Gravity assists: ang libreng slingshot

Noong 1977, ang dalawang Voyager spacecraft kaliwa Earth sa isang ruta na gumagamit ng mga bihirang alinman sa Jupiter, Saturno, Uranus at Neptune, na nangyayari minsan bawat 175 taon o kaya. Ang bawat planeta bent kanilang landas at flung sila pasulong mas mabilis. Without those free boosts, Voyager 2 could never have reached Neptune in twelve years.

Ang planeta ay hindi magbigay ng enerhiya ang layo. Ito ay nagpapahiram sa iyo ng kanyang kilos.

Tingnan

Imahe ng isang tennis ball inihagis sa harap ng isang gumagalaw na tren. Ito bounces bumalik mas mabilis kaysa ito ay inihagis, dahil ang tren ay gumagalaw patungo sa ito. Ang gravity assist ay ang parehong ideya, sa gravity sa halip ng isang pagsabog:

1. Nakikita mula sa planeta, ang spacecraft ay nahulog sa, swings round at climbs out sa eksakto ang parehong bilis ito ay dumating sa may. Lamang ang direksyon ay nagbabago.
2. Nakita mula sa Araw, ang planeta mismo ay gumagalaw sa maraming km / s. Magdagdag na ang paggalaw sa spacecraft ng bago at pagkatapos ng flyby: dahil ang direksyon ay nagbago, ang kabuuang bilis ay maaaring maging mas malaki pagkatapos.

Ang paglipat sa likod ng planeta, sa likuran ng planeta, ay nagdaragdag ng bilis. Ang paglipat sa harap ay tumatagal ito; iyon ang paraan kung paanong ang Messenger ay nabawasan upang maabot ang Mercury.

Maunawaan

Sa halimbawa, ang spacecraft ay papalapit sa Jupiter sa v∞ = 7.5 km/s at dumadaan sa5radii ng Jupiter mula sa sentro. Ang hayperbola bends nito direksyon sa pamamagitan ng

δ =2arcsin(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. Pagdagdag ng Jupiter’s orbital bilis (13.1 km / s):

• Bago: tungkol sa 7.6 km/s na may kaugnayan sa Araw.
• Pagkatapos: tungkol sa 19.9 km/s na may kaugnayan sa Araw.

Ang eroplano ay tumaas ng mahigit sa 12 km/s nang walang pagsunog ng isang engine. Jupiter, 10 ²⁴ beses na mas mabigat, nawala ang parehong momentum at mabagal sa pamamagitan ng isang halaga malayo masyadong maliit kailanman upang sukatin.

Master

Ang pinakamalaking posibleng pagbabago ng heliosentriko na bilis ay2v∞ sin(δ/2), naabot kapag ang mga papasok at lumalabas na relatibong bilis ay inilagay nang simetriko tungkol sa bilis ng planeta. Ang mas malapit ang pass (mas maliit na r_p) at mas mabigat ang planeta, mas malaki ang δ ay maaaring maging, down sa limitasyon na itinakda ng atmospera ng planeta o radius.

Ang mga gravitational assists ay isang paglipat ng orbital na enerhiya sa problemang tatlong katawan: sa frame ng planeta ang enerhiya ay kinokonserba; sa frame ng Araw ang enerhiya ng spacecraft ay nagbabago sa pamamagitan ng Δ = v_planet · Δv_rel. Ang mga disenyo ng misyon ay pinag-aari nila (Cassini: Venus, Venus, Earth, Jupiter) at magdagdag ng maliit na powered flybys kung saan ang isang pagkasunog sa pinakamalapit na pag-approach ay kumikita mula sa epektong Oberth.