Gravitacioni manuvar

Из Википедије, слободне енциклопедије
Иди на навигацију Иди на претрагу
Animacija trajektorije Vojadžera 1 od 5. septembra 1977. do 30. decembera 1981.
      Vojadžer 1 ·       Zemlja ·       Jupiter ·       Saturn ·       Sunce
Animacija trajektorije Vojadžera 2 od 20. avgusta 1977. do 30. decembra 2000.
      Vojadžer 2 ·       Zemlja ·       Jupiter ·       Saturn ·       Uran ·       Neptun ·       Sunce

U orbitalnoj mehanici i zrakoplovnom inženjerstvu, manuvar gravitacione asistencije, gravitaciona praćka ili proletanje je korištenje relativnog kretanja (na primer, u orbiti oko Sunca) i gravitacije planete ili drugog astronomskog objekta s ciljem promene puta i brzine svemirske letelice, kako bi se uštedelo gorivo, vreme i finansijska sredstva.[1] Asistencija se može koristiti za ubrzanje svemirskog broda, odnosno povećanje ili smanjenje brzine i/ili promenu putanje. Asistencija se ostvaruje kretanjem gravitirajućeg dok vuće letjelicu.[2] Manuvar se koristio za interplanetarne sonde od Marinera 10 nadalje, uključujući i dve sonde Vojadžer, koje su napravile značajne prelete pored Jupitera i Saturna.

Manuvar gravitacione asistencije je prvi put korišten 1959. godien kad je Sovijetska sonda Luna 3 fotografisala daleku stranu Zemljinog Meseca. Manuvar se oslanjao na istraživanja sprovedena pod rukovodstvom Mstislava Keldiša na Stelkovom matematičkom institutu[3] kojima je između ostalih doprineo Vsevolod Aleksandrovič Egorov.[4][5]

Objašnjenje[уреди]

Putanje koje su omogućile NASA-inim letelicama „Vojadžer” da posete gasne divove i da ostvare dovljna ubrzanja za izlazak iz Sunčevog sistema
Pogled sa Mesendžera, dok koristi Zemlju kao gravitacijsku praćku kako bi umanjio brzinu, što je omogućilo umetanje u orbitu oko Merkura.

Gravitacijska praćka oko planetе menja brzinu svemirske letelice (u odnosu na Sunce) na ulazu i izlazu iz gravitacionog polja planetе.[6] Brzina svemirskog broda se povećava tokom približavanja planeti i smanjuje se tokom bega iz njenog gravitacionog polja. Sve se planete vrte oko Sunca. Letelica iskorištava ovo kretanje u svoju korist: kako bi povećala svoju brzinu, letelica mora ići u smeru kretanja planete (uzimajući malu količinu orbitalne energije planete); kako bi smanjila brzinu, letelica se kreće suprotno od kretanja planeta. Iznos kinetičke energije oba tela ostaje konstantan. Gravitaciona praćka se može koristiti i za promenu putanje i brzine svemirske letelice oko Sunca.

Slična Zemaljska analogija: teniska loptica odbija se od prednjeg dela voza u pokretu. Ako posmatrač stoji na željezničkoj platformi, i baci lopticu brzinom od 30 km/h u smeru voza koji se približava brzinom od 50 km/h mašinovođa viza vidi loptu koja se približava brzinom od 80 km/h, a zatim odlazi 80 km/h nakon što je elastično odskočila s prednjeg dela voza. Zbog kretanja voza, završna brzina loptice je 130 km/h u odnosu na željezničku platformu; lopta je dodala dve brzine voza na svoju brzinu.

Pojednostavljeni primer gravitacijske praćke: brzina letelice se menja se do dvostruke brzine planete

Prevodeći ovu analogiju u svemir, „nepomičan” promatrač vidi kako se planeta kreće ulevo brzinom U, a svemirska letelica brzinom v. Ukoliko letelica putuje ispravnom putanjom, proći će blizo planete, brzinom U + v relativno na površinu planete, jer se planeta kreće u suprotnom smeru brzinom U. Kad letelica napusti orbitu, ima brzinu U + v relativno na površinu planete, ali u suprotnom smjeru (ulevo). S obzirom da se planeta kreće brzinom U, ukupna brzina letelice relativno na posmatrača biće jednaka brzini planete plus brzini letelice relativno na površinu planete. Brzina je tad U + (U + v) = 2U + v .

