Определения

Гравитационная помощь: что это такое?


Гравитационная помощь — это метод, который использует притяжение планет для придания межпланетному зонду дополнительной скорости. Это также известно как эффект гравитационной рогатки. В настоящее время эта техника используется для большинства межпланетных зондов в целях экономии топлива.

Гравитация накладывает множество ограничений, затрудняющих прямолинейное путешествие с одной планеты на другую, если только у вас нет исключительного ракетного двигателя. Действительно, чтобы достичь заданной скорости, например, скорости освобождения планеты, нужно потратить топливо... на приведение в движение. Для данной полезной нагрузки необходимо иметь возможность выбрасывать газы с максимально возможными скоростями, если у вас мало топлива. На данный момент мы все еще вынуждены заставлять небольшие массы двигаться по четко определенным траекториям, когда хотим посетить планету в Солнечной системе.

К счастью, существует стратегия путешествия от одной планеты к другой при экономии топлива: гравитационная помощь. Он заключается в том, чтобы ввести зонд в сферу Хилла (по имени ее первооткрывателя, математика и астронома Джорджа Хилла), известную также как сфера Рош (по имени французского математика и астронома Эдуара Рош). Сфера гравитационного влияния небесного тела, которую не следует путать с пределом Роша, определяет область, в которой другое небесное тело стремится оставаться естественным спутником первого, несмотря на гравитационное влияние третьего тела. Таким образом, Земля имеет сферу Хилла относительно Солнца, в которой находится Луна, как и сама Луна относительно Земли и Солнца, а также других планет, таких как Юпитер и Венера.

Когда зонд входит в сферу Хилла с достаточной скоростью, чтобы не остаться там, его скорость увеличивается, как у шарика, падающего в чашу, а затем уменьшается, когда он покидает чашу. Можно подумать, что баланс равен нулю, но из-за движения планеты, имеющей сферу Хилла, становится возможным заимствовать часть орбитального импульса планеты, чтобы придать зонду дополнительный импульс, если все сделано правильно. Таким образом, перемещаясь от планеты к планете, зонд может разогнаться до значительных скоростей без использования топлива и путешествовать гораздо быстрее.

Идея использования гравитационного влияния планеты для изменения скорости космического аппарата возникла еще в 1920-х годах в работе советского учёного Юрия Кондратюка. Ему также принадлежит заслуга в организации рандеву на лунной орбите (LOR) - так называется сценарий полета, которому следовала космическая программа "Аполлон" для отправки людей на Луну. Но именно американский математик Майкл Минович в 1961 году по-настоящему осознал значение идеи гравитационной помощи со стороны планеты, а именно возможность снижения расхода топлива, необходимого для быстрого межпланетного путешествия.

НАСА впервые применило эту концепцию на практике с помощью зонда "Маринер-10", который 5 февраля 1974 года использовал Венеру и 16 марта 1974 года достиг Меркурия. Данный полет стал первым межпланетным полетом с использованием гравитационной помощи, однако эта техника уже применялась при полете российского зонда "Луна-3" в 1959 году. Меркурий был вновь посещен только через 33 года, зондом Messenger 14 января 2008 года.

Зонды Mariner 11 и 12 не увидели свет из-за сокращения бюджета. Вместо того чтобы продолжать исследовать внутреннюю часть Солнечной системы, НАСА использовало уже начатую работу для гораздо более амбициозного проекта. Так родились зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2», а также проект «Большого путешествия» по Солнечной системе к внешним планетам. Именно инженер Гэри Фландро понял в 1964 году, что работа Миновича, его коллеги по НАСА, позволила предусмотреть этот Гранд-тур менее чем за десять лет, что казалось невозможным с учетом технологий того времени.

С тех пор гравитационная помощь планеты использовалась другими миссиями, например, зондом Кассини-Гюйгенс, который несколько раз использовал ее, чтобы достичь Сатурна. Сначала он изменил свою скорость, дважды пройдя мимо Венеры, затем мимо Земли и, наконец, мимо Юпитера. Другие примеры — зонды Rosetta и New Horizon.

Подписывайтесь на нас
Back to top button