Гравитация көмегімен: еркін слингшотты

1977 жылы екі Voyager космикалық аппараттары Юпитер, Сатурн, Уран және Нептунның сирек кездесетін біріктірілуін пайдаланатын жолмен Жерді тастады, бұл шамамен әрбір 175 жылда бір рет болады. Әрбір планета өзінің бағытын бұрып, жылдам қозғалады. Without those free boosts, Voyager 2 could never have reached Neptune in twelve years.

Планета энергияны беріп жібермейді. Оның әрекеті өте күрделі.

Көру

Жүріп бара жатқан пойыздың алдынан теннис допын тастап жібергенін елестетіңіз. Бұл ретте, ол өзінің әрекетін тек қана оған қарсы бағытталған күштермен шектейді. Гравитациялық көмекші де сол идея, бірақ соқтығысу орнына гравитация қолданылады:

1. Планетадан қарағанда, космос аппараты оған түскен жылдамдықпентіпті сол жылдамдықпен түсіп, айналып шығып кетеді. Тек бағыты ғана өзгереді.
2. Күннен қарағанда, планетаның өзі секундына бірнеше км жылдамдықпен қозғалады. Бұл қозғалысты ұшу алдындағы және кейінгі ғарыш аппаратының қозғалысы ретінде қосыңыз: бағыты өзгергендіктен, жалпы жылдамдығы кейін көпке дейін артады.

Планетаның айналасында айналатын планета, оның соңынан жүру жылдамдығын арттырады. Бұл ретте, бұл сөзі «бұл» дегенді білдіреді, ал «бұл» сөзі «бұл» дегенді білдіреді.

Түсінген

Мысалы, аппарат Юпитерге v∞ = 7,5 км/с жылдамдықпен жақындап, ортасынан 5 Юпитер радиусын өтеді. Гипербола бағытын бұрады

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. Юпитердің орбиталық жылдамдығын қосу (13.1 км/ с):

• Бұдан бұрын: about 7,6 км/ с Күнге қатынасы.
• Кейін: about 19,9 км/ с Күнге қатынасы.

12 км-ге созылған бұл жолдың бір бөлігіндегі құрылыстар әлі күнге дейін сақталған. Юпитер, 10²⁴ есе ауыр, сол импульсті жоғалтып, өлшеу үшін тым аз мөлшерде баяулады.

Басшы

Гелиоцентрлік жылдамдықтағы ең үлкен өзгеріс 2 v∞ sin(δ/2) болады, бұл түсетін және шығатын салыстырмалы жылдамдықтар планетаның жылдамдығы бойынша симметриялы орналасқанда қол жеткізіледі. Неғұрлым жақын болса (r_ p кішірек) және планета неғұрлым массалы болса, δ соғұрлым үлкен болады, планетаның атмосферасы немесе радиусы белгілеген шекке дейін.

Гравитациялық ассисттер үш дене мәселесінде орбиталық энергияның берілуін қамтамасыз етеді: планетаның рамкасында энергия сақталады; Күннің рамкасында космонавттың энергиясы өзгереді: Δ = v_planet · Δv_rel. Миссия дизайнерлері оларды тізбектеп (Кассини: Венера, Венера, Жер, Юпитер) және қысқа моторлы ұшуларды қосады, онда ең жақын жақындау кезінде Оберт эффектісінен пайда болады.