Ovaj pojednostavljeni primer je nemoguće preraditi bez dodatnih detalja o orbiti, ali ako se svemirska letelica kreće po paraboličnoj putanji, ona tad može napustiti planetu u suprotnom smeru bez paljenja vlastitih motora, a rezultantna brzina zaista iznosi 2U nakon što letelica napusti gravitaciju planete.

Ovo objašnjenje može prividno kršiti zakon očuvanja energije i ugaone količine kretanja, dodajući brzinu letelici iz ničega, ali u obzir se moraju uzeti i efekti svemirske letelice na planetu, kako bi se dobila celovita slika. Linearna količina kretanja koju letelica dobije jednaka je po veličini količini kretanja koju planeta izgubi, pa letelica dobija brzinu dok planeta gubi brzinu. Međutim, planeta ima ogromnu masu u poređenju sa letelicom, što čini njenu promenu brzine zanemarivom. Ovi učinci na planetu su toliko beznačajni, da se mogu zanemariti u proračunima.[7]

Realistični prikazi u prostoru zahtevaju upotrebu tri dimenzije. Primenjuju se isti principi, samo se brzini letelice dodaje brzina planete, što zahteva sabiranje vektora, kao što je prikazano u nastavku.

Dvodimenzionalni dijagram gravitacijske praćke. Strelice pokazuju smer u kojem se brod kreće pre i nakon susreta s planetom. Dužina strelice pokazuje brzinu letelice.

Zbog reverzibilnosti orbita, gravitacijska praćka se takođe može koristiti za smanjivanje brzine letelice. Маriner-10 i Mesendžer su izveli taj manuvar, kako bi stigli do Merkura.

Ako je potrebna još veća brzina nego što se može dobiti od gravitacijske praćke, najekonomičniji način korištenja raketnog goriva je na periapsisu. Motori rakete uvek daju istu promenu brzine (∆v), ali promena kinetičke energije je proporcionalna brzini vozila u trenutku paljenja. Stoga, da bi se dobila maksimalna kinetička energija od motora, paljenje se mora dogoditi na periapsisu, kad letelica ima najveću brzinu. Obertov učinak detaljnije opisuje ovu tehniku.[8][9][10]

Vidi još[уреди]

Reference[уреди]

  1. ^ „Section 1: Environment, Chapter 4: Trajectories”. Basics of Space Flight. NASA. Приступљено 21. 7. 2018. 
  2. ^ Doody, Dave (15. 9. 2004). „Basics of Space Flight Section I. The Environment of Space”. Jpl.nasa.gov. Приступљено 26. 6. 2016. 
  3. ^ Eneev, T.; Akim, E. „Mstislav Keldysh. Mechanics of the space flight” (на језику: руски). Keldysh Institute of Applied Mathematics. 
  4. ^ Egorov, Vsevolod Alexandrovich (септембар 1957). „Specific problems of a flight to the moon”. Physics-Uspekhi. 63 (9): 73—117. doi:10.3367/UFNr.0063.195709f.0073. 
  5. ^ Rauschenbakh, Boris V.; Ovchinnikov, Michael Yu.; McKenna-Lawlor, Susan M. P. (2003). Essential Spaceflight Dynamics and Magnetospherics. Dordrecht, Netherlands: Kluwer Academic. стр. 146—147. ISBN 978-0-306-48027-0. 
  6. ^ „Gravity assist”. The Planetary Society. Приступљено 1. 1. 2017. 
  7. ^ „Slingshot effect”. Dur.ac.uk. Приступљено 26. 6. 2016. 
  8. ^ Adams,, Robert B. Georgia A. Richardson. „Using the Two-Burn Escape Maneuver for Fast Transfers in the Solar System and Beyond” (PDF). NASA. Приступљено 15. 5. 2015. 
  9. ^ Adams, Robert (25. 2. 2011). „What Would an Interstellar Mission Look Like?”. Discovery News. Приступљено 15. 5. 2015. 
  10. ^ Oberth, Hermann (1970). „Ways to spaceflight”. Translation of the German language original "Wege zur Raumschiffahrt," (1920). Tunis, Tunisia: Agence Tunisienne de Public-Relations. 

Spoljašnje veze[уреди]