Gravity padeda: nemokamai slingshot

1977 m. du Voyager kosminiai zondai paliko Žemę maršrutu, kuris naudoja retą Jupiterio, Saturno, Urano ir Neptūno išlyginimą, kuris vyksta kartą per 175 metus. Kiekviena planeta lenkė jų kelią ir stūmė juos į priekį greičiau. Be šių nemokamų paskatų, „Voyager 2“ per dvylika metų nebūtų pasiekęs Neptūno.

Planeta neduoda energijos. Jis skolina jums savo judėjimą.

Žiūrėk.

Įsivaizduokite teniso kamuoliuką, kuris yra išmestas į judančio traukinio priekį. Jis atsimuša greičiau nei buvo išmestas, nes traukinys judėjo link jo. Gravitacijos pagalba yra ta pati idėja, su gravitacija vietoj susidūrimo:

1. Žvelgiant iš planetos, erdvėlaivis įkrenta, apsisuka ir išskrenda lygiai tokiu pačiu greičiu kaip ir atskrido. Tik kryptis keičiasi.
2. Žvelgiant iš Saulės, pati planeta juda daugeliu km / s. Pridėkite šį judėjimą prie erdvėlaivio prieš ir po praskridimo: kadangi kryptis pasikeitė, bendras greitis gali būti daug didesnis.

Perdavimas už planeta, planetos pėdomis, prideda greitį. Perdavimas į priekį Mesjė ją atima; štai kaip Mesjė sulėtėjo, kad pasiektų Merkurijų.

Supratau.

Pavyzdyje erdvėlaivis artėja prie Jupiterio v∞ = 7,5 km/s greičiu ir praeina 5 Jupiterio spindulius nuo centro. Hiperbola lenkia savo kryptį

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. Pridedant Jupiterio orbitos greitį (13,1 km/s):

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

Kosmonautas pasiekė 12 km/s greitį neužvesdamas jokio variklio. Jupiter, 10²⁴ times heavier, lost the same momentum and slowed by an amount far too small ever to measure.

Pagrindinis

Didžiausias galimas heliocentrinio greičio pokytis yra 2 v∞ sin(δ/2), pasiekiamas, kai įeinantis ir išeinantis santykinis greitis yra simetriškas planetos greičiui. Kuo arčiau proplanetos (mažesnis r_p) ir kuo masyviau planeta, tuo didesnė gali būti δ, iki ribos, kurią nustato planetos atmosfera arba spindulys.

Gravitacijos pagalba yra orbitinės energijos perdavimas trijų kūnų problemoje: planetos rėmo energija išlieka; Saulės rėme erdvėlaivio energija keičiasi Δ = v_planet · Δv_rel. Misijos dizaineriai juos grandinė (Cassini: Venera, Venera, Žemė, Jupiteris) ir prideda mažų varomi skraidymai kur degimas artimiausiu metu gauna naudos iš Oberto efekto.