Quando chega ao destino, uma sonda espacial instala-se numa órbita para realizar operações científicas. Concluída a missão principal, porém, podem existir outras órbitas interessantes que os cientistas queiram explorar. A mudança para uma órbita diferente exige combustível, o que limita o número de manobras que uma sonda pode efetuar.
Os investigadores descobriram que determinados percursos orbitais permitem mudar de órbita sem gastar combustível. Identificar esses percursos, contudo, também exige uma grande capacidade de cálculo.
A teoria dos nós aplicada às órbitas espaciais
A teoria dos nós demonstrou ser uma forma mais simples de encontrar esses caminhos, permitindo traçar as rotas que consomem menos combustível. O princípio é semelhante ao dos programas de mapas por GPS que calculam os percursos mais eficientes na Terra.
Na matemática, a teoria dos nós estuda curvas fechadas em três dimensões. É como observar um colar com nós ou um emaranhado de linha de pesca e procurar a forma mais eficiente de os desembaraçar.
Do mesmo modo, é possível calcular matematicamente o percurso de uma sonda num sistema planetário congestionado - por exemplo, à volta de Júpiter e de todas as suas luas - para determinar a rota melhor, mais simples e menos emaranhada.
Segundo um novo artigo publicado na revista Astrodynamics, intitulado «Aplicações da teoria dos nós à deteção de ligações heteroclínicas entre órbitas quase periódicas», a utilização desta teoria para desembaraçar trajetórias complicadas reduziria a capacidade informática ou as tentativas por aproximação necessárias para planear mudanças de órbita.
«Anteriormente, quando entidades como a NASA queriam traçar uma rota, os seus cálculos dependiam de força bruta ou de tentativas por aproximação», afirmou Danny Owen, investigador de pós-graduação em astrodinâmica, num comunicado da Universidade de Surrey. «A nossa nova técnica revela de forma clara todas as rotas possíveis que uma sonda pode seguir de A até B, desde que ambas as órbitas tenham um nível de energia comum.»
Owen acrescentou que o novo processo simplifica bastante o planeamento de missões. «Pensamos nele como um mapa de metro para o espaço», disse.
Navegação espacial e ligações heteroclínicas
A navegação das sondas é complexa porque, no espaço, nada ocupa uma posição fixa. Os responsáveis pela navegação têm de calcular com exatidão as velocidades e orientações de uma Terra em rotação, de um destino também em rotação e de uma sonda em movimento, enquanto todos percorrem simultaneamente as suas próprias órbitas à volta do Sol.
Como o combustível é um recurso limitado na maioria das missões, seria vantajoso gastar o mínimo possível em qualquer alteração ao percurso de uma sonda em órbita.
Para isso, os responsáveis pela navegação recorrem às chamadas órbitas heteroclínicas, frequentemente designadas por ligações heteroclínicas. Estes percursos permitem a uma sonda passar de uma órbita para outra com um consumo de combustível tão eficiente quanto possível ou, por vezes, sem qualquer consumo. No entanto, encontrá-los costuma exigir muita capacidade informática ou bastante tempo.
Owen e a coautora Nicola Baresi, docente de Mecânica Orbital na Universidade de Surrey, escreveram no artigo que, com a teoria dos nós, desenvolveram «um método para detetar de forma robusta ligações heteroclínicas». O método permite gerar rapidamente trajetórias aproximadas, que podem depois ser aperfeiçoadas. Assim, os responsáveis pela navegação obtêm uma lista completa de todas as rotas possíveis a partir de uma determinada órbita e podem escolher a que melhor se adequa à missão.
Testes da técnica em sistemas planetários
Os investigadores testaram a técnica em vários sistemas planetários, incluindo os da Lua e das luas galileanas de Júpiter.
«Impulsionada pelo programa Artemis da NASA, a nova corrida à Lua está a inspirar os responsáveis pela conceção de missões em todo o mundo a investigar rotas eficientes em termos de combustível, que permitam explorar melhor e com maior eficiência a região em redor da Lua», afirmou Baresi.
«A nossa técnica não só torna mais simples essa tarefa morosa, como também pode ser aplicada a outros sistemas planetários, como os das luas geladas de Saturno e de Júpiter.»
Este artigo foi originalmente publicado pelo Universe Today. Leia o artigo original.
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