แรงดึงดูดช่วย: สลิงช็อตฟรี

ในปี 1977 ยานอวกาศโวแยร์สองลำได้ออกจากโลกไปบนเส้นทางที่ใช้การจัดเรียงหายากของดาวพฤหัสบดี,ดาวเสาระ,ยูเรนัสและเนปจูน ซึ่งเกิดขึ้นทุกๆ 175 ปีหรือประมาณนั้น ทุกๆดาวเคราะห์บิดเส้นทางของพวกเขา และปล่อยให้พวกเขาไปข้างหน้าเร็วขึ้น ถ้าไม่มีเครื่องช่วยหายใจฟรีพวกนั้น วอยเจอร์2คงไม่สามารถไปถึงเนปจูนได้ในอีกสิบสองปี

ดาวเคราะห์ไม่ให้พลังงานออกไป มันให้คุณยืมการเคลื่อนไหวของมัน

ดูสิ

ลองนึกภาพลูกเทนนิสถูกโยนไปที่หน้ารถไฟ มันกระโดดกลับมาเร็วกว่าที่ถูกโยน เพราะรถไฟกำลังเคลื่อนไปทางนั้น แรงดึงดูดช่วยเหลือคือความคิดเดียวกัน, กับแรงดึงดูดแทนที่จะชน:

1. เห็นจากดาวเคราะห์ยานอวกาศตกลงมา หมุนรอบๆ แล้วปีนขึ้นไปที่ ความเร็วเดียวกัน มันมาพร้อมกับ เปลี่ยนแค่ทิศทาง
2. เห็นจากดวงอาทิตย์ดาวเคราะห์เองก็กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วหลายกิโลเมตรต่อวินาที เพิ่มการเคลื่อนไหวของยานอวกาศก่อนและหลังการบินผ่าน เพราะทิศทางเปลี่ยนไป ความเร็วรวมจะสูงขึ้นมากหลังจากนั้น

ผ่าน หลัง ดาวเคราะห์ในลำดับของดาวเคราะห์เพิ่มความเร็ว ผ่าน ด้านหน้า มันจะไปได้ไกล นั่นคือวิธีที่เมสเซนเจอร์ชะลอตัว เพื่อไปถึงดาวพุธ

เข้าใจ

ในตัวอย่างนี้ ยานอวกาศเข้าใกล้ดาวพฤหัสบดีที่ v∞ = 7.5 km/s และผ่านรัศมีของดาวพฤหัสบดี5รัศมีจากศูนย์กลาง เส้นไฮเปอร์โบล์จะบิดตัวไปตามทิศทางของมัน

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

ด้วย μ_Jupiter = 1.267 × 10⁸ km³/s², e = 1.16 และการหมุนคือประมาณ 119 degrees เพิ่มความเร็วโคจรของดาวพฤหัส (13.1 กม./ วินาที):

• ก่อนหน้านี้: ประมาณ 7.6 กม/วินาที เทียบกับดวงอาทิตย์
• หลังจาก: ประมาณ 19.9 กม/วินาที เทียบกับดวงอาทิตย์

ยานอวกาศได้ความเร็ว 12 กิโลเมตรต่อวินาที โดยไม่ใช้เครื่องยนต์ Jupiter, 10²⁴ times heavier, lost the same momentum and slowed by an amount far too small ever to measure.

เจ้านาย

การเปลี่ยนแปลงที่ใหญ่ที่สุดของความเร็ว heliocentric คือ 2v∞ sin (δ/2) ที่ถึงเมื่อความเร็วสัมพันธ์เข้าและออกถูกวางไว้อย่างสมมาตรเกี่ยวกับความเร็วของดาวเคราะห์ ยิ่งใกล้กับจุดผ่าน (r_p เล็กลง) และยิ่งดาวเคราะห์มีมวลมากขึ้น δ ก็จะใหญ่ขึ้นไปเรื่อยๆ จนถึงขอบเขตที่กำหนดโดยชั้นบรรยากาศหรือรัศมีของดาวเคราะห์

แรงดึงดูดช่วยในการถ่ายโอนพลังงานวงโคจรในปัญหาสามองค์ประกอบ: ในกรอบของดาวเคราะห์ พลังงานถูกรักษาไว้; ในกรอบของดวงอาทิตย์ พลังงานของยานอวกาศเปลี่ยนไปโดย Δ = v_planet · Δv_rel นักออกแบบภารกิจเชื่อมโยงพวกเขา (คาสซินี: ดาวศุกร์, ดาวศุกร์, โลก, ดาวพฤหัส) และเพิ่ม flybys ขนาดเล็กที่มีพลังงาน ที่การเผาไหม้ที่ใกล้ที่สุดเข้าใกล้ผลกำไรจากผลกระทบของโอเบิร์ต