Što je gravitacijsko manevriranje

Letovi svemirskih vozila povezani su s ogromnim troškovima energije. Na primjer, Soyuz lansiranje vozila, koje stoji na lansirnoj ploči i spremno za lansiranje, teži 307 tona, od kojih je više od 270 tona goriva, odnosno najveći dio. S potrebom da potroše ludu količinu energije na kretanje u svemirskom prostoru, poteškoće u svladavanju daljih dometa Sunčevog sustava su u velikoj mjeri povezane.

Na našu veliku žalost, još uvijek nema tehničkog otkrića u tom smjeru. Težina goriva ostaje jedan od ključnih čimbenika u planiranju prostornih misija, a inženjeri poduzimaju svaku priliku za uštedu goriva kako bi produžili rad aparata. Jedan od načina spašavanja su gravitacijski manevri.

Kako letjeti u svemiru i što je gravitacija

Načelo pomicanja uređaja u prostoru bez zraka (okolina, odakle je nemoguće utisnuti vijkom, kotačima, ništa drugo) jednako je za sve vrste raketnih motora proizvedenih na Zemlji. Ovo je reaktivni potisak. Snaga mlaznog motora je suprotna gravitaciji. Ova bitka sa zakonima fizike osvojila su sovjetski znanstvenici 1957. godine. Prvi put u povijesti, uređaj napravljen ljudskim rukama, pribavljanjem prve brzine prostora (oko 8 km / s), postao je umjetni satelit planete Zemlje.

Da bi se uređaj u orbitu težine samo preko 80 kg, potrebna oko 170 tona (točno izvaganog kao R-7 rakete isporučuje satelita u orbiti) željeza, elektronike, pročišćen kerozin i tekući kisik.

Od svih zakona i principa svemira, gravitacija je možda jedan od glavnih. Sve pokreće od uređaja elementarnih čestica, atoma, molekula i završava kretanjem galaksija. To je također zapreka razvoju vanjskog prostora.

Ne samo gorivo

Čak i prije lansiranja prvog satelita umjetne Zemlje, znanstvenici su jasno shvatili da ne samo povećanje veličine raketa i snaga njihovih motora mogu biti ključ uspjeha. Potraga za takvim istraživanjima potaknuta je rezultatom izračuna i praktičnih testova koji su pokazali kako je skupo gorivo leti izvan zemaljske atmosfere. Prva takva odluka za sovjetske dizajnere bila je izbor gradilišta za kozmodrom.

Objasni. Da bi postao umjetni satelit Zemlje, raketa mora biti ubrzana do 8 km / s. Ali naš planet je u kontinuiranom pokretu. Svaka točka koja se nalazi na ekvatoru okreće brzinom od više od 460 metara u sekundi. Tako je raketa oslobođena bez zračnog prostora na području nulte paralelne, sama po sebi će biti besplatna gotovo pola kilometra u sekundi.

Zato je na širokim otvorenim prostorima SSSR-a bilo mjesto koje je odabrano lakše (dnevna brzina rotacije u Baikonuru je oko 280 m / s). Još ambiciozniji projekt s ciljem smanjenja utjecaja gravitacije na lansiranje vozila pojavio se 1964. godine. Postali su prvi morski kozmodrom "San Marco", okupio ih je Talijani s dvije platforme za bušenje i smještene na ekvatoru. Kasnije, ovaj princip postao je temelj međunarodnog projekta "Sea Launch", uspješno pokretanje komercijalnih satelita do danas.

Tko je bio prvi

Kako o udaljenim svemirskim misijama? Znanstvenici iz SSSR-a bili su pioniri u korištenju gravitacije kozmičkih tijela kako bi promijenili putanju leta. Kao što je poznato, na stražnjoj strani našeg prirodnog satelita prvo je fotografirao sovjetski aparat Luna-1. Bilo je važno da se nakon leta mjeseca uređaj uspio vratiti na Zemlju na takav način da je okrenut prema sjevernoj hemisferi. Uostalom, informacije (primljene fotografije) morale su se prenijeti ljudima, a postaja za praćenje, antene za radio antene smještene su na sjevernoj hemisferi.

Ni manje uspješno uspjelo je koristiti gravitacijske manevre kako bi promijenili putanju svemirske letjelice američkim znanstvenicima. Međuplanetarni automatski brod "Mariner 10" nakon leta u blizini Venere morao je smanjiti brzinu kako bi otišao do niže blizu solarne orbite i istražio Merkur. Umjesto korištenja motora za ovaj manevar, brzina vozila bila je usporena gravitacijskim poljem Venere.

Kako to radi

Prema zakonu univerzalne gravitacije, eksperimentalno otkriven i potvrdio Isaac Newton, sva tijela koja posjeduju masu privlače jedni druge. Snaga ove atrakcije lako se mjeri i izračunava. Ono ovisi kako o masama oba tijela, tako io udaljenosti između njih. Što je bliže, jači. A uz približavanje tijela međusobno, sila privlačnosti raste eksponencijalno.

