione del Sole, della Terra e della Luna il 1° gennaio 1980 come punto di partenza, per garantire che chiunque tenti di utilizzare i dati abbia un punto di riferimento chiaramente definito.
Hanno quindi modellato un complesso insieme di forze fisiche che agiscono su un satellite nello spazio cis-lunare per sei anni.
Forze considerate nella simulazione
Quel pacchetto di fisica includeva la gravità di ciascuno dei quattro sistemi: la Luna, la Terra, il satellite e il Sole, modellato come una sorgente puntiforme.
Includeva anche le risonanze tra la Terra e la Luna, consentendo di catturare alcune delle complessità che rendono questa matematica così complessa.
Inoltre, includeva la pressione di radiazione termica della Terra e la pressione di radiazione solare del Sole, entrambe in grado di allontanare lentamente un satellite dalle rispettive sorgenti, aggiungendo ulteriore complessità al sistema.
Isole di stabilità nello spazio cis-lunare
Come notato sopra, solo circa 9.700 delle 1.000.000 di orbite sviluppate dall’LLNL erano stabili, ma c’erano notevoli cluster di stabilità localizzati in determinate aree.
Uno di questi, prevedibilmente, era attorno ai punti di Lagrange del sistema, in particolare L4 e L5, i punti di Lagrange principale e secondario del sistema Terra-Luna. Questi possono fungere da “parcheggi” gravitazionali per infrastrutture importanti come il Lunar Gateway o apparecchiature simili.
Altre regioni orbitali promettenti
Un altro punto di stabilità, leggermente più sorprendente, si trovava attorno a una fascia circa cinque volte più lontana dell’orbita geosincrona.
In questo caso, sembra che le orbite siano sufficientemente lontane da non essere completamente soggette alla gravità terrestre, ma anche sufficientemente lontane dalla gravità lunare da non causare significative perturbazioni al suo percorso orbitale.
Le agenzie spaziali nazionali, e persino le forze armate, potrebbero considerare queste isole di stabilità come elementi essenziali delle loro future attività spaziali.
Implicazioni operative e pianificazione futura
Man mano che la loro presenza nello spazio cis-lunare inizierà a crescere, probabilmente faranno riferimento a questa massiccia diffusione di dati come parte della loro dottrina di pianificazione.
Si spera che ciò risparmierà loro un sacco di frustrazione nel tentativo di risolvere i calcoli da soli.
Fonte: Phys.org
Redazione Economia dello Spazio Magazine
