Контакты Карта сайта
 
Hypernova.ru
Новости
Мир вокруг нас
Практикум
Наблюдаем сами
Звездный маршрут
Небесный календарь
Астро-фотография
Справочная страница

1

Гравитационный маневр для космических аппаратов

Дата: Сентябрь 2000

Трудно представить, сколько топлива сэкономили космическим аппаратам гравитационные маневры. Они помогают достичь окрестностей планет-гигантов и даже выйти навсегда за пределы Солнечной системы. Даже для исследования относительно близких к нам комет и астероидов можно рассчитать наиболее экономичную траекторию с применением гравитационных маневров. Когда же возникла идея "космической пращи"? И когда она была впервые осуществлена?

Схема гравитационного маневра
Схема гравитационного маневра
 
Гравитационный маневр как природное явление впервые был обнаружен астрономами прошлого, которые поняли, что значительные изменения орбит комет, их периода (а, следовательно, и их орбитальной скорости) происходят под гравитационным влиянием планет. Так, после перехода короткопериодических комет из пояса Койпера во внутреннюю часть Солнечной системы значительное преобразование их орбит происходит именно под гравитационным влиянием массивных планет, при обмене с ними угловым моментом, без каких-либо энергетических затрат.

Саму идею использовать гравитационные маневры для достижения цели космического полета разработал Майкл Минович в 60-х годах, когда, будучи студентом, он проходил практику в Лаборатории реактивного движения NASA. Впервые идея гравитационного маневра была реализована в траектории полета автоматической межпланетной станции "Ма-ринер-10", когда для достижения Меркурия было использовано гравитационное поле Венеры.

В "чистом" гравитационном маневре правило равенства модуля скоростей до и после сближения с небесным телом сохраняется неукоснительно. Выигрыш становится очевидным, если от планетоцентрических координат перейти к гелиоцентрическим. Это хорошо видно на приведенной здесь схеме, адаптированной из книги В. И. Левантовского "Механика космического полета". Слева показана траектория аппарата, как ее видит наблюдатель на планете Р. Скорость vвх на "местной бесконечности" по модулю равна vвых. Все, что заметит наблюдатель, это изменение направления движения аппарата. Однако наблюдатель, находящийся в гелиоцентрических координатах, увидит значительное изменение скорости аппарата. Поскольку сохраняется только модуль скорости аппарата относительно планеты, а он сравним с модулем орбитальной скорости самой планеты, результирующая векторная сумма скоростей может стать как большей, так и меньшей скорости аппарата перед сближением. Справа показана векторная диаграмма такого обмена угловыми моментами. Через vвх и vвых обозначены равные скорости входа и выхода аппарата относительно планеты, а через Vсбл, Vудал и Vпл — скорости сближения и удаления аппарата и орбитальная скорость планеты в гелиоцентрических координатах. Приращение ΔV — этот тот импульс скорости, который планета сообщила аппарату. Конечно тот момент, который передает планете сам аппарат, пренебрежимо мал.


Таким образом, соответствующим выбором трассы сближения можно не только изменить направление, но и значительно увеличить скорость аппарата без всяких затрат его энергоисточников.

На этой схеме не показано, что вначале скорость резко возрастает, а затем падает до конечной величины. Баллистиков это обычно не заботит, они воспринимают обмен угловыми моментами как "гравитационный удар" со стороны планеты, длительность которого пренебрежимо мала по сравнению с полной длительностью полета.

Критическими в гравитационном маневре оказываются масса планеты М, прицельная дальность d и скорость vвх. Интересно, что приращение скорости ΔV оказывается максимальным, когда vвх равно круговой скорости у поверхности планеты.

Таким образом, наиболее выгодны маневры у планет-гигантов, причем они заметно сокращают длительность полета. Используются также маневры у Земли и Венеры, но это значительно увеличивает длительность космического путешествия.

Схема маршрута Маринер-10
Схема маршрута Маринер-10
 
После успеха экспедиции "Маринера-10" гравитационные маневры применялись во многих космических экспедициях. Например, исключительно успешной была миссия аппаратов "Вояджер", с помощью которых были проведены исследования планет-гигантов и их спутников. Аппараты были запущены в США осенью 1977 года и достигли первой цели миссии, планеты Юпитер, в 1979 году. После выполнения исследовательской программы у Юпитера и исследований его спутников аппараты совершили гравитационный маневр (с использованием поля тяготения Юпитера), что позволило направить их по несколько различающимся траекториям к Сатурну, которого они достигли в 1980 и 1981 годах соответственно. Далее "Вояджер-1" выполнил сложный маневр, чтобы пройти на расстоянии всего лишь 5000 км от спутника Сатурна Титан, а затем оказался на траектории ухода из Солнечной системы.

