Gravity assists: den frie slynge

I 1977 forlot de to Voyager-romsondene Jorden på en rute som benytter den sjeldne oppstillingen av Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun, noe som skjer en gang hvert 175 år eller så. Hver planet bøyde sin vei og kastet dem videre raskere. Uten disse gratis boostene, kunne Voyager 2 aldri ha nådd Neptun på tolv år.

Planeten gir ikke bort energi. Den gir deg bevegelse.

Se.

Forestill deg en tennisball kastet foran et tog i bevegelse. Den spretter tilbake raskere enn den ble kastet, fordi toget beveget seg mot den. En gravitasjonshjelp er den samme ideen, med tyngdekraft i stedet for en kollisjon:

1. Sett fra planeten, romfartøyet faller inn, svinger rundt og klatrer ut på Nøyaktig samme hastighet Det kom inn med. Bare retningen endres.
2. Sett fra solen beveger planeten seg med mange km / s. Legg til denne bevegelsen til romfartøyets bevegelse før og etter forbiflyvningen: fordi retningen endret seg, kan den totale hastigheten være mye større etterpå.

Å passere bak planeten, i planetens kjølvann, gir hastighet. Passer foran Det er slik Messenger bremset ned for å nå Merkur.

Forstår

I eksemplet nærmer romsonden seg Jupiter med v∞ = 7,5 km/s og passerer 5 Jupiterradier fra sentrum. Hyperbelen bøyer sin retning ved

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. Legge til Jupiters banehastighet (13,1 km/s):

• Før: ca. 7,6 km/t Relativt til solen.
• Etter: omtrent 19,9 km/s Relativt til solen.

Fartøyet fikk over 12 km/s uten å fyre av en motor. Jupiter, 10²⁴ times heavier, lost the same momentum and slowed by an amount far too small ever to measure.

Master

Den største mulige endringen i heliosentrisk hastighet er 2 v∞ sin(δ/2), oppnådd når de innkommende og utgående relative hastighetene plasseres symmetrisk om planetens hastighet. Jo nærmere passeringen er (mindre r_p) og jo mer massiv planeten er, desto større kan δ være, helt ned til grensen satt av planetens atmosfære eller radius.

Gravitasjonsassister er en overføring av baneenergi i tre-legemeproblemet: i planetens ramme er energien bevart; i solens ramme endres romfartøyets energi med Δ = v_planet · Δv_rel. Oppdragsdesignere kjeder dem (Cassini: Venus, Venus, Jorden, Jupiter) og legger til små motoriserte flybyer hvor en brenne ved nærmeste ankomst drar fordel av Oberth-effekten.