Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ғарыш навигациясы техникасы, қуатты ұшулар
Space navigation technique
powered flybys
Гравитациялық көмек, гравитациялық көмек маневрі, айналып өту, немесе жалпы орбиталық механикада гравитациялық серпім – ғарышқа ұшудың бір түрі, ол салыстырмалы қозғалысты (мысалы, Күнді айналатын орбита) және планетаның немесе басқа астрономиялық объектінің гравитациясын пайдаланып, ғарыш кемесінің траекториясын және жылдамдығын өзгертеді, әдетте жанармайды үнемдеу және шығындарды азайту үшін. Гравитациялық көмек ғарыш кемесін жылдамдату үшін қолданылуы мүмкін, яғни оның жылдамдығын арттыру немесе азайту немесе траекториясын өзгерту үшін. "Көмек" гравитациялық дененің қозғалысы арқылы ғарыш кемесіне әсер етуімен қамтамасыз етіледі. Ньютонның үшінші заңына сәйкес, өтетін ғарыш кемесінің кинетикалық энергиясы мен сызықтық импульсының кез келген жоғалуы немесе ұтылуы гравитациялық денемен ұтылады немесе алынады. Гравитациялық көмек маневрі алғаш рет 1959 жылы Кеңес Одағының "Луна-3" ғарыш зонды Жердің Айдың арт жағын суретке түсірген кезде қолданылды, және ол "Маринер-10" ғарыш кемесінен бастап, соның ішінде екі "Вояджер" зондының Юпитер және Сатурн планеталарынан айналып өткен кезде де пайдаланылды.
A gravity assist, gravity assist maneuver, swing by, or generally a gravitational slingshot in orbital mechanics, is a type of spaceflight flyby which makes use of the relative movement (e. g. orbit around the Sun) and gravity of a planet or other astronomical object to alter the path and speed of a spacecraft, typically to save propellant and reduce expense. Gravity assistance can be used to accelerate a spacecraft, that is, to increase or decrease its speed or redirect its path. The "assist" is provided by the motion of the gravitating body as it pulls on the spacecraft. Any gain or loss of kinetic energy and linear momentum by a passing spacecraft is correspondingly lost or gained by the gravitational body, in accordance with Newton's Third Law. The gravity assist maneuver was first used in 1959 when the Soviet probe Luna 3 photographed the far side of Earth's Moon, and it was used by interplanetary probes from Mariner 10 onward, including the two Voyager probes' notable flybys of Jupiter and Saturn.
Түсіндірме
Планетаның айналасындағы гравитациялық көмек планетаның гравитациялық ықпал ету аймағына кіру және одан шығу арқылы ғарыш кемесінің жылдамдығын (күнге қатысты) өзгертеді. Ғарыш кемесі планетаға жақындағанда жылдамдығы артады, ал планетадан алшақтағанда азаяды. Жылдамдықты арттыру үшін ғарыш кемесі планетаның Күнді айналып жүрген бағытында планетаға жақындап, кері бағытта кетеді. Жылдамдықты азайту үшін ғарыш кемесі планетаның орбиталық жылдамдығына қарама-қарсы бағытта қозғалып планетаға жақындасады. Екі маневрдің де энергиясы планетаның жалпы орбиталық энергиясына қарағанда мардымсыз. Екі дененің кинетикалық энергиясының қосындысы өзгермейді (серпімді соқтығысуды қараңыз). Сондықтан, ғарыш кемесінің траекториясын және Күнге қатысты жылдамдығын өзгерту үшін гравитациялық серпімді пайдалануға болады. Жердегі бір жағдайды қозғалып келе жатқан пойыздың алдына секірген теннис доптарымен салыстыруға болады. Пойыз платформасында тұрып, сағатына 30 км жылдамдықпен, сағатына 50 км жылдамдықпен келе жатқан пойызға доп лақтырғаныңызды көзге елестетіңіз. Пойыздың машинисі доптың сағатына 80 км жылдамдықпен жақындағанын және пойыздың алдына серпімді соқтығысып, сағатына 80 км жылдамдықпен кеткенін көреді. Бірақ, пойыздың қозғалысының нәтижесінде, бұл қозғалыс пойыз платформасына қатысты сағатына 130 км жылдамдықпен болады; доп өзінің жылдамдығына пойыздың жылдамдығын екі есе қосты. Бұл мысалдың ғарышқа аудармасы: планетаның координаттық жүйесінде