Konvenčné vedecké metódy sú obmedzené vo svojej schopnosti predpovedať správanie zložitých dynamických systémov na dlhé obdobia. Napríklad predpovede počasia zvyčajne nemôžu poskytnúť podrobné predpovede dlhšie ako 14 dní. Táto nepredvídateľná povaha systémov sa označuje ako „chaos“.
Výskumníci z Národnej výskumnej univerzity v Samare v Rusku navrhli inovatívny prístup k riadeniu kozmických lodí pomocou teórie chaosu. Veria, že tento prielom by mohol zlepšiť orientáciu kozmických lodí vo vesmíre. Zistenia boli publikované v uznávanom časopise Nonlinear Dynamics.
V podstate rôzne systémy – od atmosférickej konvekcie a nelineárnych oscilácií v rôznych elektrických a mechanických zariadeniach až po tlkot ľudského srdca – vykazujú zložité oscilačné procesy. Zákony, ktorými sa riadia tieto oscilácie, sa neustále menia, no zostávajú obmedzené v rámci špecifických limitov, vysvetľuje Anton Doroshin, vedúci Katedry teoretickej mechaniky na Samarskej univerzite.
„Takéto oscilácie sa nikdy neopakujú a ich grafy sa ľudskému oku javia ako náhodné signály s neustále sa meniacou amplitúdou a frekvenciou. Táto nestabilita vzniká, pretože tieto oscilácie neustále 'unikajú' zo svojich susedných režimov. Napriek tomu zostávajú v obmedzenej oblasti priestoru. , priťahovaný zvláštnym atraktorom – zložitou geometrickou entitou s frakčnou dimenzionálnosťou známou ako fraktál,“ vysvetlil.
Zatiaľ čo účinky chaosu na dynamické systémy sú často vnímané ako škodlivé – čo podnecuje mnohých vedcov k tomu, aby sa zamerali na identifikáciu, prevenciu a zmierňovanie chaotického správania – rastie množstvo výskumov, ktoré uznávajú chaos ako potenciálne prospešný jav.
„Autori určitých štúdií navrhli chaotické trajektórie pre kozmické lode, ktoré cestujú zo Zeme na obežnú dráhu Mesiaca, čím dosiahli efektívnejšiu spotrebu paliva ako tradičné pulzné lety GOMAN. Skúmali chaotické možnosti korekcie chybných letových dráh vyplývajúcich z chýb v štartovacej fáze a ukázali príklady úspešných misie zachránené vstupom do chaotického režimu – ako napríklad japonská mesačná prieskumná loď Hiten a americký komunikačný satelit HGS-1,“ povedal spoluautor Nikolay Elisov, vedúci výskumník na univerzite v Samare.
Využitím algoritmu diferenciálnej evolúcie výskumníci optimalizovali proces chaotickej reorientácie pre kozmické lode, čo im umožnilo dosiahnuť požadovanú uhlovú polohu a súčasne znížiť rýchlosť otáčania.
„Syntetizovali sme priestorové preorientovanie kozmickej lode prostredníctvom vytvorenia dynamického chaosu v jej uhlovom pohybe. Na spustenie tohto chaosu sme použili zavedené podivné chaotické atraktory aj nové, ktoré sme objavili, pričom každý je schopný zachytiť pohyb kozmickej lode v dynamickom chaose. náš optimalizačný algoritmus sme určili optimálne načasovanie, aby sme opustili chaotický režim a dosiahli špecifikovanú orientáciu v priestore s minimálnou zvyškovou uhlovou rýchlosťou, „zhrnul Doroshin.
Výskumný tím plánuje pokračovať v skúmaní základných vlastností deterministického chaosu a jeho výhodných aplikácií, najmä v oblasti vesmírnej mechaniky a astrodynamiky. Táto štúdia bola podporená grantom od Ruskej vedeckej nadácie (RSF).