Википедия

Гравитационный манёвр

16 Июл, 2025 / 10:55
Не следует путать с гравитационным разворотом.

Гравитацио́нный манёвр, реже пертурбацио́нный манёвр, — целенаправленное изменение траектории и скорости полёта космического аппарата под действием гравитационных полей небесных тел.

Впервые успешно осуществлён в 1959 году советской автоматической межпланетной станцией (АМС) Луна-3. Часто используется для разгона автоматических межпланетных станций, отправляемых к отдалённым объектам Солнечной системы и за её пределы, с целью экономии топлива и сокращения времени полёта. В таком применении известен также под названием «гравитационная праща» (от англ. gravitational slingshot). Может использоваться и для замедления космического аппарата➤, а в некоторых случаях наиболее важное значение имеет изменение направления его движения➤. Наиболее эффективны гравитационные манёвры у планет-гигантов, но нередко используются манёвры у Венеры, Земли, Марса и даже Луны.

Принцип совершения манёвра

Гравитационный манёвр подразумевает сближение совершающего орбитальный космический полёт аппарата с достаточно массивным небесным телом (планетой или спутником планеты), обращающимся вокруг того же центра масс (звезды или планеты, соответственно). Например, в окрестностях Земли можно выполнить гравитационный манёвр путём сближения с Луной, а при полётах в пределах Солнечной системы возможны гравитационные манёвры около обращающихся вокруг Солнца планет.

image
Схема гравитационного манёвра: 1) треугольник скоростей при входе, 2) треугольник скоростей при выходе, 3) ∆V — изменение гелиоцентрической скорости в результате гравитационного манёвра.

В упрощённом представлении гравитационный манёвр около одной из планет Солнечной системы выглядит следующим образом: космический аппарат входит в сферу действия планеты, имея скорость vвх относительно планеты. Эта скорость определяется разностью скоростей движения аппарата Vвх и планеты Vпл относительно Солнца (см. треугольник 1 на иллюстрации). В планетоцентрической системе координат космический аппарат совершает облёт планеты по гиперболической траектории и со скоростью vвых покидает её сферу действия. При этом скорости vвх и vвых равны по модулю, но имеют разное направление, отличающееся на угол φ. После выхода аппарата из сферы действия планеты, его гелиоцентрическая скорость Vвых является суммой скоростей Vпл и vвых (см. треугольник 2). Обозначенная как ΔV разность скоростей Vвых и Vвх (см. фигуру 3) называется приращением скорости и является результатом гравитационного манёвра.

Приращение скорости зависит от относительной скорости сближения vвх, массы планеты и прицельной дальностиb — чем ближе к планете пройдёт траектория космического аппарата, тем больше будет угол отклонения φ и значительнее приращение скорости. Минимальное расстояние ограничено необходимостью избегать контакта космического аппарата с планетой (включая её атмосферу, при наличии таковой). Таким образом около одного и того же небесного тела приращение скорости может существенно отличаться в зависимости от скорости и траектории космического аппарата.

Из законов небесной механики следует, что наибольшее возможное приращение скорости достигается при vвх равной круговой орбитальной скорости в точке наибольшего сближения с планетой. Угол отклонения φ при этом получается равным 60°. Максимально возможный модуль вектора приращения скорости (в км/с) при совершении гравитационных манёвров около некоторых планет Солнечной системы представлен в таблице:

Меркурий Венера Земля Луна Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун
3,005 7,328 7,910 1,680 3,555 42,73 25,62 15,18 16,73

На практике достижимое приращение скорости зависит от цели совершаемого манёвра.

Роль гравитационных манёвров в исследовании космического пространства

До практического освоения гравитационных манёвров исследование большей части Солнечной системы оставалось проблематичным. Скорость отлёта от Земли, достижимая с помощью химических ракет, позволяла совершать перелёты с выходом на орбиту искусственного спутника планеты назначения только до ближайших к Земле планет: Венеры и Марса. Для Меркурия, Юпитера и Сатурна было теоретически возможно лишь кратковременное посещение окрестностей планеты. Исследования более отдалённых регионов Солнечной системы и выход за её пределы с помощью химических ракет считались невозможными или непрактичными из-за слишком большого времени перелёта по энергоэффективным эллиптическим (гомановским) траекториям. Таким образом, исследование отдалённых от Земли регионов Солнечной системы в конце 50-х — начале 60-х годов XX века представлялось учёным задачей отдалённого будущего, требующей вначале разработки более эффективных реактивных двигателей (например, ядерных или электрических).

