Swing By - кутия за боклук Astro
Публикувано от Дениз. Публикувано в Космоса
Маневра за люлеене (понякога се прави и с Прелитане, Прашка или Подпомагане на гравитацията използва гравитационната сила на планетите за ускоряване или забавяне на космическите сонди. Докато лек космически кораб лети близо до сравнително тежко небесно тяло, той абсорбира малко енергия от него. Както скоростта, така и посоката на полета могат да се променят.
За да спестят гориво и по този начин разходи, умни планиращи мисии оставят космическите си сонди да пътуват по сложни орбити в космоса. Те не изпращат сондите директно до местоназначението си, а по-скоро ги оставят да летят близо до различни планети, за да получат достатъчно инерция за дългото пътуване.
Маневрата за люлеене често се използва успешно при космически пътувания.
Пътуване до външната слънчева система
Ако преминава от Земята във външната слънчева система, космическите сонди трябва да се ускорят, за да могат да изминат дългите разстояния за възможно най-кратко време.
Космическата сонда „Галилей“ не лети директно до Юпитер, а следва сложна орбита на веригата. Тя премина няколко пъти земята и набра скорост с размах.
Всеки път Галилей ставаше малко по-бърз. По този начин разходът на гориво може да се поддържа нисък, тъй като сондата получава енергията, необходима за полета от Земята и Венера. Използвала е планетата като бензиностанция, така да се каже. Повече за мисията на сондата „Галилео“ към Юпитер можете да намерите на страницата „Мисии на Юпитер“.
Пътувайте до вътрешността на Слънчевата система
Ако попадне във вътрешността на Слънчевата система, както се вижда от земята, космическите сонди трябва да се забавят, в противен случай привличането на слънцето ги прави по-бързи и по-бързи. Не трябва да се изминават твърде големи разстояния, така че да не се изискват високи скорости.
Но когато сондата е в целевия обект, тя трябва да остане там и да не приближава покрай нея, така че е необходимо спиране. Спирането също изразходва гориво, което може да бъде спестено чрез използване на маневра за завъртане за спиране.
Тук имаме за пример траекторията на сондата Mercury Messenger. За да не пропусне целта си, Messenger използва планетите Земя и Венера и дори Меркурий, за да забави скоростта. Пратеникът преминава два пъти Венера и три пъти Меркурий, за да се отърве от кинетичната енергия и да я забави.
По този начин възниква тази странна траектория, която кара пратеници като котки да се промъкнат из храста. Но основното е, че в крайна сметка достига целта си! Messenger стартира през 2004 г. и пристигна в Merkur през 2011 г.
Ако малко тяло се доближи до много по-голямо и тежко, то се влияе от неговата гравитация. Това се отнася както за космически кораби, така и за малки тела като астероиди, метеорити, комети и дори по-малки камъни, включително прахови частици.
В зависимост от вашата собствена траектория на полета могат да се случат различни неща:
Катастрофата
Ако малко небесно тяло, което се движи през нашата Слънчева система, се доближи твърде близо до една от планетите, то попада в гравитационния му диапазон. Това може да доведе до това тя да бъде привлечена към планетата (или слънцето) и да напусне първоначалната си орбита.
Ако той се приближи твърде много до големия противник, може да се случи, че малкият (астероид или комета) вече не може да се измъкне и да се сблъска с големия.
Подобно събитие може да се чуе на живо Комета обущар-Леви да се гледа. Кометата е попаднала под влиянието на гравитацията от Юпитер и е била разбита на много малки парченца от гравитационните си сили, които след това са потънали в атмосферата на газовия гигант и са изгорели.
За първи път нещо подобно се наблюдава и получава голямо внимание по целия свят. Например, ако погледнете повърхността на Луната и забележите многобройните кратери, подобни катастрофи изглеждат доста често срещани.
Ускорението
Голяма планета може да действа като прашка върху малко тяло, което минава близо до нея. Влияе му по такъв начин, че да промени траекторията си и да му даде малко от своя импулс. Това снабдяване с енергия има голямо въздействие върху малкото тяло, тъй като то значително увеличава скоростта си.
Юпитер е най-голямата от планетите и също има най-голямото гравитационно поле. Това се простира далеч в космоса и дори засяга малко далечния Сатурн. Юпитер е най-голямата прашка, която имаме.
