Вчені знайшли спосіб максимально точно моделювати рух астероїдів

Дослідники з Білефельдського університету разом із міжнародною командою вперше розробили математичну основу для точного розв’язання однієї з найскладніших задач космічної логістики. Йдеться про оптимальне планування маршруту космічного апарату, який має відвідати кілька астероїдів з мінімальними витратами часу та палива. Результати опубліковані у журналі INFORMS Jour­nal on Com­put­ing.

Головна складність цієї так званої проблеми маршрутизації астероїдів полягає в принциповій відмінності від класичних логістичних задач: усі небесні тіла перебувають у постійному русі, тому час переміщення між точками маршруту безперервно змінюється. Це робить задачу незрівнянно складнішою за, наприклад, відомий алгоритм комівояжера.

Поштовхом до дослідження став успіх команди у конкурсі Європейського космічного агентства. Провідний автор роботи Айзек Рудич повернувся до цієї теми під час наукового стажування у Білефельді. Разом із колегами він застосував так звані діаграми рішень — графічні оптимізаційні моделі, що систематично структурують величезні масиви можливих варіантів — у поєднанні зі спеціалізованим методом пошуку, який ефективно відсіює менш перспективні рішення.

Особливо непростим елементом виявилася підзадача з небесної механіки — проблема Ламберта, яка описує розрахунок оптимальної траєкторії між двома об’єктами, що рухаються. Оскільки цей розрахунок необхідно виконувати для кожного можливого відрізка маршруту, сукупна задача раніше вважалася практично нерозв’язною з точки зору точних методів.

У ході випробувань новий підхід дав не лише кілька доведено оптимальних рішень, а й нові еталонні значення, на які зможуть спиратися майбутні дослідники. Професор Міхаель Рьомер підкреслює, що робота унікальна завдяки поєднанню наукового прориву з широким практичним потенціалом.

Сфера застосування відкриття виходить далеко за межі космічної галузі. Схожа логіка — коли час у дорозі залежить від моменту відправлення через динамічні чинники на кшталт погоди чи завантаженості доріг — властива автобусним маршрутам, морським перевезенням і ланцюгам постачання. Новий метод здатний зробити такі системи ефективнішими та надійнішими.

За словами авторів, саме поєднання фундаментальної науки з реальними суспільними застосуваннями — від космічних місій до громадського транспорту та сталої логістики — робить це дослідження особливо актуальним і перспективним.