  • Использование гравитационного манёвра:
  • image
    для замедления полёта
  • image
    для ускорения полёта — «гравитационная праща»

Гравитационный манёвр около движущегося по орбите массивного небесного тела — планеты или крупного естественного спутника планеты — позволяет изменить кинетическую энергию космического аппарата без затрат топлива. Фактически, речь идёт о перераспределении кинетической энергии небесного тела и космического аппарата. Насколько изменяется кинетическая энергия аппарата, настолько же изменяется в обратную сторону кинетическая энергия движения небесного тела по его орбите. Поскольку масса искусственного космического аппарата исчезающе мала в сравнении с массой любого пригодного для гравитационного манёвра небесного тела (включая спутники планет), изменение орбиты этого тела оказывается пренебрежимо малым. Таким образом, гравитационный манёвр является «бесплатным» и эффективным способом разгона, торможения или изменения направления движения космических аппаратов в целях исследования всей Солнечной системы и выхода за её пределы при существующих ракетных технологиях.

История

Уже сотни лет назад астрономам были известны изменения траекторий и кинетической энергии комет при сближениях их с массивными телами, например, с Юпитером. Идея о целенаправленном использовании притяжения крупных небесных тел для изменения направления и скорости полёта космических аппаратов выдвигалась в XX веке различными авторами, зачастую независимо друг от друга.

В 1938 году один из основоположников космонавтики Ю. В. Кондратюк передал историку авиации Б. Н. Воробьёву рукопись «Тем кто будет читать, чтобы строить». В ней высказывается идея об использовании при межпланетном перелёте тяготения спутников планет для дополнительного ускорения космического аппарата в начале и замедления его в конце пути. Сам Кондратюк датировал рукопись 1918—19 годами, но по мнению Т. М. Мелькумова эта датировка сомнительна.

Ф. А. Цандер подробно описал принципы изменения направления и скорости космического аппарата при облёте планет и их спутников в статье «Полёты на другие планеты (теория межпланетных путешествий)», датируемой 1924—25 годами и опубликованной в 1961 году.

С 1930-х годов гравитационные манёвры стали встречаться в научной фантастике. Одним из примеров является рассказ Лестера дель Рея «Habit», впервые изданный в 1939 году. Герой рассказа выигрывает космическую гонку, использовав притяжение Юпитера для разворота своего корабля без потери скорости.

В 1954 году член Британского межпланетного общества математик [англ.] отметил, что ряд авторов предлагает уменьшать расход горючего при полётах на другие планеты с помощью притяжения различных тел Солнечной системы, но методы расчёта подобных манёвров недостаточно изучены.

В 1956 году на седьмом Международном конгрессе астронавтики итальянский учёный Гаэтано Крокко предложил план беспосадочного пилотируемого полёта по траектории Земля — Марс — Венера — Земля, рассчитанной таким образом, чтобы отклонение космического корабля притяжением Венеры компенсировало отклонение, внесённое притяжением Марса при облёте его на небольшой дистанции. План полёта предусматривал только один разгон космического корабля реактивным двигателем, а время в пути составляло ровно год, что выгодно отличало его от полёта к Марсу по гомановским траекториям. Он получил известность как «[итал.]».

В 1957 году аспирант Отделения прикладной математики Математического института имени В. А. Стеклова АН СССР (ОПМ МИАН) В. А. Егоров опубликовал статью «О некоторых задачах динамики полёта к Луне», которая получила мировое признание. В состав этой работы входило исследование гравитационных манёвров около Луны для разгона или торможения космического аппарата. Выводы Егорова оказались близкими к выводам Цандера.

На практике гравитационный манёвр был впервые осуществлён в 1959 году советской космической станцией «Луна-3», которая сделала снимки обратной стороны Луны. Изменение орбиты аппарата под действием притяжения Луны было рассчитано так, чтобы траектория его возвращения к Земле пролегала над Северным полушарием, в котором были сосредоточены советские наблюдательные станции. Расчёт манёвра основывался на исследовании ОПМ МИАН под руководством М. В. Келдыша, в котором использовались результаты работы Егорова.

