Swing By - Astro junk box
Postat de Denise. Postat în Spațiu
O manevră swing-by (uneori se face și cu A zbura pe lângă, Slingshot sau Gravity Assist folosește forța gravitațională a planetelor pentru a accelera sau a decelera nava spațială. Pe măsură ce o navă spațială ușoară zboară aproape de un corp ceresc relativ greu, absoarbe ceva energie din ea. Atât viteza, cât și direcția de zbor pot fi schimbate.
Pentru a economisi combustibil și, prin urmare, costurile, planificatorii de misiuni inteligenți își lasă sondele spațiale să călătorească pe orbite complicate prin spațiu. Nu trimit sondele direct la destinație, ci lasă-le să zboare aproape de diferite planete pentru a obține suficient impuls pentru călătoria lungă.
Manevra swing-by a fost adesea folosită cu succes în călătoriile spațiale.
Deplasare la sistemul solar exterior
Când vine vorba de sistemul solar exterior de pe Pământ, sondele spațiale trebuie să fie accelerate astfel încât să poată acoperi distanțele mari în cel mai scurt timp posibil.
Sonda spațială Galileo nu a zburat direct la Jupiter, ci a urmat mai degrabă o cale complicată a buclei. A trecut de pământ de mai multe ori și a căpătat impuls cu un swing-by.
De fiecare dată când Galileo devenea puțin mai rapid. Acest lucru a permis consumului de combustibil să fie menținut scăzut, deoarece sonda a primit energia necesară pentru zbor de pe Pământ și Venus. A folosit planeta ca o benzinărie, ca să zic așa. Mai multe despre misiunea sondei Galileo la Jupiter găsiți pe pagina „Misiunile Jupiter”.
Deplasare la interiorul sistemului solar
Dacă intră în interiorul sistemului solar așa cum se vede de pe pământ, sondele spațiale trebuie încetinite, altfel atracția soarelui le face din ce în ce mai rapide. Nu trebuie parcurse distanțe prea mari, astfel încât nu sunt necesare viteze mari.
Dar când sonda se află la obiectul țintă, ar trebui să rămână acolo și să nu meargă pe lângă el, așa că frânarea este necesară. Frânarea folosește, de asemenea, combustibil care poate fi economisit folosind o manevră oscilantă pentru frânare.
Aici avem ca exemplu traiectoria sondei Mercury Messenger. Pentru a nu-și pierde ținta, Messenger a folosit planetele Pământ și Venus și chiar Mercur pentru a încetini. Messenger a zburat pe lângă Venus de două ori și chiar de trei ori pe lângă Mercur pentru a scăpa de energia cinetică și a o încetini.
Așa apare această traiectorie ciudată care îi face pe mesageri ca pisicile să se strecoare în jurul tufișului. Dar principalul lucru este că își atinge scopul până la urmă! Messenger a început în 2004 și a ajuns la Merkur în 2011.
Dacă un corp mic se apropie de unul mult mai mare și mai greu, acesta este influențat de gravitația sa. Acest lucru se aplică navelor spațiale, precum și corpurilor mici, cum ar fi asteroizii, meteoriții, cometele și chiar pietrele mai mici, inclusiv particulele de praf.
În funcție de propria cale de zbor, se pot întâmpla diferite lucruri:
Accidentul
Dacă un mic corp ceresc care se mișcă prin sistemul nostru solar se apropie prea mult de una dintre planete, el intră în zona gravitațională. Acest lucru poate duce la atragerea sa de planetă (sau de soare) și părăsirea orbitei sale originale.
Dacă se apropie prea mult de adversarul mare, se poate întâmpla ca cel mic (asteroid sau cometă) să nu scape și să se ciocnească de cel mare.
O astfel de întâmplare putea fi auzită în direct Cometa Shoemaker-Levy să fie urmărit. Cometa a intrat sub influența gravitației de la Jupiter și a fost spartă în multe bucăți mici de forțele gravitaționale ale lui Jupiter, care apoi s-au cufundat în atmosfera gigantului gazos și au ars.
A fost prima dată când s-a observat așa ceva și a primit o mare atenție în întreaga lume. De exemplu, dacă te uiți la suprafața lunii și observi numeroasele cratere de impact, astfel de accidente par a fi destul de frecvente.
Accelerația
O planetă mare poate acționa, de asemenea, ca o praștie pe un corp mic care trece aproape de ea. Îl influențează în așa fel încât să-și schimbe traiectoria și să-i dea un pic din propriul impuls. Această sursă de energie are efecte mari asupra corpului mic, deoarece câștigă semnificativ în viteză.
Jupiter este cea mai mare dintre planete și are, de asemenea, cel mai mare câmp gravitațional. Asta se extinde departe în spațiu și chiar afectează puțin îndepărtatul Saturn. Jupiter este cea mai mare praștie pe care o avem.
Multe obiecte care flutură prin spațiu și, eventual, lovesc pământul sunt deviate de Jupiter și aruncate din nou în regiunile exterioare ale sistemului solar.