ғарыш кемесі планетаға қатысты v тік жылдамдығына ие. Гравитациялық серпімнен кейін ғарыш кемесі келген бағытына 90 градус бұрышпен кетеді. Ол әлі де v жылдамдығына ие болады, бірақ көлденең бағытта. Ғарыштағы кездесулерді реалистік бейнелеу үшін үш өлшемді қарастыру қажет. Жоғарыда айтылған принциптер сақталады, бірақ планетаның жылдамдығын ғарыш кемесінің жылдамдығына қосу үшін төменде көрсетілгендей векторлық қосу қажет. Орбиталардың қайтымдылығының арқасында гравитациялық серпімдер ғарыш кемесінің жылдамдығын азайту үшін де қолданылуы мүмкін. Mariner 10 және MESSENGER екеуі де Меркурийге жету үшін осы маневрді орындады. Егер гравитациялық көмектен артық жылдамдық қажет болса, перицентрге (планетаға ең жақын нүкте) жақын ракеталық қозғалтқышты қолдану ең аз отынды қажет етеді. Белгілі бір ракеталық қозғалтқыш әрқашан жылдамдықтың бірдей өзгеруін (Δv) қамтамасыз етеді, бірақ кинетикалық энергияның өзгеруі дененің қозғалтқыш жұмыс істеген кездегі жылдамдығына пропорционалды. Сондықтан, ең жоғары кинетикалық энергия дененің ең жоғары жылдамдығында (перицентрде) қозғалтқыш жұмыс істеген кезде алынады. Оберт эффектісі бұл техниканы толығырақ сипаттайды.
A gravity assist around a planet changes a spacecraft's velocity (relative to the Sun) by entering and leaving the gravitational sphere of influence of a planet. The spacecraft's speed increases as it approaches the planet and decreases as it leaves the planet. To increase speed, the spacecraft approaches the planet in the same direction the planet is orbiting the Sun, and departs in the opposite direction. To decrease speed, the spacecraft approaches the planet traveling the opposite direction from planet's orbital velocity. In both types of maneuver the energy transfer compared to the planet's total orbital energy is negligible. The sum of the kinetic energies of both bodies remains constant (see elastic collision). A slingshot maneuver can therefore be used to change the spaceship's trajectory and speed relative to the Sun. A close terrestrial analogy is provided by a tennis ball bouncing off the front of a moving train. Imagine standing on a train platform, and throwing a ball at 30 km/h toward a train approaching at 50 km/h. The driver of the train sees the ball approaching at 80 km/h and then departing at 80 km/h after the ball bounces elastically off the front of the train. Because of the train's motion, however, that departure is at 130 km/h relative to the train platform; the ball has added twice the train's velocity to its own. Translating this analogy into space: in the planet reference frame, the spaceship has a vertical velocity of v relative to the planet. After the slingshot occurs the spaceship is leaving on a course 90 degrees to that which it arrived on. It will still have a velocity of v, but in the horizontal direction. Realistic portrayals of encounters in space require the consideration of three dimensions. The same principles apply as above except adding the planet's velocity to that of the spacecraft requires vector addition as shown below. Due to the reversibility of orbits, gravitational slingshots can also be used to reduce the speed of a spacecraft. Both Mariner 10 and MESSENGER performed this maneuver to reach Mercury. If more speed is needed than available from gravity assist alone, a rocket burn near the periapsis (closest planetary approach) uses the least fuel. A given rocket burn always provides the same change in velocity (Δv), but the change in kinetic energy is proportional to the vehicle's velocity at the time of the burn. Therefore the maximum kinetic energy is obtained when the burn occurs at the vehicle's maximum velocity (periapsis). The Oberth effect describes this technique in more detail.