В 1961 году вопрос использования гравитационных манёвров в межпланетных полётах начал изучать аспирант Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Майкл Минович, проходивший интернатуру в Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA. Для численного решения задачи трёх тел он использовал компьютер IBM 7090 с рекордным на то время быстродействием. В 1963 году он опубликовал работу «The Determination and Characteristics of Ballistic Interplanetary Trajectories Under the Influence of Multiple Planetary Attractions», в которой рассматривалось использование гравитационных манёвров в межпланетных полётах, в том числе неоднократно в ходе одной миссии.

Исследования Миновича не получили немедленного признания коллег по JPL. Его программа и результаты вычислений не были использованы непосредственно, но в 1964 году они послужили поводом для исследования практической возможности полёта к Меркурию с использованием гравитационного манёвра у Венеры. В том же году они привлекли внимание другого интерна JPL, [англ.], изучавшего возможность использования гравитационных манёвров для экономии горючего и времени при осуществлении полётов автоматических зондов к внешним планетам Солнечной системы. До знакомства с работой Миновича он опирался на труды Гомана и Крокко, а также на изданную в 1962 году книгу [англ.] «Space Flight», в которую входило описание концепции гравитационных манёвров.

Флэндро приступил к самостоятельным расчётам «реалистичных профилей миссий», которые позволили бы использовать гравитационный манёвр около Юпитера для достижения отдалённых планет при известных значениях полезной нагрузки и гарантированного времени работы космического аппарата. Рассчитывая «окна запуска» он независимо от Миновича обнаружил, что в начале 1980-х годов будет иметь место возможность облёта Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна одним аппаратом, благодаря редкому (один раз в 176 лет) сближению этих планет на орбитах. Чтобы воспользоваться данной возможностью, космический аппарат должен был стартовать с Земли в конце 1970-х. Флэндро представил результаты своих исследований во внутреннем издании JPL в 1965 году, а в 1966 опубликовал статью «Fast Reconnaissance Missions to the Outer Solar System Utilizing Energy Derived from the Gravitational Field of Jupiter».

В 1965 году, во время совместной работы со Стэнли Кубриком над фильмом «2001: A Space Odyssey», английский писатель-фантаст Артур Кларк предложил изобразить гравитационный манёвр космического корабля «Дискавери-1» в поле тяготения Юпитера как средство достичь Сатурна. Эта идея не была реализована в кинофильме из-за сложности спецэффектов, необходимых для реалистичного изображения Сатурна, но вошла в одноимённый роман Кларка, изданный в 1968 году.

В 1969 году NASA был разработан проект масштабной космической программы по исследованию внешних планет. В основу проекта легли наработки Флэндро, а название «Grand Tour» было позаимствовано у Крокко. Из-за высокой стоимости проект был реализован лишь частично в 1977 году в виде космической программы «Вояджер». Но ещё до запуска «Вояджеров» гравитационный манёвр торможения в поле тяготения Венеры для достижения Меркурия был успешно осуществлён в миссии «Маринер-10», стартовавшей в 1973 году.

В дальнейшем гравитационные манёвры широко использовались в межпланетных миссиях различных космических агентств.

Сочетание с эффектом Оберта

Основная статья: Эффект Оберта

Под гравитационным манёвром иногда понимается комбинированный способ ускорения космических аппаратов с использованием «эффекта Оберта». Суть данного способа заключается в том, что при выполнении гравитационного манёвра аппарат включает двигатель в окрестностях перицентра огибающей планету траектории, чтобы с максимальной эффективностью использовать энергию топлива для повышения кинетической энергии аппарата.

Примеры использования

image
Траектория «Луны-3» и гравитационный манёвр
image
Межпланетная траектория зонда «Кассини»

Гравитационный манёвр впервые был успешно осуществлён в 1959 году автоматической межпланетной станцией (АМС) Луна-3. С тех пор гравитационные манёвры широко используются в межпланетных полётах. Например, в 1974 году гравитационный манёвр использовала АМС Маринер-10 — было произведено сближение с Венерой, после которого аппарат направился к Меркурию.