Dacă Jupiter nu ar exista, o mare parte din spațiu și-ar fi găsit drumul spre Pământ și ar fi provocat pagube imense suprafeței sale.
Decelerarea
Așa cum ceva poate fi accelerat, la fel este și o scădere a energiei și a vitezei. În principiu, este același proces:
Un corp mic se apropie de un corp care este foarte mare în comparație cu acesta, intră în câmpul său gravitațional și experimentează atât o schimbare de direcție, cât și o schimbare de viteză. Numai de această dată energia cinetică este transferată de la mic la mare.
Secretul din spatele acestui lucru are legătură cu direcția de mișcare a planetei. Fiecare planetă se mișcă în jurul soarelui, deci nu se oprește și nu așteaptă sonda spațială.
Acum depinde dacă, din punctul de vedere al sondei spațiale sau al altui corp mic, planeta se deplasează spre ea sau se îndepărtează de ea. În primul caz, sonda este accelerată, în al doilea caz este decelerată.
Vă puteți imagina mai bine dacă vă gândiți la sportul tenisului: mingea vine în zbor. Dacă mișc racheta de tenis către ea și o lovesc, mingea capătă mai multă energie și devine mai rapidă, schimbă direcția și zboară înapoi către celălalt teren de joc.
Mingea zboară. Dacă mișc racheta de tenis ușor înapoi și mingea sare de pe ea, își pierde o parte din energia cinetică și devine mai lentă. Își schimbă direcția de zbor și într-un astfel de caz de obicei cade la pământ (aici din nou forța gravitațională joacă un rol, pe care acum îl ignorăm).
Oscilând pe orbită
De asemenea, este posibil ca un corp mic să fie capturat de unul mai mare. Traiectoria celui mic este schimbată în așa fel încât de acum încolo o orbitează pe cea mare și nu poate scăpa de ea. Probabil așa și-au adunat numeroasele luni lunile mari de gaze.
Odată ce sondele spațiale au ajuns la destinație, ele se rotesc și ele pe orbită în jurul acestei planete sau asteroid. În acest fel, ei rămân mai mult timp la fața locului pentru a face observații și, de asemenea, pot examina planeta din toate părțile.
Ce se va întâmpla cu un mic asteroid sau cometă atunci când se apropie prea mult de o planetă mare depinde de mulți factori și coincidențe:
- Cât de aproape vine de el?
- Cum se mișcă amândoi unul către celălalt?
- Ce viteză ajunge acolo?
- În ce unghi se apropie de planetă?
Desigur, atunci când o sondă spațială este trimisă către o planetă, nimic nu este lăsat la voia întâmplării. Traiectoria necesară pentru efectul dorit este calculată și planificată cu mult timp înainte și trebuie apoi respectată exact. Între timp, au fost utilizate toate cele patru variante ale apropierii unei sonde spațiale de o planetă:
- Accelerarea misiunilor în regiunile exterioare ale sistemului solar (ca exemple Voyager, Galileo, Cassini .)
- Decelerarea atunci când călătoriți către Mercur (de exemplu, Mariner 10 și Messenger)
- Oscilând pe o orbită (cu Galileo în jurul lui Jupiter, Cassini în jurul lui Saturn .)
- Prăbușirea deliberată a unei sonde după sfârșitul misiunii (ca exemplu Galileo pe Jupiter și SMART pe lună)
Prima manevră swing-by a fost efectuată de Apollo 13 în 1970, dar mai degrabă involuntar. Nava spațială a fost condusă de 3 astronauți care erau pe punctul de a zbura spre lună. Un rezervor de oxigen a explodat pe parcurs, așa că cei trei au trebuit să se întoarcă pe Pământ cât mai repede posibil înainte de a rămâne fără aer pentru a respira. În loc să aterizeze pe lună (așa cum a fost planificat inițial), au încercuit-o și au folosit gravitația pentru a-și accelera nava spațială spre Pământ. Din fericire, au ajuns înapoi acasă cu viață în timp.
Mariner 10 a folosit gravitația lui Venus pentru a încetini în 1973. A zburat către Mercur în interiorul sistemului solar. Există întotdeauna problema că atracția gravitațională a soarelui este atât de puternică încât sondele spațiale accelerează parcă de la sine. Prin urmare, trebuie să frânați pe drum, astfel încât să puteți aborda o destinație precum Mercur.
În direcția opusă, Voyager 1 și 2 au folosit planetele gigantice Jupiter și Saturn ca „pietre de temelie” pentru a-și continua călătoria către marginile exterioare ale sistemului solar. Voyager 2 a accelerat pe Jupiter și Saturn folosind metoda swing-by și a reușit să ajungă la Neptun în decurs de 12 ani. Fără un impuls suplimentar, călătoria ar fi durat de două ori mai mult!
Astăzi, manevrele swing-by sunt utilizate în aproape toate misiunile spațiale.