Йэн Стюарт - Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

Но почему такой сложный маршрут? Почему ЕКА просто не направило свою ракету на комету и не скомандовало старт? Для этого потребовалось бы слишком много топлива, да и к тому моменту, когда аппарат добрался бы до намеченной точки, комета находилась бы совсем в другом месте. Вместо этого Rosetta исполнила тщательно срежиссированный космический танец, в ходе которого ускорилась совместными усилиями сил тяготения Солнца, Земли, Марса и других задействованных тел. Ее маршрут, рассчитанный на основании закона всемирного тяготения Ньютона, был нацелен на максимальную экономию топлива. Каждое сближение с Землей и Марсом придавало аппарату бесплатное ускорение за счет энергии планеты. Редкие и кратковременные включения четырех двигателей малой тяги удерживали его на курсе. За экономию топлива пришлось заплатить тем, что до места назначения Rosetta добиралась 10 лет. Однако без этого проект оказался бы слишком дорогим и старта вообще бы не случилось.

Подобные траектории, на которых космические аппараты ходят кругами, туда и сюда, в поисках желанных толчков в нужном направлении от планет и лун, стали обычными для космических проектов в тех случаях, когда спешить нет необходимости. Пролетая на близком расстоянии от планеты, двигающейся по орбите, позади нее, космический аппарат может позаимствовать часть энергии планеты за счет эффекта пращи (официальный термин «гравитационный маневр»). Планета при этом реально замедляется , но снижение скорости настолько мало, что его невозможно уловить даже самыми чувствительными приборами. А вот аппарат получает приращение скорости без всяких затрат ракетного топлива [51] Не считая, разумеется, небольших затрат на коррекции, которые компенсируют ошибки и возмущения и удерживают аппарат строго на рассчитанной траектории. — Прим. ред. .

Дьявол, как обычно, кроется в деталях. Чтобы разработать такую траекторию, инженеры должны уметь предсказывать движение всех задействованных в схеме тел; кроме того, для того чтобы довести аппарат до места назначения, им необходимо состыковать отдельные участки в единую траекторию и согласовать все ее детали в пространстве и времени. Так что разработка маршрута превращается в смесь точных расчетов и черной магии [52] Козырем в рукаве в планировании подобной траектории является возможность довольно значительного маневра собственными силами в точках, где должны сопрягаться между собой отдельные участки. Но что такое, скажем, маневр на 300 метров в секунду, если суммарная экономия измеряется километрами в секунду? — Прим. ред. . Все зависит от одной области человеческой деятельности, на роль которой в исследовании космоса редко указывают хотя бы намеком, но без которой ничего невозможно было бы добиться. Всякий раз, когда средства массовой информации заводят разговор о «компьютерных моделях» или «алгоритмах», можно считать, что на самом деле они имеют в виду «математику», но либо слишком боятся упоминать это слово, либо считают, что оно испугает вас . Существуют достаточно разумные причины не грузить читателя сложными математическими подробностями, но, делая вид, что математики вообще не существует, мы оказываем одному из самых мощных интеллектуальных инструментов человечества очень плохую услугу.

Главным динамическим фокусом Rosetta были маневры с эффектом пращи. В остальном, в перерывах между повторяющимися встречами, аппарат, по существу, двигался по серии гоманновских эллипсов. Вместо того чтобы пристроиться на орбиту вокруг 67P, он следовал по близлежащему эллипсу вокруг Солнца. Но есть еще один, куда более интригующий фокус, который по-настоящему меняет дело и производит революцию в разработке межпланетных траекторий. Как ни поразительно, он основан на хаосе.

Как я объяснил в главе 9, хаос в математическом смысле — это не просто красивое слово для обозначения любого случайного или непредсказуемого поведения. Это поведение, которое кажется случайным и непредсказуемым, но на самом деле управляется скрытой системой конкретных детерминистских правил. Для небесных тел этими правилами являются законы движения и гравитации. На первый взгляд эти правила не особенно помогают, потому что основной вывод из них сводится к тому, что хаотическое движение непредсказуемо в долгосрочной перспективе. Существует горизонт предсказуемости, за которым любое предсказанное поведение будет затоплено накоплением неизбежных крохотных ошибок в измерении текущего состояния. За горизонтом предсказуемости ничего нельзя гарантировать. Так что хаос в целом представляется нехорошей штукой.