Википедија

Гравитациони манувар

У орбиталној механици и зракопловном инжењерству, манувар гравитационе асистенције, гравитациона праћка или пролетање је кориштење релативног кретања (на пример, у орбити око Сунца) и гравитације планете или другог астрономског објекта с циљем промене пута и брзине свемирске летелице, како би се уштедело гориво, време и финансијска средства.[1] Асистенција се може користити за убрзање свемирског брода, односно повећање или смањење брзине и/или промену путање. Асистенција се остварује кретањем гравитирајућег док вуће летјелицу.[2] Манувар се користио за интерпланетарне сонде од Маринера 10 надаље, укључујући и две сонде Војаџер, које су направиле значајне прелете поред Јупитера и Сатурна.

Анимација трајекторије Војаџера 1 од 5. септембра 1977. до 30. децембера 1981.
      Војаџер 1 ·       Земља ·       Јупитер ·       Сатурн ·       Сунце
Анимација трајекторије Војаџера 2 од 20. августа 1977. до 30. децембра 2000.
      Војаџер 2 ·       Земља ·       Јупитер ·       Сатурн ·       Уран ·       Нептун ·       Сунце

Манувар гравитационе асистенције је први пут кориштен 1959. годиен кад је Совијетска сонда Луна 3 фотографисала далеку страну Земљиног Месеца. Манувар се ослањао на истраживања спроведена под руководством Мстислава Келдиша на Стелковом математичком институту[3] којима је између осталих допринео Всеволод Александрович Егоров.[4][5]

Објашњење

уреди
 
Путање које су омогућиле НАСА-иним летелицама „Војаџер” да посете гасне дивове и да остваре довљна убрзања за излазак из Сунчевог система
Поглед са Месенџера, док користи Земљу као гравитацијску праћку како би умањио брзину, што је омогућило уметање у орбиту око Меркура.

Гравитацијска праћка око планете мења брзину свемирске летелице (у односу на Сунце) на улазу и излазу из гравитационог поља планете.[6] Брзина свемирског брода се повећава током приближавања планети и смањује се током бега из њеног гравитационог поља. Све се планете врте око Сунца. Летелица искориштава ово кретање у своју корист: како би повећала своју брзину, летелица мора ићи у смеру кретања планете (узимајући малу количину орбиталне енергије планете); како би смањила брзину, летелица се креће супротно од кретања планета. Износ кинетичке енергије оба тела остаје константан. Гравитациона праћка се може користити и за промену путање и брзине свемирске летелице око Сунца.

Слична Земаљска аналогија: тениска лоптица одбија се од предњег дела воза у покрету. Ако посматрач стоји на жељезничкој платформи, и баци лоптицу брзином од 30 km/h у смеру воза који се приближава брзином од 50 km/h машиновођа виза види лопту која се приближава брзином од 80 km/h, а затим одлази 80 km/h након што је еластично одскочила с предњег дела воза. Због кретања воза, завршна брзина лоптице је 130 km/h у односу на жељезничку платформу; лопта је додала две брзине воза на своју брзину.

 
Поједностављени пример гравитацијске праћке: брзина летелице се мења се до двоструке брзине планете

Преводећи ову аналогију у свемир, „непомичан” проматрач види како се планета креће улево брзином U, а свемирска летелица брзином v. Уколико летелица путује исправном путањом, проћи ће близо планете, брзином U + v релативно на површину планете, јер се планета креће у супротном смеру брзином U. Кад летелица напусти орбиту, има брзину U + v релативно на површину планете, али у супротном смјеру (улево). С обзиром да се планета креће брзином U, укупна брзина летелице релативно на посматрача биће једнака брзини планете плус брзини летелице релативно на површину планете. Брзина је тад U + (U + v) = 2U + v .

Овај поједностављени пример је немогуће прерадити без додатних детаља о орбити, али ако се свемирска летелица креће по параболичној путањи, она тад може напустити планету у супротном смеру без паљења властитих мотора, а резултантна брзина заиста износи 2U након што летелица напусти гравитацију планете.

Ово објашњење може привидно кршити закон очувања енергије и угаоне количине кретања, додајући брзину летелици из ничега, али у обзир се морају узети и ефекти свемирске летелице на планету, како би се добила целовита слика. Линеарна количина кретања коју летелица добије једнака је по величини количини кретања коју планета изгуби, па летелица добија брзину док планета губи брзину. Међутим, планета има огромну масу у поређењу са летелицом, што чини њену промену брзине занемаривом. Ови учинци на планету су толико безначајни, да се могу занемарити у прорачунима.[7]

Реалистични прикази у простору захтевају употребу три димензије. Примењују се исти принципи, само се брзини летелице додаје брзина планете, што захтева сабирање вектора, као што је приказано у наставку.

