航天器如何通过重力辅助来提高速度?

时间:2021-09-11 05:15:59   作者:
宇宙飞船经常使用重力辅助机动来改变它们的动量。改变他们的动量可以使他们加速,也可以使他们减速,或者改变他们前进的方向。

我们先来谈谈方向。宇宙飞船通过大型物体的引力阱时,其轨道将会改变。航天器进入井中越深,轨道的变化就越明显。这意味着,与距离较远的行星或卫星相比,经过非常接近的行星或卫星会改变轨道方向。如果宇宙飞船经过的距离足够近,轨道的改变甚至可能把它送回原来的方向。阿波罗登月任务的设计是这样的,如果在前往月球的途中出了问题,他们不会进入轨道,而是可以近距离地经过月球,被粘在周围并返回地球。

航天器如何通过重力辅助来提高速度

现在,我们来谈谈速度。当一艘宇宙飞船接近一颗行星时,行星的引力会拉着宇宙飞船,使其加速,这个想法很简单。但是,如果航天器在靠近时加速,那就意味着它在离开时将减速。

航天器如何通过重力辅助来提高速度

这是正确的。从地球的参照系来看,这是一个零和游戏。这就是诀窍所在——我们感兴趣的不是从行星的角度,而是从太阳的角度。在宇宙飞船处于重力范围内的时候,这颗行星并不是静止的——这颗行星是围绕太阳运行的。这颗行星正在很好地移动它的重力。所以,当航天器离开时,它的动量会因为这种相互作用而改变。取决于接近的方向,这个改变可能增加动量,也可能减少动量。

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动力不是凭空出现的。如果宇宙飞船增加了它的动量,行星就一定放弃了它的动量。但是,行星很大——它们有很多动量,所以我们不在乎。

对离开地球轨道的航天器进行重力辅助机动是相当标准的。伽利略号、卡西尼号、朱诺号和罗塞塔号等航天器都曾利用地球作为引力辅助。伽利略号实际上利用地球提供了两个重力辅助。卡西尼周期性地利用土星的卫星进行重力辅助,以改变它对土星系统的看法。
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