Ce este manevra gravitației

Zborurile vehiculelor spațiale sunt asociate cu o cheltuială enormă de energie. De exemplu, racheta purtătoare „Soyuz“, în picioare pe rampa de lansare și gata pentru a rula, are o greutate de 307 de tone, din care mai mult de 270 de tone de combustibil, adică, partea leului. Cu nevoia de a petrece o cantitate nebună de energie asupra mișcării în spațiul cosmic, dificultățile de a stăpâni departe de sistemul solar sunt într-o mare măsură legate.

Pentru marele nostru regret, nu există încă o descoperire tehnică în această direcție. Greutatea combustibilului rămâne unul dintre factorii cheie în planificarea misiunilor spațiale, iar inginerii folosesc toate ocaziile pentru a economisi combustibil pentru a prelungi funcționarea aparatului. Una dintre căile de salvare sunt manevrele gravitaționale.

Cum să zboare în spațiu și ce este gravitatea

Principiul deplasarea dispozitivului într-un vid (mediu, din care este imposibil de a împinge orice elice sau roti, nimic altceva) este aceeași pentru toate tipurile de produse de pe Pământ, motoare de rachetă. Aceasta este forța reactivă. Puterea motorului cu reacție este opusă gravitației. Această luptă cu legile fizicii a fost câștigată de oamenii de știință sovietici în 1957. Pentru prima dată în istorie, dispozitivul realizat de mâinile omenești, obținând prima viteză spațială (aproximativ 8 km / s), a devenit un satelit artificial al planetei Pământ.

Pentru a aduce aparatul pe orbita de cântărire doar peste 80 kg, este necesar aproximativ 170 de tone (exact cântărit ca R-7 rachete livrate satelitul pe orbită) de fier, electronică, kerosen purificată și oxigen lichid.

Din toate legile și principiile universului, gravitatea este, probabil, una dintre principalele. Rulează totul de la dispozitivul de particule elementare, atomi, molecule și se termină cu mișcarea galaxiilor. Este, de asemenea, un obstacol în calea dezvoltării spațiului cosmic.

Nu numai combustibil

Chiar înainte de lansarea primului satelit artificial Pământ, oamenii de știință au înțeles clar că nu numai creșterea dimensiunilor rachetelor și puterea motoarelor lor poate fi cheia succesului. Căutarea unor astfel de victime ale cercetătorilor a fost determinată de rezultatele calculelor și de testele practice care au arătat cât de costisitoare ar fi combustibilul dincolo de atmosfera terestră. Prima astfel de decizie pentru designerii sovietici a fost alegerea șantierului de construcție pentru cosmodrom.

Să explicăm. Pentru a deveni un satelit artificial al Pământului, racheta trebuie să fie accelerată la 8 km / s. Dar planeta noastră însăși este în mișcare continuă. Orice punct situat pe ecuator se rotește cu o viteză mai mare de 460 de metri pe secundă. Astfel, racheta a fost lansată în spațiu aerian în zona paralelei zero, va fi în sine gratuit, aproape o jumătate de kilometru pe secundă.

De aceea, în spațiile largi deschise ale URSS, un loc a fost ales mai ușor (viteza zilnică de rotație în Baikonur este de aproximativ 280 m / s). Un proiect și mai ambițios, menit să reducă efectul gravitației asupra vehiculului de lansare, a apărut în 1964. Ei au devenit primul cosmodrom marin "San Marco", asamblat de italieni de la două platforme de foraj și situat pe ecuator. Ulterior, acest principiu a devenit baza proiectului internațional "Sea Launch", lansând cu succes sateliți comerciali până în prezent.

Cine a fost primul

Ce zici de misiunile spațiale îndepărtate? Oamenii de știință din URSS au fost pionierii în utilizarea gravității corpurilor cosmice pentru a schimba traiectoria zborului. Partea inversă a satelitului nostru natural, după cum se știe, a fost pentru prima dată fotografiată de aparatul sovietic Luna-1. Era important ca, după zborul lunii, aparatul să reușească să se întoarcă pe Pământ în așa fel încât să se confrunte cu emisfera nordică. La urma urmei, informațiile (fotografiile fotografice primite) trebuiau să fie transmise oamenilor, iar posturile de urmărire, vasele antenei radio erau situate în emisfera nordică.

Nu mai puțin reușit să reușească să utilizeze manevre gravitationale pentru a schimba traiectoria navei spațiale oamenilor de știință americani. Navele automate interplanetare "Mariner 10" după zborul de lângă Venus trebuiau să reducă viteza pentru a ajunge la o orbită inferioară orbitei solare și a explora Mercur. În loc să folosească forța motoarelor pentru această manevră, viteza vehiculului a fost încetinită de câmpul gravitațional al lui Venus.

Cum funcționează

Conform legii gravitației universale, descoperită și confirmată experimental de Isaac Newton, toate corpurile care posedă o masă se atrag. Rezistența acestei atracții este ușor de măsurat și calculată. Depinde atât de masa ambelor corpuri, cât și de distanța dintre ele. Cu cât este mai aproape, cu atât mai puternic. Și odată cu apropierea cadavrelor, forța de atracție crește exponențial.

