Gravity asistă: praștia liber

În 1977, cele două nave spațiale Voyager au părăsit Pământul pe un traseu care folosește alinierea rară a lui Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun, care se întâmplă o dată la aproximativ 175 de ani. Fiecare planetă le-a îndoit calea și i-a aruncat mai repede. Fără aceste impulsuri gratuite, Voyager 2 nu ar fi putut ajunge la Neptun în doisprezece ani.

Planeta nu dă energie. Îţi împrumută mişcarea.

Uite.

Imaginați-vă o minge de tenis aruncată în fața unui tren în mișcare. Se întoarce mai repede decât a fost aruncat, pentru că trenul se deplasa spre el. Un asistent gravitațional este aceeași idee, cu gravitație în loc de coliziune:

1. Văzut de pe planetă, nava spațială cade în, se leagănă și urcă afară la Exact aceeași viteză A venit cu. Doar direcţia se schimbă.
2. Văzută de la Soare, planeta însăși se mișcă cu mulți km / s. Adăugați această mișcare la cea a navei înainte și după zbor: pentru că direcția s-a schimbat, viteza totală poate fi mult mai mare după.

Trecerea în spate Planeta, în urma planetei, adaugă viteză. Trecerea În faţă Aşa a încetinit Messenger pentru a ajunge pe Mercur.

Înţelegeţi.

În exemplu, nava spațială se apropie de Jupiter cu v∞ = 7.5 km/s și trece pe la 5 raze de Jupiter din centrul planetei. Hiperbola își îndoaie direcția prin

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

Cu μ_Jupiter = 1.267 × 10⁸ km³/s², e = 1.16 și rotația este de aproximativ 119 degrees. Adăugând viteza orbitală a lui Jupiter (13,1 km/s):

• Înainte: aproximativ 7,6 km/s în raport cu Soarele.
• După: aproximativ 19,9 km/s în raport cu Soarele.

Nava spațială a câștigat peste 12 km/s fără să pornească un motor. Jupiter, 10²⁴ times heavier, lost the same momentum and slowed by an amount far too small ever to measure.

Maestre.

Cea mai mare schimbare posibilă a vitezei heliocentrice este 2 v∞ sin(δ/2), atinsă atunci când vitezele relative de intrare și ieșire sunt plasate simetric în jurul vitezei planetei. Cu cât trecerea este mai apropiată (r_p mai mic) și cu cât planeta este mai masivă, cu atât δ poate fi mai mare, până la limita stabilită de atmosfera sau raza planetei.

Asistența gravitațională este un transfer al energiei orbitale în problema celor trei corpuri: în cadrul planetei energia se conservă; în cadrul Soarelui energia navei spațiale se schimbă cu Δ = v_planet · Δv_rel. Proiectanții misiunii le înlănțuiesc (Cassini: Venus, Venus, Pământ, Jupiter) și adaugă mici Flybys cu motor unde o arsură la cea mai apropiată apropiere beneficiază de efectul Oberth.