Космические трассы будущего: как суперкомпьютеры прокладывают путь у Луны

Космос становится всё более переполненным: в настоящее время вокруг Земли вращается более 45 000 созданных человеком объектов. Часть из них — это тысячи спутников, обеспечивающих интернет, GPS и связь, но значительную долю составляет и космический мусор, оставшийся от прежних миссий.

Таким образом, предотвращение столкновений становится критически важной задачей, особенно на фоне активных планов по запуску новых аппаратов на низкую околоземную орбиту в 2026 году. В ответ на этот вызов исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе (LLNL) в Калифорнии разработали новый метод моделирования орбит в цис-лунном пространстве — области между Землёй и Луной и вокруг них.

Моделирование миллиона траекторий

Учёные смоделировали, как будут выглядеть миллион орбит в течение шести лет, используя общедоступную базу данных, открытый исходный код и колоссальные вычислительные мощности лабораторных суперкомпьютеров.

«Когда у вас есть миллион орбит, вы можете провести невероятно глубокий анализ с помощью методов машинного обучения, — заявил учёный LLNL Денвир Хиггинс. — Можно попытаться предсказать срок существования орбиты, её стабильность или обнаружить аномалии, если траектория начинает вести себя странно».

Результаты показали, что около половины смоделированных орбит оставались стабильными как минимум один год, и чуть менее 10% сохранили стабильность на протяжении всех шести лет симуляции.

«Если вы хотите узнать, где будет спутник через неделю, не существует уравнения, которое могло бы дать точный ответ, — пояснил учёный LLNL Трэвис Игер. — Вам придётся рассчитывать его положение шаг за шагом».

Мощность суперкомпьютеров против космической сложности

Объём вычислений, необходимый для отслеживания миллиона орбит за шестилетний период в模拟环境, поистине огромен. В LLNL сообщили, что для этого потребовалось 1,6 миллиона процессорных часов. На обычном компьютере такая задача заняла бы более 182 лет. Однако с помощью суперкомпьютеров лаборатории Quartz и Ruby все симуляции были выполнены всего за три дня.

Эта работа, как отмечают в лаборатории, в будущем может стать ключом к определению «загруженных перекрёстков» для спутников в цис-лунном пространстве. По мере того как страны продолжают запускать спутники без глобальной координации, подобный инструмент прогнозирования становится не просто полезным, а жизненно необходимым.

Новые горизонты космической навигации

Данное исследование знаменует собой важный шаг в сторону создания «космической картографии» нового поколения. Традиционные методы отслеживания объектов, разработанные для околоземной орбиты, плохо подходят для сложной гравитационной среды вблизи Луны, где влияние как Земли, так и нашего естественного спутника создаёт непредсказуемые траектории.

Разработанная модель на основе машинного обучения способна выявлять долгосрочные закономерности и потенциально опасные сближения, которые могут ускользнуть от классических расчётов. Это особенно актуально для планируемых лунных миссий, создания лунной орбитальной станции Gateway и долгосрочного присутствия человека у Луны.

Таким образом, суперкомпьютерное моделирование открывает путь к более безопасному и устойчивому освоению не только околоземного, но и цис-лунного пространства, закладывая основу для будущего, где космические трафик и логистика будут управляться с помощью искусственного интеллекта и точных прогнозов.