Гравитацията помага: свободната прашка

През 1977 г. двата космически кораба Вояджър напуснаха Земята по маршрут, който използва рядкото подреждане на Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, което се случва веднъж на всеки 175 години или така. Всяка планета изкривяваше пътя им и ги хвърляше напред по-бързо. Без тези безплатни ускорители, Вояджър 2 никога нямаше да достигне Нептун за дванадесет години.

Планетата не раздава енергия. Тя ви дава движението си.

Вижте.

Представете си топка за тенис, хвърлена в предната част на движещ се влак. Тя отскача обратно по-бързо, отколкото е била хвърлена, защото влакът се движеше към нея. Гравитационното подпомагане е същата идея, с гравитация вместо сблъсък:

1. Гледано от планетата, космическият кораб попада вътре, люлее се и изкачва нагоре по Точно същата скорост Влизаше с нея. Само посоката се променя.
2. Гледан от Слънцето, самата планета се движи с много километра в секунда. Добавете това движение към движението на космическия апарат преди и след прелитането: тъй като посоката се е променила, общата скорост може да бъде много по-голяма след.

Подаване зад планетата, в следите на планетата, добавя скорост. Подаване в предната част Така Месинджър се забави, за да достигне Меркурий.

Разбирам.

В примера, космическият апарат се приближава до Юпитер с v∞ = 7.5 км/с и преминава на разстояние 5 радиуса от центъра на Юпитер. Хиперболата се огъва в посоката си от

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. Добавяне на орбиталната скорост на Юпитер (13,1 км/с):

• Before: about 7.6 km/s relative to the Sun.
• After: about 19.9 km/s relative to the Sun.

Космическият апарат се движи с над 12 км/с без да задейства двигателя. Jupiter, 10²⁴ times heavier, lost the same momentum and slowed by an amount far too small ever to measure.

Господарю.

Най-голямата възможна промяна на хелиоцентричната скорост е 2 v∞ sin(δ/2), достигана когато входящите и изходящите относителни скорости са разположени симетрично около скоростта на планетата. Колкото по-близо е преминаването (по-малко r_p) и колкото по-масивна е планетата, толкова по-голям може да бъде δ, до границата, зададена от атмосферата или радиуса на планетата.

Гравитационните асистенти са прехвърляне на орбитална енергия в проблема с трите тела: в рамката на планетата енергията се запазва; в рамката на Слънцето енергията на космическия апарат се променя от Δ = v_planet · Δv_rel. Проектантите на мисиите ги веригат (Кассини: Венера, Венера, Земя, Юпитер) и добавят малки задвижвани прелитания където изгарянето при най-близко приближаване се възползва от ефекта на Оберт.