Figura arată cum vehicule spațiale, zboară lângă un mare corp cosmic (o anumită planetă), schimba traiectoria lor. Și cursul de mișcare a dispozitivului la numărul 1, care zboară cel mai departe de un obiect masiv, se schimbă destul de nesemnificativ. Ce nu se poate spune despre aparatul nr. 6. Planetoidul își schimbă drastic direcția de zbor.

Ce este o legătura gravitațională. Cum funcționează

Utilizarea manevrelor gravitationale permite nu numai schimbarea direcției navei spațiale, ci și ajustarea vitezei acesteia.

Figura arată traiectoria unei nave spațiale, utilizată de obicei pentru accelerarea acesteia. Principiul de funcționare a unei astfel de manevrări este simplu: pe o secțiune roșie a traiectoriei, aparatul pare să prindă din urmă planeta care scapă de ea. Un corp mult mai masiv trage mai puțin cu puterea de atracție, accelerând-o.

Apropo, în acest fel nu sunt dispersate doar vehiculele spațiale. Se știe că organismele celeste se plimbă în jurul galaxiei, nu sunt legate de stele. Poate fi asteroizi relativ mici (dintre care unul, de altfel, vizitează acum sistemul solar), și planetoizi de dimensiuni decente. Astronomii cred că este o praștie gravitațională, t. E. Impactul unui corp cosmic mai mare, emite obiecte mai puțin masive în afara sistemelor lor, condamnând-le să rătăcitor veșnică în gheață spațiul gol la rece.

Cum de a reduce viteza

Dar, folosind manevrele gravitaționale ale vehiculelor spațiale, nu numai că puteți accelera, dar și încetini mișcarea lor. Schema de frânare este prezentată în figură.

Pe secțiunea roșie a traiectoriei, atracția planetei, spre deosebire de versiunea cu o bandă gravitațională, va încetini mișcarea dispozitivului. La urma urmei, vectorul gravitației și direcția de zbor a navei sunt opuse.

În ce cazuri se utilizează? În principal pentru ieșirea stațiilor automate interplanetare în orbitele planetelor studiate și, de asemenea, pentru studierea regiunilor apropiate de cele solare. Faptul că mișcarea soarelui sau, de exemplu, cel mai apropiat de planeta Mercur luminătorul orice unitate atunci când nu este de a aplica măsuri pentru a încetini, va fi accelerată perforce. Vedeta noastră are o masă incredibilă și o forță imensă de atracție. Nava spațiale care devine prea rapidă nu va putea intra pe orbita lui Mercur, cea mai mică planetă din familia solară. Nava va aluneca pur și simplu, miezul lui Mercur nu va putea să-l atragă suficient. Pentru frânare pot fi utilizate motoare. Dar calea de zbor spre Soare cu o manevră gravitațională, spun Luna și apoi Venus, va reduce la minimum utilizarea de propulsie cu rachete. Acest lucru înseamnă că este nevoie de mai puțin combustibil, iar greutatea eliberată poate fi utilizată pentru a găzdui echipamente suplimentare de cercetare.

Pentru a intra în ochiul unui ac

Dacă primele manevre gravitationale erau timide și ezitare, traseele ultimelor misiuni spațiale interplanetare sunt planificate aproape întotdeauna cu o corecție gravitațională. Problema este că acum sunt disponibile calcule mai precise pentru astrofiziciști, datorită dezvoltării tehnologiei computerizate, precum și disponibilității unor date exacte despre corpurile sistemului solar, în principal masa și densitatea acestora. Și pentru a calcula manevra gravitațională trebuie să fie extrem de precisă.

Așadar, stabilirea unei traiectorii mai departe de planetă decât este necesară este plină de faptul că o tehnică costisitoare va zbura complet gresit acolo unde a fost planificată. Și o subestimare a masei și deloc poate amenința coliziunea navei cu suprafața.

Campion de manevre

Aceasta, desigur, poate fi considerată a doua navă spațială a misiunii "Voyager". Lansat în 1977, dispozitivul părăsește acum limitele propriului său sistem stelar, retragându-se în necunoscut.

În timpul lucrului dispozitivul a fost vizitat de Saturn, Jupiter, Uranus și Neptun. El a fost atras de Soare pe tot parcursul zborului, de unde nava a dispărut treptat. Dar, datorită manevrelor gravitaționale calculate în mod competent, pentru fiecare dintre planete viteza sa nu a scăzut, dar a crescut. Pentru fiecare planetă studiată, traseul a fost construit pe principiul pragului gravitațional. Fără utilizarea corecției gravitaționale, Voyager nu ar fi putut fi trimisă până acum.

În plus față de Voyager, manevrele gravitaționale au fost folosite pentru a lansa astfel de misiuni bine-cunoscute ca Rosetta sau New Horizons. Astfel, „Rosetta“, înainte de a pleca în căutarea cometa Churyumov-Gerasimenko, a făcut la fel de mult ca și 4 manevra accelerația gravitațională a Pământului și Marte.