Graviti membantu: slingshot bebas

Pada tahun 1977, dua pesawat angkasa Voyager meninggalkan Bumi pada laluan yang menggunakan penyatuan jarang Jupiter, Saturnus, Uranus dan Neptunus, yang berlaku sekali setiap 175 tahun atau lebih. Setiap planet membengkokkan laluan mereka dan melemparkan mereka ke hadapan lebih cepat. Without those free boosts, Voyager 2 could never have reached Neptune in twelve years.

Planet ini tidak memberikan tenaga. Ia meminjamkan anda pergerakannya.

Lihat

Bayangkan bola tenis dilemparkan ke depan kereta api yang bergerak. Ia melompat balik lebih cepat daripada ia dilemparkan, kerana kereta api bergerak ke arahnya. Bantuan graviti adalah idea yang sama, dengan graviti bukannya tabrakan:

1. Dilihat dari planet, pesawat angkasa jatuh ke dalam, berputar dan naik keluar pada kelajuan yang sama ia datang dengan. Hanya arah yang berubah.
2. Dilihat dari Matahari, planet itu sendiri bergerak pada beberapa km/s. Tambahkan pergerakan itu kepada pesawat angkasa sebelum dan selepas terbang melepasi: kerana arah berubah, kelajuan keseluruhan boleh menjadi lebih besar selepas.

Melalui belakang planet, di belakang planet, menambah kelajuan. Melalui di hadapan akan membuangnya; itulah cara Messenger melambat untuk mencapai Merkurius.

Faham

Dalam contoh ini, pesawat angkasa mendekati Jupiter pada v∞ = 7.5 km/s dan melepasi 5 jejari Jupiter dari pusat. Hiperbola melengkung arahnya dengan

δ = 2 arcsin(1/e),   e = 1 + r_p v∞² / μ

Dengan μ_Jupiter = 1.267 × 10⁸ km³/s², e = 1.16 dan putaran adalah sekitar 119 darjah. Adding Jupiter’s orbital velocity (13.1 km/s):

• Sebelum: kira-kira 7.6 km/s relatif kepada Matahari.
• Selepas: kira-kira 19.9 km/s relatif kepada Matahari.

Kapal angkasa mendapat lebih 12 km / s tanpa melepaskan enjin. Jupiter, 10²⁴ times heavier, lost the same momentum and slowed by an amount far too small ever to measure.

Master

Perubahan kelajuan heliosentrik yang paling besar adalah 2 v∞ sin(δ/2), dicapai apabila kelajuan relatif masuk dan keluar diletakkan secara simetris mengenai kelajuan planet. Semakin dekat laluan (r_p yang lebih kecil) dan semakin besar planet, semakin besar δ boleh menjadi, sehingga had ditetapkan oleh atmosfera atau jejari planet.

Bantuan graviti adalah pemindahan tenaga orbit dalam masalah tiga badan: dalam bingkai planet, tenaga dijaga; dalam bingkai Matahari, tenaga pesawat ruang angkasa berubah oleh Δ = v_planet · Δv_rel. Perancang misi merantai mereka (Cassini: Venus, Venus, Bumi, Jupiter) dan tambahkan flybys berkuasa kecil di mana pembakaran pada pendekatan terdekat mendapat keuntungan dari kesan Oberth.