Slika pokazuje kako svemirskih vozila, leti blizu velikog kozmičkog tijela (određeni planet), mijenjaju svoju putanju. I tijek kretanja uređaja na broj 1, leti najudaljeniji od masivnog objekta, mijenja prilično neznatno. Što se ne može reći o aparatu broj 6. Planetoid drastično mijenja smjer leta.

Što je gravitacijski remen. Kako to radi

Korištenje gravitacijskih manevara omogućuje ne samo promjenu smjera letjelice, već i prilagodbu brzine.

Slika prikazuje putanju svemirske letjelice koja se obično koristi za ubrzavanje. Načelo rada takvog manevra je jednostavno: na crvenom dijelu trajektorije, čini se da aparat zauzima planet koji bježi od njega. Mnogo masivniji organizam manje privlači svoju moć atrakcije, ubrzavajući ga.

Usput, na ovaj način ne samo da su svemirska vozila raspršena. Poznato je da nebeska tijela hodaju po galaksiji, a nisu vezana za zvijezde. To može biti relativno mali asteroidi (od kojih jedan, usput, sada posjećuje Sunčev sustav) i planetoide pristojne veličine. Astronomi vjeruju da je gravitacijsko mala praćka, t. E. Utjecaj veće kozmičke tijelo, emitira manje masivne objekte izvan svojih sustava, da ih osuđuju na vječno lutanje u ledenom hladnom prazan prostor.

Kako smanjiti brzinu

Ali, pomoću gravitacijskih manevara svemirskih vozila, ne samo da možete ubrzati, već i usporiti njihovo kretanje. Prikaz takvog kočenja prikazan je na slici.

Na crvenom dijelu trajektorije, atrakcija planeta, za razliku od inačice s gravitacijskim remenima, usporit će kretanje uređaja. Uostalom, vektor gravitacije i smjer leta broda su suprotni.

U kojim slučajevima se koristi? Uglavnom za izlazak iz automatskih interplanetarnih stanica u orbite proučavanih planeta, kao i za proučavanje bliskih solarnih područja. Činjenica da je kretanje sunca ili, na primjer, najbliža planeta Merkura svjetiljci bilo jedinici kada se ne primjenjuje mjere usporiti će silom se ubrzati. Naša zvijezda ima nevjerojatnu masu i veliku silu privlačnosti. Letjelica koja prebrzo dobiva neće moći ući u orbitu Merkura, najsitnijeg planeta u solarnoj obitelji. Brod će jednostavno kliziti, mrvica Merkura neće biti dovoljno privlačna. Za kočenje, motori se mogu koristiti. No putanje leta prema Suncu s gravitacijskim manevrrom, kažu Mjesec i potom Venera, umanjit će uporabu raketnog pogona. To znači da je potrebno manje goriva, a oslobođena masa može se koristiti za smještaj dodatne opreme za istraživanje.

Ući u oko igle

Ako su prvi gravitirajući manevri bili zastrašujući i neodlučni, putovi posljednjih međuplanetarnih svemirskih misija gotovo su uvijek planirani s gravitacijskim korekcijama. Stvar je u tome što su sada astrofizičari dostupni preciznijim proračunima, zahvaljujući razvoju računalne tehnologije, kao i dostupnosti točnih podataka o tijelima Sunčevog sustava, prvenstveno njihovoj masi i gustoći. I za izračun gravitacijskog manevra mora biti iznimno točan.

Dakle, postavljanje putanje dalje od planeta nego što je to nužno, ispunjeno je činjenicom da će skupe tehnike biti potpuno pogrešne u planu. I podcjenjivanje mase i sve može prijetiti sudaru broda s površinom.

Prvak manevara

To se naravno može smatrati drugom svemirskom letjelicom misije "Voyager". Pokrenut 1977. godine, uređaj sada napušta granice svog sustava zvijezda, povlačeći se u nepoznato.

Tijekom rada uređaj je posjetio Saturn, Jupiter, Uran i Neptun. Bio je privučen Suncu tijekom čitavog leta, od kojeg je brod postepeno nestao. No, zahvaljujući kompetentno izračunatim gravitacijskim manevrima, za svaku od planeta brzina se nije smanjila, ali je rasla. Za svaki planet koji se proučavao, put je izgrađen na načelu gravitacijskog remena. Bez upotrebe gravitacijske ispravke, Voyager se do sada nije mogao poslati.

Osim Voyagera, gravitacijski su manevri koristili za pokretanje takvih poznatih misijama kao Rosetta ili New Horizons. Dakle, "Rosetta", prije odlaska u potragu za kometom Churyumov-Gerasimenko, izvodila je već 4 akceleracijska gravitacijska manevriranja u blizini Zemlje i Marsa.