Swing-by - фізична школа

Генеалогічне дерево Чумацького Шляху

Повністю інтегрований контроль наноалмазів

Трохи ближче до сонця

Відстані від зірок

Що змушує зірки світити

Вулиця з одностороннім рухом для електронів

У новому підрахуванні знайдені сотні примірників "Ньюсона" (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica)

Наша Сонячна система сформувалася менш ніж за 200 000 років

Здоровий для Марса

Поворот

Англійський термін Поворот - також Рогатка, гравітаційна допомога (GA), Гравітаційна диверсія, гравітаційні маневри або Махнути повз маневри називається - відноситься до методу космічного подорожі, коли відносно легкий космічний корабель (наприклад, космічний зонд) летить близько до значно більшого тіла (наприклад, планети). У цьому варіанті обльоту змінюється напрямок польоту зонда, і його швидкість також може бути збільшена або зменшена. Орбіта планети не помітно змінена через її значно більшу масу. Поворотний маневр також може поєднуватися із запалюванням двигуна. При дуже близьких проїздах за певних обставин можна досягти значно вищої ефективності використання палива (див. Ефект Оберта).

Ефект коливання також виникає, коли легша планета або астероїд проходить важчу планету у своєму гравітаційному полі. Однак, якщо маса легшої планети не буде незначно малою порівняно з важчою, важча планета також помітно змінить свою орбіту. [1] [2]

принцип

Коли зонд пролітає через гравітаційне поле планети, він відхиляється своїм гравітаційним потягом і відчуває зміну швидкості в системі відліку, яка використовується для опису руху планет. Залежно від того, перетинає зонд свою орбіту перед або поза планетою, його швидкість зменшується або збільшується в цій системі відліку.

З точки зору планети, зонд не прискорюється і не пригальмовується, а лише відхиляється. Але планета рухається і навколо Сонця. Тому швидкість зонда була змінена з точки зору сонця.

Помилки у спрощеному поданні

Застосовуються закони збереження енергії та імпульсу. Оскільки кінетичної енергії немає, але планета передає невелику частину своєї кінетичної енергії зонду (або навпаки), орбіта планети також змінюється, але лише непомітно, оскільки планета має набагато більшу масу, ніж зонд.

Гравітаційне поле планети також поширюється нескінченно далеко і тому ніколи не може залишатися. Однак із збільшенням відстані до планети його гравітаційне тяжіння стає настільки слабким, що в якийсь момент гравітаційне тяжіння Сонця стає більш важливим, і зонд знаходиться на орбіті навколо Сонця.

Впливами інших тіл та релятивістськими ефектами також нехтували заради простоти.

Порівняння з процесами впливу

Для спрощення справи для ілюстрації можна також використовувати пружний удар двох тіл. [3] Порівняння з практичними процесами удару двох тіл можливо, однак, якщо припустити відсутність тертя в них та маневр повороту, а розгляд обмежується величинами та напрямками швидкостей безпосередньо до і після процесу. При поворотах позиції порівняння також повинні знаходитися на однаковій відстані від планети в системі відліку.

Без цього зменшення z. Наприклад, у настільному тенісі тертя з ракеткою та з повітрям (ефект Магнуса) також відіграють важливу роль. Навіть при поворотах, для цього порівняння слід уникати маневрів гальмування або штовхання. У повороті кут між заходом і зльотом визначається швидкістю та наближенням, тоді як у настільному тенісі він визначається кутом атаки ракетки. Форми безперервної доріжки, що обертаються з двома тілами, відповідають законам Кеплера, тоді як у настільному тенісі вони дотримуються балістики.

Ефекти

В основному, виникають такі ефекти:

Зміна швидкості, напр. Б. для цілей, розташованих ближче до Сонця, ніж Венера, або більш віддалених цілей, ніж Марс
Зміна напрямку польоту в межах орбіти екліптики для огляду нових цілей
Зміна площини орбіти, d. H. Залишаючи екліптику

Таким чином, поворотні маневри можуть допомогти заощадити паливо на міжпланетних рейсах, а отже, також зменшити витрати. Час у дорозі може скорочуватися за рахунок набраної швидкості, але він також може збільшуватися в результаті об'їзду. На цільовій планеті швидкість подорожі може бути зменшена при повороті на супутника (Місяць), щоб вивести зонд на орбіту.