Схема маршрута Вояджер
Схема маршрута Вояджер
 
"Вояджер-2" также проделал еще один гравитационный маневр и, несмотря на некоторые возникшие технические проблемы, был направлен к седьмой планете, Урану, встреча с которым состоялась в начале 1986 года. После сближения с Ураном в его поле был выполнен еще один гравитационный маневр, и "Вояджер-2" направился к Нептуну. Здесь гравитационный маневр позволил аппарату достаточно тесно сблизиться со спутником Нептуна Тритоном.

В 1986 году гравитационный маневр у Венеры дал возможность советским космическим аппаратам "ВЕГА-1" и "ВЕГА-2" встретиться с кометой Галлея.


Схема маршрута Кассини
Схема маршрута Кассини
 
В самом конце 1995 года Юпитера достиг новый аппарат, "Галилео", трасса полета которого была выбрана как цепь гравитационных маневров в полях тяготения Земли и Венеры. Это позволило аппарату за 6 лет дважды посетить пояс астероидов и сблизиться с довольно крупными телами Гаспрой и Идой, да еще дважды вернуться к Земле. После запуска в США осенью 1989 г. аппарат был направлен к Венере, с которой сблизился в феврале 1990 г., а затем в декабре 1990 г. вернулся к Земле. Снова был выполнен гравитационный маневр, и аппарат ушел к внутренней части пояса астероидов. Чтобы достичь Юпитера, в декабре 1992 г. "Галилео" снова вернулся к Земле и, наконец, лег на курс полета к Юпитеру.

Около каждой планеты-гиганта скорость аппарата Вояджер-2 получала приращение
Около каждой планеты-гиганта скорость аппарата Вояджер-2 получала приращение
 
В октябре 1997 года, также в США, к Сатурну был запущен аппарат "Кассини". Программа его полета предусматривает 4 гравитационных маневра: два у Венеры и по одному у Земли и у Юпитера. После первого маневра в сближении с Венерой (в апреле 1998 г.) аппарат ушел к орбите Марса и снова (без участия Марса) возвратился к Венере. Второй маневр у Венеры (июнь 1999 г.) возвратил "Кассини" к Земле, где также был выполнен гравитационный маневр (август 1999 г.). Так аппарат набрал достаточную скорость для быстрого полета к Юпитеру, где в конце декабря 2000 г. будет выполнен его последний маневр на пути к Сатурну. Цели аппарат должен достичь в июле 2004 года.

Л. В.Ксанфомалити, доктор физ.-мат. наук, заведующий лабораторией Института космических исследований.


Возможны ли космические межзвездные путешествия?
Наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца
Один из величайших астрономов Фридрих Гершель
Великий Аттрактор — скопление галактик АСО 3627
Голубые беглецы в шаровых скоплениях
Созвездие Северная Корона
Декада космических открытий телескопа Хаббл
Солнечный телескоп имени МакМаса и Пирса
Джон Добсон — изобретатель монтировки для телескопа
Экскурсия по Луне: Море Облаков
Cостояние транспортно-космической системы Энергия-Буран
История иркутского телескопа рефрактора фирмы Карл Цейсс
День астрономии 2000 в Архангельске, Москве и Мурманске
День астрономии 2000 в Екатеринбурге, Таганроге и Туапсе
Ссылки на эту статью:
TEXT: HTML: BB Code:

Ваши комментарии

(1)
Фвфыв
27 December 2018
03:52
Все эти палетики пиндосов, все эти хравитационные маневры, это наглая брехня, ничего ни куда они не запускали, у них с земли ни хрена нормально не взлетает, восемь лет мы этих дебилов возим на орбиту, Не было никахих _уёеджиров, никаких Марсов, проснитесь наконец. эти обезьяны летали на фашистских ракетах и советских двигателях,
ответить цитировать

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ




Сколько будет 25 + 35 =

       
Если вы введете ваш email вы будете получать уведомления о новых комментариях



Похожие статьи


Проясняется происхождение космических лучей
Почтовые марки космических тел
Декада космических открытий телескопа Хаббл
Несколько коротких космических новостей
Несколько коротких космических новостей Июль 2000
Задачи второго и третьего аппаратов «Дип Спейс»
Существуют ли проекты космических миссий к Плутону?

Hypernova.ru © 2013-2015 Контакты Карта сайта
Новости
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Мир вокруг нас
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Практикум
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Наблюдаем сами
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Звездный маршрут
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Небесный календарь
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Астро-фотография
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Справочная страница
1995
1996
1998
1999
2000
Наверх