Тарихи шығу тегі
1938 жылы, бірақ 1918-1919 жылдарға датыланған "Құрылыс үшін оқығандарға" ("Тем, кто будет читать, чтобы строить") атты мақаласында Юрий Кондратьюк екі планета арасында саяхаттайтын ғарыш кемесінің траекториясының басында және соңында екі планетаның серіктерінің гравитациясын пайдаланып үдетілуі мүмкін екенін ұсынды. Оның гравитациялық көмек туралы қарастырған қолжазбасының бөлігі кейін дамытылмады және 1960 жылдарға дейін жарияланбады. 1925 жылы жазған "Реактивтік қозғалтқыштармен ұшу мәселелері: планетааралық ұшулар" ("Проблема полета при помощи реактивных аппаратов: межпланетные полеты") атты мақаласында Фридрих Зандер гравитациялық көмек концепциясының физикасын терең түсінгенін және оның Күн жүйесін планетааралық зерттеудегі әлеуетін көрсетті. 1961 жылы NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) қызметкері, UCLA аспиранты Майкл Минович гравитациялық көмек техникасын жасады, ол кейін Гэри Фландроның Планеталық Ұлы Тур идеясы үшін қолданылды. 1964 жылдың жазында NASA JPL-де Гари Фландроға Күн жүйесінің сыртқы планеталарын зерттеу әдістерін зерттеу жұмысы тапсырылды. Осы зерттеу барысында ол сыртқы планеталардың (Юпитер, Сатурн, Уран және Нептун) сирек кездесетін теңдестігін анықтады және гравитациялық көмек арқылы миссия ұзақтығын қырық жылдан он жылға дейін қысқартатын Планеталық Ұлы Тур көп планеталық миссиясын ұсынды.
In his paper "To Those Who Will Be Reading in Order to Build" ("Тем, кто будет читать, чтобы строить"), published in 1938 but dated 1918–1919, Yuri Kondratyuk suggested that a spacecraft traveling between two planets could be accelerated at the beginning and end of its trajectory by using the gravity of the two planets' moons. The portion of his manuscript considering gravity assists received no later development and was not published until the 1960s. In his 1925 paper "Problems of Flight by Jet Propulsion: Interplanetary Flights" ("Проблема полета при помощи реактивных аппаратов: межпланетные полеты"), Friedrich Zander showed a deep understanding of the physics behind the concept of gravity assist and its potential for the interplanetary exploration of the solar system. In 1961, Michael Minovitch, UCLA graduate student who worked at NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL), developed a gravity assist technique, that would later be used for the Gary Flandro's Planetary Grand Tour idea. During the summer of 1964 at the NASA JPL, Gary Flandro was assigned the task of studying techniques for exploring the outer planets of the solar system. In this study he discovered the rare alignment of the outer planets (Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune) and conceived the Planetary Grand Tour multi planet mission utilizing gravity assist to reduce mission duration from forty years to less than ten.
Мақсаты
[[Файл:Вояджер 2 жылдамдығы мен Күннен қашықтығы.svg|thumb|Вояджер 2 ғарыш кемесінің Күнге қатысты жылдамдығы мен Күннен қашықтығының графигі. Юпитер, Сатурн және Уран планеталарының гравитациялық көмегі арқылы ғарыш кемесін жылдамдатуды көрсетеді. Тритонды бақылау үшін Вояджер 2 Нептунның солтүстік полюсінен өтті, нәтижесінде эклиптика жазықтығынан шығып, Күннен алыстау жылдамдығы төмендеді. Жалпы салыстырмалылық теориясы айналатын қара тесіктің ергосфера деп аталатын кеңістік аймағымен қоршалғанын болжайды, онда қара тесіктің айналысына қатысты тұру мүмкін емес, себебі кеңістіктің өзі қара тесіктің айналысымен бірдей бағытта жарық жылдамдығымен сүйреледі. Пенроуз процесі ергосферадан энергия алуға мүмкіндік береді, бірақ бұл ғарыш кемесінен қара тесікке "балласт" тастауды қажет етеді, ал ғарыш кемесінің "балластты" қара тесікке жеткізу үшін энергия жұмсауы тиіс.]
[[File:Voyager 2 velocity vs distance from sun. svg|thumb|Plot of Voyager 2's heliocentric velocity against its distance from the Sun, illustrating the use of gravity assist to accelerate the spacecraft by Jupiter, Saturn and Uranus. To observe Triton, Voyager 2 passed over Neptune's north pole resulting in an acceleration out of the plane of the ecliptic and reduced velocity away from the Sun. General relativity predicts that a spinning black hole is surrounded by a region of space, called the ergosphere, within which standing still (with respect to the black hole's spin) is impossible, because space itself is dragged at the speed of light in the same direction as the black hole's spin. The Penrose process may offer a way to gain energy from the ergosphere, although it would require the spaceship to dump some "ballast" into the black hole, and the spaceship would have had to expend energy to carry the "ballast" to the black hole.