Swing-by - училище по физика

Родословно дърво на Млечния път

Напълно интегриран контрол на нанодиамантите

Малко по-близо до слънцето

Разстояния от звезди

Какво кара звездите да блестят

Еднопосочна улица за електрони

Стотици копия на Newton's Philosophiae Naturalis Principia Mathematica намерени при ново преброяване

Слънчевата ни система се формира за по-малко от 200 000 години

Здравословно за Марс

Люлка

Английският термин Люлка - също Прашка, гравитационен асистент (GA), Гравитационно отклоняване, гравитационна маневра или Завъртете минали маневри наречен - се отнася до метод за космическо пътуване, при който относително лек космически кораб (като космическа сонда) лети близо до много по-голямо тяло (като планета). При този вариант на прелитане посоката на полета на сондата се променя и скоростта й също може да бъде увеличена или намалена. Орбитата на планетата не се променя забележимо поради значително по-голямата си маса. Маневра за люлеене може да се комбинира и със запалване на двигателя. В случай на много близко прелитане при определени обстоятелства може да се постигне значително по-висока горивна ефективност (вж. Oberth Effect).

Ефектът на люлеене се появява и когато по-лека планета или астероид преминава по-тежка планета в гравитационното си поле. Ако обаче масата на по-леката планета не е пренебрежимо малка в сравнение с по-тежката, по-тежката планета също ще промени видимо своята слънчева орбита. [12]

принцип

Ако сонда лети през гравитационното поле на планетата, тя се отклонява от гравитационното си привличане и изпитва промяна в скоростта в референтната рамка, която се използва за описание на планетарното движение. В зависимост от това дали сондата пресича своята орбита пред или зад планетата, нейната скорост намалява или се увеличава в тази референтна рамка.

От гледна точка на планетата, сондата не се ускорява или забавя, а само се отклонява. Но планетата се движи и около слънцето. Следователно скоростта на сондата е променена от гледна точка на слънцето.

Грешки в опростеното представяне

Прилагат се законите за запазване на енергията и инерцията. Тъй като няма кинетична енергия, но планетата прехвърля малка част от своята кинетична енергия към сондата (или обратно), орбитата на планетата също се променя, но само неусетно, защото планетата има много по-голяма маса от сондата.

Гравитационното поле на планетата също се простира безкрайно и поради това никога не може да бъде оставено. С увеличаване на разстоянието до планетата обаче нейното гравитационно привличане става толкова слабо, че в някакъв момент гравитационното привличане на слънцето става по-важно и сондата е в орбита около слънцето.

Влиянията на други тела и релативистките ефекти също бяха пренебрегнати с цел простота.

Сравнение с въздействащите процеси

За да се опростят нещата, еластичното въздействие на две тела също може да се използва за илюстрация. [3] Въпреки това, сравнението с практическите процеси на въздействие на две тела е възможно само ако човек приеме свобода от триене в тях и маневра на завъртане и разглеждането е ограничено до количествата и посоките на скоростите непосредствено преди и след процеса. При люлеене позициите за сравнение също трябва да са на същото разстояние от планетата в нейната референтна система.

Без това намаление z. В тениса на маса например триенето с ракетата и с въздуха (ефект на Магнус) също играе основна роля. Дори и при махови движения при спиране, за това сравнение трябва да се избягват спирачни или бутащи маневри. При завой, ъгълът между подхода и излитането се определя от скоростта и приближаването, докато при тениса на маса той се определя от ъгъла на атака на ракетата. Непрекъснатите форми на пистата в завой с две тела следват законите на Кеплер, докато в тениса на маса те следват балистиката.

Ефекти

По принцип се получават следните ефекти:

Промяна в скоростта, напр. Б. за цели, по-близки до Слънцето от Венера или по-отдалечени цели от Марс
Промяна на посоката на полета в орбиталната равнина на еклиптиката, за да се видят нови цели
Промяна на равнината на орбитата, d. H. Оставяйки еклиптиката

По този начин маневрените движения могат да спестят гориво при междупланетни полети и следователно да намалят разходите. Времето за пътуване може да бъде съкратено с набраната скорост, но може да се увеличи и в резултат на отклонения. На целевата планета скоростта на пътуване може да бъде намалена с люлеене на спътник (луна), за да изведе сондата в орбита.

