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A重力辅助底漆

93娱乐-首页重力的assist”概念已被证明是我们探索后院的基础。本;太阳系。这种技术甚至被至少一次用于拯救一颗地球轨道通信卫星,因为运载火箭未能将其送入预定的地球同步轨道。

一些历史

一些自动航天器已经使用了重力辅助。93娱乐-首页实现目标的技术手段在太阳的重力井里。旅行者2号于1977年8月发射升空,经过木星进行侦察,并将轨道推进到土星。旅行者1号在接下来的一个月发射了同样的东西(在旅行者2号之前到达了木星)。旅行者2号得到了土星和天王星的帮助,一路爬升到海王星和更远的地方。伽利略号在绕太阳运行到目的地木星的过程中,一次受到金星的撞击,两次受到地球的撞击。93娱乐-首页卡西尼号从金星获得了两次助推,一次来自地球,另一次来自木星,以获得足够的动力到达土星。

重力的assist”飞越技术可以通过增加或减少动量来增加或减少航天器的轨道能量。一般来说,它被用在太阳轨道上,以增加航天器的速度,推动航天器向太阳系外发射,使航天器离太阳远得多,而航天器的运载火箭则无法做到这一点。由于飞掠也会降低太空飞船的轨道动量,伽利略号宇宙飞船在引力的帮助下飞掠木星的卫星木卫一,从而降低了其相对于木星的能量。这样,93娱乐-首页就有可能减少木星轨道插入所需的火箭推进剂的质量。彗星和其他运行在太阳轨道上的天体在经过行星或月球时,它们的轨道偶尔会发生自然变化。

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两个旅行者号宇宙飞船就是一个典型的例子。他们乘坐一架泰坦- 3 /半人马飞船发射升空,目的地是土星和更远的地方。但是,他们的运载火箭只能提供足够的能量把他们送到木星(土星的一半)。如果木星没有在正确的时间出现在那里,飞船就会到达木星轨道距离附近的远日点(大约5au或7.5亿公里离太阳)。它们的近日点应该在地球的轨道距离附近(1个天文单位或1.5亿公里),它们会一直呆在那个轨道上,直到有行星或其他什么东西导致它发生变化。

但当然,他们的发射时间是有计划的,所以木星在正确的时间滑行。飞船感觉到木星的引力,开始向木星坠落。宇宙飞船的速度使它离绕太阳运行的木星很近,但还没有近到可以撞击的程度。当航海家爬升时离开木星后,它相对于木星的速度又慢了下来,最终达到了它进入木星时的速度。

它是如何工作的

从朱佩特的角度来看,这种情况类似于骑自行车的人在下山时加速进入山谷,然后在上山时又减速。

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在右边的向量图中,情况被简化为二维。在右下角,你可以看到宇宙飞船朝着木星飞行时的速度大小和方向。在左上方,93娱乐-首页你可以看到木星的加速引力在航天器的速度方向上产生了显著的变化,但在大小上没有变化。(这些代表无穷远处的速度,从木星上观测,也就是木星出现前后的变化。)在图的中间附近,长箭头表示在震级(速度)上有一个显著但暂时的增长。注意这些速度都与木星有关。

为了观察同样的现象,一个骑自行车的人,VIN展示了一个骑自行车的人接近一个下坡的峡谷。VOUT显示,骑自行车的人在随后的上坡顶部再次减速(当然,这个自行车的类比要求我们忽略空气摩擦和车辆摩擦等,这些在宇宙飞船的例子中实际上是不存在的)。的确,在经过峡谷之后,自行车的方向改变了,但最终它的速度并没有持续的改变(除非你不忽略所有的摩擦等)。

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行星自身的运动是关键。木星的引力辅助并不包括上面提到的静止的行星,而是一颗在围绕太阳旋转时具有巨大角动量的行星。在左边的图中,木星沿着太阳轨道的运动用红色的矢量表示(当然,简化了:木星沿弧线而不是直线旋转。假设太阳位于图的底部)。在与木星的相互作用中,宇宙飞船获得了相对太阳的矢量,或者说很大一部分。

你可以看到红色的向量是如何添加到VIN和VOUT的。93娱乐-首页由此得到的矢量显示了航天器相对于太阳的速度是如何受到木星的有力推动的。请注意矢量从VIN到VOUT(宇宙飞船的路径被行星引力弯曲)的旋转是如何帮助增加结果的。这种轨迹的弯曲是另一个关键。

宇宙飞船是一个物理质量,所以它有自己的引力。这就是宇宙飞船如何拖住木星,93娱乐-首页并实际上使行星的轨道动量略微减小的原因。在交换过程中,宇宙飞船从木星获得动量。与飞船已有的动量相比,这是相当可观的。

更多的类比

为了使93娱乐-首页听起来复杂的概念更容易理解,考虑一下棒球的类比。想象一个快速的球飞向击球手。棒球代表宇宙飞船。现在想象一下击球手所做的,用他/她所能聚集的所有力量挥棒。运动中的蝙蝠代表了一个像木星一样巨大的行星。球棒与球连在一起:嘭!球从球棒那里得到动量,当它飞出球场时,它以一个不同的方向以更大的速度起飞。当然,在这个类比中,球与球棒的相互作用是机械的,而不是相互的引力。(或者你可以更近距离观察球原子与球棒原子之间的排斥性电力相互作用。)结果是相似的:动量从一个有大量动量的物体中获得,然后转移到一个利用它新发现的动量的物体中。

另一个类比,如上图所示,是一列代表木星的火车,沿着轨道绕着太阳运行。螺旋桨式无檐便帽里的小孩扔了一个代表宇宙飞船的网球。它遇到火车,火车就把它的动量转移到球上。

在卡通片中注意一下速度是很有趣的。比尼小孩看到他的网球以每小时30英里的速度远离他。静止平台上的太阳也一样。驾驶火车的工程师看到球以每小时80英里的速度飞过来,因为火车相对于地面的速度是每小时50英里。火车和球以每小时80英里的速度相互作用。球从列车前部以几乎相同的每小时80英里的速度弹回来,这可以加上火车的每小时50英里的速度,因为它是从火车上获得的。结果达到了130英里每小时。这种情况类似于宇宙飞船的速度加到巨大的高速行星的速度上,93娱乐-首页然后重新弹回来。以更高的速度(尽管航天器会反弹回来)是一种引力,而不是机械的相互作用,就像棒球的类比)。

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