Орбитальный краш-тест. Суперкомпьютер запустил миллион спутников к Луне, но дольше 6 лет продержались только 9%

Дорога к Луне на карте выглядит просто: вот Земля, вот Луна, между ними пустота, в которую вроде бы можно отправить спутники. На практике это одна из самых капризных зон рядом с нами. Группа из Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии решила проверить, насколько вообще реально удержать там орбитальную инфраструктуру. Они прогнали на суперкомпьютерах 1000000 вариантов орбитальных траекторий для воображаемых спутников в цислунном пространстве, то есть в области между Землёй и Луной.

Причина интереса понятна. Низкая околоземная орбита уже забита аппаратами, и их число быстро растёт из-за мегасозвездий. Дальше возникает соблазн расширить наше влияние: размещать спутники не только вокруг Земли, но и на пути к Луне, чтобы поддерживать связь, навигацию и другие сервисы для будущих лунных миссий и, если дело дойдёт до постоянных баз - для их повседневной работы. Проблема в том, что вблизи Земли движение спутников обычно просчитывается куда спокойнее: орбиты там повторяемые, с понятными поправками на атмосферу и прочие мелочи. Между Землёй и Луной таких мелочей нет - там почти всё превращается в поправку.

В цислунной зоне спутник одновременно чувствует притяжение Земли и Луны, а вдобавок заметно вмешивается Солнце. Чем дальше от Земли, тем сильнее солнечная гравитация портит траекторию, и орбита, которая казалась предсказуемой на старте, со временем начинает плыть. Ещё один слой сложности связан с радиацией. Магнитосфера Земли частично прикрывает околоземные аппараты от солнечных частиц, а ближе к Луне такой защиты почти нет, и поток излучения от Солнца может вносить возмущения, которые в долгой перспективе тоже портят предсказуемость полёта.

Поэтому исследователи и упёрлись в вычисления. В лаборатории задействовали два своих суперкомпьютера, Quartz и Ruby, и на них просчитали траектории примерно для 1000000 «цислунных объектов». На это ушло около 1,6 миллиона процессорных часов. В пересчёте на один компьютер такие расчёты заняли бы примерно 182 года, но связка суперкомпьютеров уложилась в 3 дня.

Смысл эксперимента был не в том, чтобы гонять по расчётам заранее выбранные «правильные» орбиты. Команда, наоборот, исходила из того, что цислунное пространство мы пока понимаем не так хорошо, как хотелось бы. Поэтому они задали максимально широкий набор стартовых условий, чтобы проверить самые разные варианты и заранее захватить проблемы, о которых сложно подумать наперёд. Такой подход показывает не только траектории, которые держатся, но и типичные сценарии, в которых орбита со временем уходит в нежелательный режим.

Картина получилась неоднозначной. На короткой дистанции всё выглядит вполне неплохо: примерно 54% из 1 000 000 орбит оставались устойчивыми как минимум год. Но на длительном промежутке требования становятся гораздо жёстче. Полные шесть лет выдержали только 9,7% траекторий. Данные об орбитах опубликовали в августе 2025 года в Research Notes of the AAS, а подробный разбор команда выложила на arXiv в декабре, при этом второй материал пока не прошёл рецензирование.

Почему вообще так трудно заранее сказать, где спутник окажется через неделю? На низкой околоземной орбите часто работают модели, которые позволяют достаточно уверенно прикинуть движение сразу на большой срок. В цислунном пространстве так не получается. Чтобы понять, как поведёт себя траектория, расчёт приходится вести шаг за шагом: посчитать положение и скорость, продвинуть время на небольшой интервал, снова пересчитать, и так много раз подряд. Чем дальше горизонт, тем больше шагов нужно сделать, и тем сильнее накапливается влияние небольших возмущений. Поэтому такие симуляции выходят тяжёлыми и требуют огромного времени процессора.

Отдельная сложность связана с самой Землёй. В упрощённых моделях планету удобно представлять как точку с массой, которая тянет одинаково во все стороны. В реальности Земля неидеальна: распределение массы по ней неоднородное, а вращение добавляет свои эффекты. Из-за этого гравитационное поле чуть отличается от места к месту. Исследователи приводят пример: над Канадой притяжение слабее, чем над Атлантическим океаном. Для человека это незаметно, но для траектории, которую считают на годы вперёд, такие различия могут постепенно уводить орбиту от исходного плана.

Доля 9,7% звучит сурово, но в абсолютных числах это всё равно много. Если пересчитать на миллион вариантов, выходит около 97 тысяч устойчивых орбит в цислунном пространстве. Значит, место для будущей инфраструктуры там есть. Просто выбирать траектории придётся осторожно и с пониманием того, что многие варианты, которые красиво выглядят на старте, со временем теряют устойчивость.

Команда подчёркивает ещё один практический момент. Информация о неудачных траекториях почти так же ценна, как список удачных. Когда есть миллион примеров, можно детально разбирать, что именно пошло не так, искать повторяющиеся причины и формулировать более точные правила выбора орбит для реальных миссий. Чтобы этими результатами могли пользоваться другие исследователи, набор траекторий выложили в открытый доступ.