Гравітацыя дапамагае: свабодная прамянёвая стрэльба

У 1977 годзе два касмічныя апараты «Вояджэр» пакінулі Зямлю па траекторыі, якая выкарыстоўвае рэдкае выраўнаванне Юпітэра, Сатурна, Урана і Нептуна, якое адбываецца раз у 175 гадоў. Кожны з іх трымаў у руках сваю вялікую і цяжкую стрэльбу. Without those free boosts, Voyager 2 could never have reached Neptune in twelve years.

Планета не выдае энергіі. Ён стаў яго намеснікам.

Паглядзець

Уявіце сабе тэнісны мяч, які кідаецца наперад рухаючымся цягніком. Ён быў забіты, калі цягнік, на якім ён ляцеў, зламаўся. Гравітацыйны сігналізатар мае такую ж ідэю, але з гравітацыяй замест сутыкнення:

1. З пункту гледжання планеты, касмічны апарат упадае ў атмасферу, круціцца і выходзіць з яе на такую ж хуткасць, якую ён меў пры паступленні. Змяняецца толькі кірунак.
2. З Сонца, сама планета рухаецца са хуткасцю некалькіх км/ с. Дадаць гэты рух да руху касмічнага апарата да і пасля пралёту: паколькі кірунак змяніўся, агульная хуткасць можа быць значна большай пасля.

Перадача за планета, услед за планетай, дадае хуткасць. Праходжанне праз перад ім адцягвае яго; менавіта так Месіянэр запавольваў свой шлях да Меркурыя.

Паразумець

У гэтым прыкладзе касмічны апарат набліжаецца да Юпітэра з хуткасцю v∞ = 7,5 км/с і праходзіць праз 5 радыесаў Юпітэра ад цэнтра. Гіпербола зрушваецца ў бок

δ = 2 arcsin( 1/ e),   e = 1 + r_ p v∞² / μ

With μ_Jupiter = 1.267 × 10⁸ km³/s², e = 1.16 and the turn is about 119 degrees. Adding Jupiter’s orbital velocity (13.1 km/s):

• Да: about 7,6 км/ с Змяніць
• After: about 19.9 km/s relative to the Sun.

У 12 км ад горада знаходзіцца невялікі аэрапорт. Jupiter, 10²⁴ times heavier, lost the same momentum and slowed by an amount far too small ever to measure.

Галоўны

Найбольшая магчымая змена геліяцэнтрычнай хуткасці складае 2 v∞ sin(δ/2), дасягаецца, калі прыбываючыя і адпраўляючыяся адносныя хуткасці размешчаны сіметрычна па адносінах да хуткасці планеты. Чым бліжэй праход (меншы r_p) і чым большая маса планеты, тым большая можа быць δ, да межа, устаноўленага атмасферай або радыясам планеты.

Гравітацыйныя асістэнты — гэта перанос орбітальнай энергіі ў праблеме трох цел: у рамцы планеты энергія захоўваецца; у рамцы Сонца энергія касмічнага апарата змяняецца па Δ = v_planet · Δv_rel. Дызайнеры місій злучаюць іх (Cassini: Венера, Венера, Зямля, Юпітэр) і дадаюць маленькія рухомыя пералёты дзе выбух пры найбліжэйшым набліжэнні атрымлівае выгаду ад эфекту Оберта.