Планування маршруту

Оскільки насправді існує принаймні проблема з трьома тілами (наприклад, зонд, планета та Сонце), зміни орбіти неможливо обчислити аналітично, а лише чисельно точніше. Оскільки кут польоту і швидкість залежать один від одного після проходження, приціл для відстані та положення наступного цільового об'єкта обмежений. Якщо вказано декілька цілей та/або обмежено певним шляхом та швидкістю наближення до цілі, створюється система рівнянь, яка чисельно перевіряється на рішення. Рішення (траєкторії) здебільшого призводять лише до вузьких часових вікон часу в порядку днів або тижнів, які для тих самих цілей місії можуть бути з різницею в роки або багато десятиліть. Швидкість запуску із землі і, отже, вартість ракет, а також тривалість місії також є специфікацією або результатами розрахунків.

історія

Важливість маневрних маневрів для космічних подорожей був виявлений Майклом Міновичем у 1961 р. І вивчався в лабораторії реактивного руху. Перший маневр розмахом був здійснений в 1970 році під час місії "Аполлон-13". Після вибуху кисневого бака екіпаж зміг врятуватись на землю за допомогою маневру, що здійснювався навколо Місяця. У лютому 1974 року Mariner 10 був першим космічним кораблем, який здійснив маневр на іншій планеті, і, пролетівши повз Венеру, він був уповільнений настільки, щоб досягти планети Меркурій. Це дозволило запустити космічний зонд з більш дешевого Кентавра Атлас (порівняно з Титаном IIIC) та відвідати Венеру. [5] Сьогодні цю технологію використовують майже всі міжпланетні космічні зонди, для яких кінцевим пунктом призначення не є Марс або Венера.

Приклади

Зонди "Вояджер" використовували всі ефекти цілеспрямовано в декількох маневрах, що обертаються, для дослідження зовнішніх планет. Таким чином вони економили паливо на старті і скорочували час місії завдяки ефекту прискорення, що починався на Юпітері. Змінюючи напрямок польоту, вони прямували до однієї зовнішньої планети за іншою (Гранд Тур). З обертом на Сатурні зонди досягли третьої космічної швидкості. Без швидкого проходження, Вояджеру-2 знадобилося б удвічі довше, щоб дістатися до Нептуна. Зміна площини орбіти наблизила Вояджер-1 до місяця Сатурна Титан. Однак після відхилення від екліптики не було іншого небесного тіла, яке повернулося б назад, маневром.

У місячних місіях використовувались маневри, що обертаються, щоб облетіти Місяць у петлю. [6]

Люльки часто не використовують для скорочення часу в дорозі, а скоріше для запуску космічних зондів з ракетами-носіями, які занадто слабкі, щоб летіти безпосередньо до цілі. Для того, щоб у будь-якому випадку досягти мети, космічний зонд тоді повинен виконати один або кілька обходів, щоб досягти необхідної швидкості. Це робить час польоту значно довшим, ніж при прямому польоті. Основною причиною такого підходу є те, що більша пускова установка була б дорожчою, ніж довший час місії. Лише інколи, наприклад В. у Кассіні-Гюйгенса зонд настільки важкий, що навіть найбільшої пускової установки недостатньо для прямого польоту.

Зокрема, з другою причиною є великі об’їзні шляхи. Наприклад, зонд Кассіні-Гюйгенса на шляху до Сатурна був доведений до необхідної швидкості, спочатку двічі Венерою, а потім Землею.

Повороти рідко використовуються для зміни нахилу настільки, як із сонячним зондом Улісса, щоб залишити площину екліптики.

Сонячний зонд, який не був реалізований, мав бути виведений на полярну сонячну орбіту поворотом біля Юпітера, перигелій якого знаходився лише на три сонячні радіуси над сонячною поверхнею і афелій якого був би на рівні орбіти Юпітера. [7] Це не тільки сильно змінило б схильність, як Улісс, але й було б надзвичайно уповільненим.

Також для місії Розетта були заплановані поворотні маневри. Через збій спочатку розрахованого вікна часу старту для комети 46П/Віртанен через проблеми з ракетою, довелося знайти новий маршрут, що потім призвело до підходу до комети Чурюмов-Герасименко через кілька маневрів на Землі та Марсі.

Повороти в анімації

Червона крива в нижній частині зображення показує швидкість космічного зонда з часом.