数学框架规划出访问多颗小行星最优路线

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<article><section data-type="rtext"><p><i class="pic-con"><img data-alt="太空探测器任务示意图——从地球启程，探测器沿着若干条转移轨道，依次抵达不同的小行星。图片来源：物理学家组织网" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/7e1f4ddf2c60b061a0ea55f3ecfea9c9.jpg?imageView2/2/w/1260" /></i></p><p><strong>科技日报记者 刘霞</strong><br></p><p>德国比勒费尔德大学工商管理与经济学院领衔的国际团队，开发出一个数学框架，首次为太空物流中的棘手难题求出了精确解：在尽可能贴近现实的条件下，规划出访问多颗小行星的最优路线。发表于美国运筹学与管理学研究协会旗下《INFORMS计算杂志》的这一突破，为优化研究树立了新标杆。</p><p>该研究的核心是“小行星路径问题”。若想尽可能缩短旅行时间、降低燃料消耗，航天器该以怎样的顺序造访若干颗小行星？真正的挑战在于，这里不像经典路线问题那样地点固定，目的地之间的旅行时间无时无刻不在变化，因为所有天体都在持续运动。</p>
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            <p>问题中尤为棘手的部分，来自天体力学里的一个子问题——朗伯问题。作为轨道力学的经典命题，朗伯问题要确定一条连接两个位置矢量，且在规定时间内完成转移的轨道。它广泛用于航天器轨道机动、交会对接和深空探测等场景，描述的是如何算出两个运动物体之间的最优飞行路径。可对于小行星路线规划来说，必须在每条可能的路线上反复求解朗伯问题，使整个问题极难解决。</p><p>为破解这一困境，团队借助了一种将海量可行方案系统构建起来的图形优化模型，再配合一种专门的搜索方法，高效地压缩出真正有希望的方案，最终第一次给出了这个问题的精确解。</p><p>这项突破的社会意义远不止于航天。许多现实世界的规划问题，其实都遵循着相似的法则：无论是公交线路、供应链还是航运通道，行程时间往往因出发时间而异，因为天气或交通量等因素会动态变化，其中的计算常常极为繁复。新方法有望使此类系统在未来变得更加高效和稳健，对人们的出行、供给体系乃至可持续发展都会带来深远影响。</p></section></article>

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