Планиране на маршрута

Тъй като в действителност има поне проблем с три тела (например сонда, планета и слънце), промените в орбитата не могат да бъдат изчислени аналитично, а само числено по-точно. Тъй като ъгълът на полета и скоростта зависят един от друг след преминаването, обхватът на разстоянието и позицията на следващия целеви обект е ограничен. Ако са посочени няколко цели и/или ограничени до определен път на заход и скорост на целта, се създава система от уравнения, която се проверява числено за решения. Решенията (траекториите) водят най-вече до само тесни начални часови прозорци от порядъка на дни или седмици, които за едни и същи цели на мисията могат да бъдат с години или много десетилетия. Скоростта на изстрелване от земята и по този начин цената на ракетите, както и продължителността на мисията също са спецификации или резултати от изчисленията.

история

Значението на маневрите с бърз ход за космическото пътуване е открито от Майкъл Минович през 1961 г. и е изучавано в лабораторията за реактивно задвижване. Първата маневра на завой е извършена през 1970 г. по време на мисията Аполо 13. След експлозията на кислороден резервоар, екипажът успя да се спаси обратно на земята чрез маневра с люлеене около Луната. През февруари 1974 г. Маринър 10 е първият космически кораб, който се люлее по маневра на друга планета и с прелитането покрай Венера е забавен достатъчно, за да достигне планетата Меркурий. Това даде възможност на космическата сонда да бъде стартирана с по-евтин Атлас Кентавър (в сравнение с Титан IIIC) и също да посети Венера. [5] Днес почти всички междупланетни космически сонди, които нямат Марс или Венера като крайна дестинация, използват тази технология.

Примери

Сондите "Вояджър" използваха всички ефекти целенасочено в няколко маневри за размах, за да изследват външните планети. Така те спестиха гориво в началото или съкратиха времето на мисията чрез ефекта на ускорение, започвайки от Юпитер. Сменяйки посоката на полета, те се насочили към една външна планета след друга (Grand Tour). С люлеенето на Сатурн сондите достигнаха третата космическа скорост. Без да се люлее, на Вояджър 2 щеше да му отнеме повече от два пъти по-дълго, за да стигне до Нептун. Промяната в равнината на орбитата доближи Вояджър 1 до луната на Сатурн Титан. С отклонението от еклиптиката обаче не е имало друго небесно тяло, което да се върне обратно с маневра с люлеене.

При лунните мисии се използваха маневри за люлеене, за да се лети около Луната в цикъл. [6]

Люлеенето често не се използва за съкращаване на времето за пътуване, а по-скоро за изстрелване на космически сонди с ракети-носители, които са твърде слаби, за да летят директно към целта. За да достигне целта така или иначе, космическата сонда след това трябва да извърши едно или повече завъртания, за да достигне необходимата скорост. Това прави времето за полет значително по-дълго, отколкото при директен полет. Най-вече причината за този подход е, че по-голям стартер би бил по-скъп от по-дългото време за мисия. Само понякога, като Б. при Касини-Хюйгенс сондата е толкова тежка, че дори най-големият стартер не е достатъчен за директен полет.

По-конкретно с втората причина възникват големи отклонения. Например сондата Касини-Хюйгенс по пътя си към Сатурн е била доведена до необходимата скорост, първо два пъти от Венера и след това веднъж от Земята.

Люлеенията рядко се използват за промяна на наклона толкова, колкото при слънчевата сонда Ulysses, за да напуснат равнината на еклиптиката.

Слънчевата сонда, която не беше реализирана, трябваше да бъде въведена в полярна слънчева орбита чрез люлеене в Юпитер, чийто перихелий беше само на три слънчеви радиуса над слънчевата повърхност и чий афелион би бил на нивото на орбитата на Юпитер. [7] Това не само би променило значително наклонността като Одисей, но и би било изключително забавено.

Планиращи маневри бяха предвидени и за мисията Rosetta. Поради провала на първоначално изчисления прозорец за стартово време за комета 46P/Wirtanen поради проблеми с ракетата, трябваше да бъде намерен нов маршрут, който след това доведе до приближаване до кометата Чурюмов-Герасименко чрез няколко махови маха на Земята и Марс.

Премествания в анимацията

Червената крива в долната част на картината показва скоростта на космическата сонда във времето.