جاذبه کمک ميکنه: تيراندازي آزاد

در سال 1977 دو فضاپیمای وویجر زمین را در مسیری ترک کردند که از هم‌رشتگی نادر مشتری، زحل، اورانوس و نپتون استفاده می‌کرد که هر 175 سال یکبار اتفاق می‌افتد. هر سیاره اي راهشون رو خم کرد و اونها رو سريع تر به جلو پرتاب کرد Without those free boosts, Voyager 2 could never have reached Neptune in twelve years.

این سیاره انرژی را از دست نمیده حرکتش رو بهت قرض ميده

ببين

تصور کنید که یک توپ تنیس را به جلوی قطار در حال حرکت پرتاب می‌کنید. این حرکت به دلیل سرعت بالای قطار و خروجی آن از خط است. کمک جاذبه همين ايده رو داره با جاذبه به جاي برخورد

1. از سیارهسفينه فضايي سقوط ميکنه، دور ميچرخه و از ارتفاع بالا ميره دقیقا با همان سرعت با اون اومده فقط جهتش عوض ميشه
2. از خورشید دیده شدهخود سياره با سرعت چند کيلومتر در ثانيه در حال حرکته این حرکت را به حرکت فضاپیما قبل و بعد از پرواز اضافه کنید: چون جهت تغییر می‌کند، سرعت کل می‌تواند بسیار بیشتر باشد.

از پشت سیاره عبور کردن، در پی آن، سرعت را افزایش می‌دهد. از در جلو گذشتن آن را دور می‌کند؛ این همان چیزی است که پیام‌رسان برای رسیدن به عطارد کند کرد.

بفهم

در این مثال، فضاپیما با سرعت v∞ = 7.5 کیلومتر بر ثانیه به مشتری نزدیک می‌شود و از شعاع 5 مشتری عبور می‌کند. این ابربردار جهتش را با

δ = 2 آرک سین(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. اضافه کردن سرعت مدار مشتری (13.1 کیلومتر بر ثانیه):

• قبل از: 7.6 کیلومتر بر ثانیه نسبت به خورشید
• بعد از: 19.9 کیلومتر بر ثانیه نسبت به خورشید

این فضاپیما با سرعتی بیش از 12 کیلومتر بر ثانیه بدون شلیک موتور حرکت می‌کرد. Jupiter, 10²⁴ times heavier, lost the same momentum and slowed by an amount far too small ever to measure.

استاد

بزرگترین تغییر ممکن در سرعت هلیومتریک 2 v∞ sin(δ/2) است که زمانی به دست می‌آید که سرعت‌های نسبی ورودی و خروجی متقارن با سرعت سیاره قرار بگیرند. هرچه گذر نزدیک‌تر باشد (r_p کوچکتر) و سیاره سنگین‌تر باشد، δ می‌تواند بزرگ‌تر باشد، تا حدی که توسط اتمسفر یا شعاع سیاره تعیین شده باشد.

کمک‌های گرانشی انتقال انرژی مداری در مسئله سه جسم است: در چارچوب سیاره انرژی حفظ می‌شود؛ در چارچوب خورشید انرژی فضاپیما با Δ = v_planet · Δv_rel تغییر می‌کند. طراحان ماموریت آنها را زنجیر می‌کنند (کاسینی: ونوس، ونوس، زمین، مشتری) و تعداد کمی به آن‌ها اضافه می‌کنند. پروازهای قدرتمند جایی که سوختن در نزدیکترین فاصله از اثر اوبرت سود میبرد