Nuevas técnicas de navegación espacial proponen utilizar la Teoría de Nudos para optimizar trayectorias

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Nuevas técnicas de navegación espacial proponen utilizar la Teoría de Nudos para optimizar trayectorias

Imagen que representa una nave espacial ayudándose de la Teoría de Nudos para navegar mejor el espacio. / Robotitus

Investigadores de la Universidad de Surrey han desarrollado una técnica innovadora que promete revolucionar la navegación espacial, utilizando la teoría de nudos para optimizar las rutas de las naves espaciales y reducir el consumo de combustible. El artículo fue publicado en la revista Astrodynamics

La exploración espacial siempre ha sido un desafío logístico y técnico, especialmente cuando se trata de maniobrar naves en órbitas alrededor de cuerpos celestes. Tradicionalmente, cambiar de una órbita a otra requería no solo un gran esfuerzo computacional, sino también una cantidad significativa de combustible. 

Sin embargo, un descubrimiento reciente podría cambiar las reglas del juego en la manera en que planificamos las misiones espaciales

Mapa del Metro espacial 

La teoría de nudos, un campo de la matemática que estudia las curvas cerradas en tres dimensiones, se ha aplicado con éxito para identificar trayectorias óptimas que no requieren combustible adicional. Este método, similar a cómo funcionan los GPS terrestres para trazar la ruta más eficiente, promete ser una herramienta crucial para futuras exploraciones.

El estudio revela cómo la teoría de nudos ayuda a «desenredar» las complicadas rutas que una nave espacial puede tomar, especialmente en sistemas planetarios concurridos como el de Júpiter y sus lunas. Los investigadores han demostrado que este enfoque puede disminuir drásticamente la cantidad de energía computacional necesaria, tradicionalmente requerida para estos cálculos.

Danny Owen, uno de los autores del estudio, explicó que la nueva técnica «revela de manera clara todas las posibles rutas que una nave espacial podría seguir de un punto A a un punto B, siempre y cuando ambas órbitas compartan un mismo nivel de energía». Owen compara este método con un mapa del metro, pero para el espacio.

Estos diagramas muestran un conjunto de posibles rutas que podría tomar una nave espacial entre diferentes regiones cercanas a la Luna. / Danny Owen y Nicola Baresi. Astrodynamics (2024)

La navegación espacial se complica aún más por el hecho de que nada en el espacio mantiene una posición fija. Los navegantes deben enfrentar el desafío de calcular las velocidades y orientaciones exactas de la Tierra rotativa, el destino en movimiento y la propia nave, todos moviéndose simultáneamente en sus órbitas alrededor del Sol.

Las órbitas heteroclínicas, que permiten viajes entre diferentes órbitas con un consumo mínimo o nulo de combustible, son clave en este proceso. Sin embargo, identificar estas conexiones heteroclínicas ha sido hasta ahora un proceso que demanda mucho tiempo y recursos computacionales. 

Rutas simplificadas 

La investigación también destacó que, impulsados por el programa Artemis de la NASA y la nueva carrera lunar, diseñadores de misiones en todo el mundo están buscando rutas más eficientes en combustible que puedan explorar de manera más eficaz la cercanía de la Luna. 

Nicola Baresi, coautor del estudio y profesor de Mecánica Orbital, afirmó que la técnica no solo simplifica esta tarea ardua, sino que también puede aplicarse a otros sistemas planetarios, incluyendo las lunas heladas de Saturno y Júpiter.

Esta innovación representa un avance técnico significativo. Sin embargo, también tiene el potencial de hacer que la exploración espacial sea más sostenible y eficiente.

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