 
Дводимензионални дијаграм гравитацијске праћке. Стрелице показују смер у којем се брод креће пре и након сусрета с планетом. Дужина стрелице показује брзину летелице.

Због реверзибилности орбита, гравитацијска праћка се такође може користити за смањивање брзине летелице. Маринер-10 и Месенџер су извели тај манувар, како би стигли до Меркура.

Ако је потребна још већа брзина него што се може добити од гравитацијске праћке, најекономичнији начин кориштења ракетног горива је на периапсису. Мотори ракете увек дају исту промену брзине (∆v), али промена кинетичке енергије је пропорционална брзини возила у тренутку паљења. Стога, да би се добила максимална кинетичка енергија од мотора, паљење се мора догодити на периапсису, кад летелица има највећу брзину. Обертов учинак детаљније описује ову технику.[8][9][10]

Историјско порекло

уреди

У свом раду „Онима који ће читати да би градили“ („Тем, кто будет читать, чтобы строить”),[11] објављеном 1938. године, али датираном 1918–1919,[а] Јури Кондратјук је предложио да се свемирска летелица путује између две планете може убрзати на почетку и на крају своје путање коришћењем гравитације месеца две планете. Део његовог рукописа који се односи на помоћне гравитације није касније развијен и није објављен све до 1960-их.[12] У свом раду из 1925. године „Проблеми лета млазним погоном: међупланетарни летови“ ("Проблема полета при помощи реактивных аппаратов: межпланетные полеты"),[13] Фридрих Зандер је показао дубоко разумевање физике која стоји иза концепта гравитационе помоћи и њеног потенцијала за међупланетарно истраживање Сунчевог система.[12]

Италијански инжењер Гаетано Кроко први је израчунао међупланетарно путовање узимајући у обзир вишеструке асистенције гравитације.[12]

Гравитационо потпомогнут маневар први пут је покушан 1959. године када је совјетска сонда Луна 3 фотографисала даљу страну Месеца. Маневар се ослањао на истраживање спроведено под руководством Мстислава Келдиша на Келдишевом институту за примењену математику.[14][15][16]

Године 1961, Мајкл Минович, дипломирани студент УЦЛА који је радио у НАСА-иној Лабораторији за млазни погон (ЈПЛ), развио је гравитацијом потпомогнуту технику, која ће се касније користити за идеју Планетарне велике туре Гарија Фландра.[17][18]

Током лета 1964. у НАСА ЈПЛ, Герију Фландру је додељен задатак да проучава технике за истраживање спољашњих планета Сунчевог система. У овој студији открио је ретко поравнање спољашњих планета (Јупитер, Сатурн, Уран и Нептун) и осмислио Планетарну велику туру вишепланетну мисију користећи помоћ гравитације да смањи трајање мисије са четрдесет година на мање од десет.[19]

Види још

уреди

Напомене

уреди
  1. ^ Ин 1938, wхен Кондратyук субмиттед хис манусцрипт "То wхоевер wилл реад ин ордер то буилд" фор публицатион, хе датед тхе манусцрипт 1918–1919, алтхоугх ит wас аппарент тхат тхе манусцрипт хад беен ревисед ат вариоус тимес. Сее паге 49 оф НАСА Тецхницал Транслатион Ф-9285 (1 Новембер 1965).

