Melhor rota para naves espaciais é traçada com teoria dos nós

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/04/2024

Calcular rotas em sistemas complexos, como Júpiter e Saturno, era uma tarefa até agora altamente dependente de "palpites inteligentes".
[Imagem: Danny Owen (B) et al. - 10.1007/s42064-024-0201-0]

Mapa do metrô espacial

Assim como a navegação por satélite eliminou as discussões sobre a melhor rota para voltar para casa, um novo método para calcular as rotas ideais para futuras missões espaciais promete tornar as viagens mais rápidas e com menor consumo de combustível.

O novo método usa matemática para traçar todas as rotas possíveis de uma órbita para outra, sem depender de suposições e nem de supercomputadores.

"Anteriormente, quando gente como a NASA queria traçar uma rota, os seus cálculos dependiam de força bruta ou de suposições. A nossa nova técnica revela claramente todas as rotas possíveis que uma nave espacial poderia seguir de A para B, desde que ambas as órbitas partilhem um nível de energia comum. Isso torna a tarefa de planejar missões muito mais simples. Pensamos nisso como um mapa do metrô para o espaço," disse o professor Danny Owen, da Universidade de Surrey, no Reino Unido.

Nas últimas décadas, as missões espaciais têm dependido cada vez mais da capacidade de alterar o curso da trajetória de uma nave no espaço sem gastar combustível. Um modo de fazer isso consiste em encontrar as chamadas "conexões heteroclínicas", os caminhos que permitem que as espaçonaves passam de uma órbita para outra de modo passivo, sem precisar acionar os motores.

O problema é que a matemática para encontrar esses caminhos é complexa, geralmente calculada usando um vasto poder computacional para analisar uma opção após a outra, ou pegando "palpites inteligentes" e depois investigando cada palpite mais detalhadamente.

Mesmo sistemas simples, como o Terra-Lua, possuem várias possibilidades, com diferentes tempos de voo e consumo de combustível.
[Imagem: Danny Owen et al. - 10.1007/s42064-024-0201-0]

Melhor rota no espaço

Esta nova técnica usa uma área da matemática chamada teoria dos nós para gerar rapidamente trajetórias aproximadas, que podem então ser refinadas. Assim, sem palpites e sem ocupar um supercomputador por semanas, as agências espaciais podem obter uma lista completa de todas as rotas possíveis a partir de uma órbita dada.

Tudo passa então a ser uma questão de escolher a rota que melhor se adapta a cada missão - da mesma forma que você escolhe uma rota estudando o mapa do metrô.

A técnica foi testada com sucesso em vários sistemas planetários, incluindo o sistema Terra-Lua e as luas de Júpiter, ambos foco de missões atuais e futuras.

"Estimulada pelo programa Artemis da NASA, a nova corrida à Lua está inspirando os projetistas de missões em todo o mundo a pesquisar rotas eficientes em termos de combustível que possam explorar melhor e mais eficientemente a vizinhança da Lua. A nossa técnica não só torna essa tarefa complicada mais simples, mas também pode ser aplicada a outros sistemas planetários, como as luas geladas de Saturno e Júpiter," disse o professor Nicola Baresi.

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