Китайские учёные нашли «узкие места» между Землёй и Луной для перехвата спутников

Китайские исследователи смоделировали, как будущая конкуренция в космосе может распространиться далеко за пределы обычных околоземных орбит — в пространство между Землёй и Луной. Расчёты показали, что сложное гравитационное поле этой области создаёт маршруты и стратегические «узкие места», возле которых один космический аппарат теоретически способен перехватывать другой или вынуждать его выбирать более длинную и энергетически затратную траекторию.

Исследование провела группа из Северо-Западного политехнического университета в Сиане под руководством Дана Чжаохуэя, доцента Школы астронавтики.

В центре исследования находится цислунарное пространство — огромная область, в которой движение аппаратов одновременно определяется гравитацией Земли и Луны. В отличие от сравнительно привычных околоземных орбит, здесь возможны значительно более сложные траектории, а небольшие изменения скорости способны со временем существенно изменить путь аппарата.

Эту особенность исследователи рассматривают одновременно как преимущество и проблему. Аппарат может использовать сложную динамику возле Луны для манёвров, которые значительно труднее заранее предсказать. По расчётам команды, космический аппарат теоретически способен временно скрываться на сложной траектории в лунном гравитационном поле, а затем выходить из неё и направляться к объектам, расположенным ближе к Земле.

Другой сценарий связан с так называемыми «узкими местами» — областями, через которые проходят особенно удобные или экономичные с точки зрения расхода топлива траектории. Их можно сравнить с важными транспортными развязками: хотя космический аппарат не обязан проходить через конкретную точку, обход наиболее выгодного маршрута может потребовать дополнительного топлива и времени.

Исследователи предполагают, что размещённый возле такой области аппарат мог бы попытаться перехватить приближающийся объект или заставить его изменить маршрут. В результате сопернику пришлось бы затратить больше топлива, перенести операцию или даже отказаться от определённого окна запуска или манёвра.

По мнению авторов, подобное влияние возможно даже без непосредственного столкновения двух аппаратов. Контроль выгодных траекторий сам по себе способен создать давление на действия другой стороны, поскольку запас топлива остаётся одним из наиболее жёстких ограничений для космических миссий.

Дан Чжаохуэй отмечает, что в возможной будущей конкуренции в системе Земля — Луна значение будет иметь не отдельная орбита или конкретный аппарат, а способность получать доступ к различным областям пространства, использовать выгодные маршруты и ограничивать возможности соперника.

Подобные задачи становятся всё актуальнее по мере роста активности возле Луны. Государственные космические программы и частные компании готовят новые лунные аппараты, орбитальные станции, системы связи и транспортные миссии. Это означает, что пространство между Землёй и Луной постепенно превращается из почти пустой области в отдельную зону космической инфраструктуры.

Сложность заключается в том, что полностью контролировать такую область значительно труднее, чем околоземное пространство. Земные радары и телескопы привыкли отслеживать аппараты на относительно предсказуемых орбитах, тогда как движение возле Луны подчиняется сложной динамике трёх тел и может включать множество нестандартных траекторий.

Работы группы Дана Чжаохуэя уже посвящались подобным задачам. В другом исследовании учёные моделировали взаимодействие аппарата-инспектора и некооперативного объекта в цислунарном пространстве как орбитальную игру, в которой один аппарат пытается приблизиться к другому, а второй — усложнить преследование и увеличить расход топлива у преследователя.

Новая работа расширяет этот подход до более общего вопроса контроля космических маршрутов. Авторы показывают, что особенности небесной механики сами по себе способны создавать позиции с повышенной стратегической ценностью — даже несмотря на то, что в космосе отсутствуют привычные земные проливы, перевалы или другие физические препятствия.

При этом результаты исследования остаются моделированием возможных сценариев. Они не означают, что Китай уже разместил аппараты для подобных задач или планирует конкретные операции по перехвату спутников возле Луны.

Работа показывает другое: по мере развития лунной инфраструктуры значение будет иметь не только количество запущенных аппаратов, но и понимание сложной системы маршрутов между Землёй и Луной. Области, которые сегодня интересуют специалистов прежде всего с точки зрения экономии топлива и научных миссий, в будущем могут получить и стратегическое значение.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Command and Control.