Много обекти, които пробиват през космоса и евентуално удрят земята, се отклоняват от Юпитер и се изхвърлят отново във външните райони на Слънчевата система.
Ако Юпитер не съществуваше, много големи парчета от космоса щяха да намерят пътя си към Земята и да причинят огромни щети на повърхността му.
Забавянето
Както нещо може да се ускори, така и намаляването на енергията и скоростта. По принцип това е един и същ процес:
Малко тяло се доближава до тяло, което е много голямо в сравнение с него, попада в неговото гравитационно поле и изпитва както промяна в посоката, така и промяна в скоростта. Само този път кинетичната енергия се прехвърля от малкото към голямото.
Тайната зад това е свързана с посоката на движение на планетата. Всяка планета се движи около слънцето, така че не спира и изчаква космическата сонда.
Сега зависи от това дали от гледна точка на космическата сонда или друго малко тяло планетата се движи към нея или се отдалечава от нея. В първия случай сондата се ускорява, във втория случай се забавя.
Можете да си го представите по-добре, ако мислите за спорта тенис: топката лети. Ако преместя тенис ракетата към нея и я ударя, топката получава повече енергия и става по-бърза, сменя посоката си и лети обратно към другото игрално поле.
Топката лети. Ако преместя тенис ракетата леко назад и топката отскочи от нея, тя губи част от своята кинетична енергия и става по-бавна. Той променя посоката си на полет и в такъв случай обикновено пада на земята (тук отново играе роля гравитационната сила, която сега игнорираме).
Люлеене в орбита
Възможно е също малко тяло да бъде заловено от по-голямо. Траекторията на малкия се променя по такъв начин, че отсега нататък той обикаля големия и не може да се измъкне от него. Вероятно по този начин големите газови планети са събрали многобройните си луни.
След като космическите сонди достигнат целта си, те също се въртят в орбита около тази планета или астероид. По този начин те остават по-дълго, за да правят наблюдения и също могат да изследват планетата от всички страни.
Какво ще се случи с малък астероид или комета, когато се приближи твърде близо до голяма планета, зависи от много фактори и съвпадения:
- Колко близо се доближава до него?
- Как се движат и двамата един към друг?
- Каква скорост достига там?
- Под какъв ъгъл се приближава до планетата?
Разбира се, когато космическа сонда се изпрати да се люлее от планета, нищо не е оставено на случайността. Траекторията, необходима за желания ефект, се изчислява и планира много предварително и след това трябва да се спазва точно. Междувременно са използвани и четирите варианта на подхода на космическа сонда към планета:
- Ускоряването на мисиите във външните райони на Слънчевата система (като примери Вояджър, Галилей, Касини .)
- Забавянето при пътуване до Меркурий (напр. Mariner 10 и Messenger)
- Залюляване в орбита (с Галилей около Юпитер, Касини около Сатурн .)
- Целевата катастрофа на сонда след края на мисията (като пример Галилей на Юпитер и SMART на Луната)
Първата маневра на завой е извършена от Аполо 13 през 1970 г., но по-скоро неволно. Космическият кораб беше управляван от 3 астронавти, които щяха да летят до Луната. По пътя избухна кислороден резервоар, така че тримата трябваше да се върнат на Земята възможно най-бързо, преди да останат без въздух, за да дишат. Вместо да кацнат на Луната (както първоначално беше планирано), те я обиколиха и използваха нейната гравитация, за да ускорят своя космически кораб към Земята. За щастие те се върнаха у дома живи навреме.
Mariner 10 използва гравитацията на Венера, за да се забави през 1973 г. Тя отлетя до Меркурий във вътрешността на Слънчевата система. Винаги съществува проблемът, че гравитационното привличане на слънцето е толкова силно, че космическите сонди се ускоряват сякаш сами по себе си. Следователно трябва да спирате по пътя, за да може да се приближи до дестинация като Меркурий.
В обратната посока Вояджър 1 и 2 са използвали гигантските планети Юпитер и Сатурн като „стъпала“, за да продължат пътуването си до външното течение на Слънчевата система. Voyager 2 ускори на Юпитер и Сатурн, използвайки метода на люлеенето и успя да достигне Нептун в рамките на 12 години. Без допълнителен импулс пътуването щеше да отнеме два пъти повече време!
Днес маневри за люлеене се използват в почти всички космически мисии.