Референце

уреди
  1. ^ „Сецтион 1: Енвиронмент, Цхаптер 4: Трајецториес”. Басицс оф Спаце Флигхт. НАСА. Приступљено 21. 7. 2018. 
  2. ^ Доодy, Даве (15. 9. 2004). „Басицс оф Спаце Флигхт Сецтион I. Тхе Енвиронмент оф Спаце”. Јпл.наса.гов. Приступљено 26. 6. 2016. 
  3. ^ Енеев, Т.; Аким, Е. „Мстислав Келдyсх. Мецханицс оф тхе спаце флигхт” (на језику: руски). Келдyсх Институте оф Апплиед Матхематицс. 
  4. ^ Егоров, Всеволод Алеxандровицх (септембар 1957). „Специфиц проблемс оф а флигхт то тхе моон”. Пхyсицс-Успекхи. 63 (9): 73—117. дои:10.3367/УФНр.0063.195709ф.0073. 
  5. ^ Раусцхенбакх, Борис V.; Овцхинников, Мицхаел Yу.; МцКенна-Лаwлор, Сусан M. П. (2003). Ессентиал Спацефлигхт Дyнамицс анд Магнетоспхерицс. Дордрецхт, Нетхерландс: Клуwер Ацадемиц. стр. 146—147. ИСБН 978-0-306-48027-0. 
  6. ^ „Гравитy ассист”. Тхе Планетарy Социетy. Приступљено 1. 1. 2017. 
  7. ^ „Слингсхот еффецт”. Дур.ац.ук. Архивирано из оригинала 09. 08. 2013. г. Приступљено 26. 6. 2016. 
  8. ^ Адамс,, Роберт Б. Георгиа А. Рицхардсон. „Усинг тхе Тwо-Бурн Есцапе Манеувер фор Фаст Трансферс ин тхе Солар Сyстем анд Беyонд” (ПДФ). НАСА. Приступљено 15. 5. 2015. 
  9. ^ Адамс, Роберт (25. 2. 2011). „Wхат Wоулд ан Интерстеллар Миссион Лоок Лике?”. Дисцоверy Неwс. Архивирано из оригинала 19. 05. 2015. г. Приступљено 15. 5. 2015. 
  10. ^ Обертх, Херманн (1970). „Wаyс то спацефлигхт”. Транслатион оф тхе Герман лангуаге оригинал "Wеге зур Раумсцхиффахрт," (1920). Тунис, Тунисиа: Агенце Тунисиенне де Публиц-Релатионс. 
  11. ^ Кондратyук'с папер ис инцлудед ин тхе боок: Мел'кумов, Т. M., ед., Пионерy Ракетноy Текхники [Пионеерс оф Роцкетрy: Селецтед Паперс] (Мосцоw, У.С.С.Р.: Институте фор тхе Хисторy оф Натурал Сциенце анд Тецхнологy, Ацадемy оф Сциенцес оф тхе УССР, 1964). Ан Енглисх транслатион оф Кондратyук'с папер wас маде бy НАСА. Сее: НАСА Тецхницал Транслатион Ф-9285, пагес 15–56 (1 Новембер 1965).
  12. ^ а б в Негри, Родолфо Батиста; Прадо, Антôнио Фернандо Бертацхини де Алме (14. 7. 2020). „А хисторицал ревиеw оф тхе тхеорy оф гравитy-ассистс ин тхе пре-спацефлигхт ера”. Јоурнал оф тхе Бразилиан Социетy оф Мецханицал Сциенцес анд Енгинееринг. 42 (8). С2ЦИД 220510617. дои:10.1007/с40430-020-02489-x  . 
  13. ^ Зандер'с 1925 папер, "Проблемс оф флигхт бy јет пропулсион: интерпланетарy флигхтс" wас транслатед бy НАСА. Сее НАСА Тецхницал Транслатион Ф-147 (1964); специфицаллy, Сецтион 7: Флигхт Ароунд а Планет'с Сателлите фор Аццелератинг ор Децелератинг Спацесхип, пагес 290–292.
  14. ^ Енеев, Т.; Аким, Е. „Мстислав Келдyсх. Мецханицс оф тхе спаце флигхт” (на језику: руски). Келдyсх Институте оф Апплиед Матхематицс. 
  15. ^ Егоров, Всеволод Алеxандровицх (септембар 1957). „Специфиц проблемс оф а флигхт то тхе моон”. Пхyсицс-Успекхи. 63 (9): 73—117. дои:10.3367/УФНр.0063.195709ф.0073. 
  16. ^ Раусцхенбакх, Борис V.; Овцхинников, Мицхаел Yу.; МцКенна-Лаwлор, Сусан M. П. (2003). Ессентиал Спацефлигхт Дyнамицс анд Магнетоспхерицс. Дордрецхт, Нетхерландс: Клуwер Ацадемиц. стр. 146—147. ИСБН 0-306-48027-1. 
  17. ^ „Тхе матхс тхат маде Воyагер поссибле”. ББЦ Неwс. 22. 10. 2012. 
  18. ^ Портрее, Давид С. Ф. „Тхе Цхалленге оф тхе Планетс, Парт Тхрее: Гравитy”. Wиред. Приступљено 5. 12. 2022. 
  19. ^ Фландро, Гарy. „Фаст Рецоннаиссанце Миссионс То Тхе Оутер Солар Сyстем Усинг Енергy Деривед Фром Тхе Гравитатионал Фиелд Оф Јупитер” (ПДФ). НАСА-ЈПЛ Цонтрацт #7-100. ГравитyАссист.цом. Приступљено 28. 10. 2011. 

Спољашње везе

уреди
 
Гравитациони манувар на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wiki.x.io/w/index.php?title=Gravitacioni_manuvar&oldid=28520809”