АМС Вояджер-1 и Вояджер-2 использовали гравитационные манёвры у Юпитера и Сатурна, благодаря чему приобрели рекордные скорости отлёта из Солнечной системы. Запущенная в 2006 году АМС Новые горизонты совершила только один гравитационный манёвр около Юпитера, в результате чего проигрывает Вояджерам в скорости отлёта, несмотря на более высокую стартовую скорость.

Сложную комбинацию гравитационных манёвров использовали АМС Кассини (для разгона аппарат использовал гравитационное поле трёх планет — Венеры (дважды), Земли и Юпитера) и Розетта (четыре гравитационных манёвра около Земли и Марса).

В 1998 году для потерпевшего аварию на этапе выведения спутника связи PAS-22 была разработана и реализована программа полёта, в которой благодаря двум гравитационным манёврам около Луны удалось с ограниченным запасом топлива перевести спутник с незапланированной вытянутой эллиптической геопереходной орбиты на геосинхронную орбиту с параметрами, пригодными для коммерческой эксплуатации. Теорию перехода на геостационарную орбиту с использованием лунного поля тяготения ранее разработали в Институте прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН. Именно эти исследования легли в основу программы спасения спутника.

См. также

  • Пролётная аномалия (аномалия сближения)

Примечания

Комментарии

  1. Данное описание не учитывает действие на космический аппарат тяготения иных тел кроме планеты, изменение направления движения планеты за время выполнения манёвра и другие усложняющие факторы.
  2. Сфера действия планеты — условная область, в которой траекторию космического аппарата можно рассматривать как кеплеровскую орбиту вокруг этой планеты.
  3. Здесь и далее имеются в виду векторные разности и суммы скоростей.
  4. Следует понимать, что приращение скорости в результате гравитационного манёвра является векторной величиной и само по себе не означает разгона или торможения космического аппарата. Изменение модуля гелиоцентрической скорости аппарата в результате манёвра зависит не только от величины приращения скорости, но и от его направления относительно исходной скорости движения.
  5. Прицельной дальностью в космической механике называется расстояние между асимптотой гиперболической траектории облёта планеты и её фокусом, совпадающим с центром планеты.
  6. Например, изменение скорости Юпитера, за счёт которого «Вояджер» получил дополнительный разгон более чем на 64 000 км/ч, составляет 0,2 мм/млрд лет.
  7. Т. М. Мелькумов — автор вступительной статьи сборника «Пионеры ракетной техники», в котором впервые опубликована рукопись Кондратюка «Тем кто будет читать, чтобы строить».

Источники

  1. Левантовский, 1980, с. 230, 325.
  2. Левантовский, 1980, с. 325.
  3. Левантовский, 1980, с. 68—72.
  4. Левантовский, 1980, с. 328.
  5. Мирер С. А. Механика космического полета. Орбитальное движение. — Институт прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН, 2013. — С. 38. — 106 с. Архивировано 23 ноября 2018 года.
  6. Левантовский, 1980, с. 325—329.
  7. Dowling et al., 2007, The Impossibility of Exploring Most of the Solar System With the Classical Theory of Space Travel, pp. 343—346.
  8. Саган Карл. Глава 6. Триумф «Вояджера» // Голубая точка. Космическое будущее человечества / пер. с англ.: Олег Сивченко. — М.: АНФ, 2016. — 404 с. — ISBN 978-5-91671-573-6.
  9. Tony Reichhardt. Gravity's overdrive (англ.) // Air & Space Smithsonian : журнал. — 1994. — Февраль/март (vol. 8). — P. 72—78. — ISSN 0886-2257.
  10. «Пионеры ракетной техники», 1964, с. 624.
  11. «Пионеры ракетной техники», 1964, с. 533—534.
  12. «Пионеры ракетной техники», 1964, с. 9.
  13. «Пионеры ракетной техники», 1964, с. 8.
  14. Цандер, 1961, с. 285, 333—348.
  15. Luisa Spairani. The Gaetano A. Crocco's grand tour goes on (англ.). Tecnologie di Frontiera (30 октября 2016). Дата обращения: 16 августа 2018. Архивировано 1 декабря 2017 года.
  16. Ивашкин, 2010, с. 74.
  17. Цандер, 1961, с. 19.
  18. Детская энциклопедия, 1965, с. 163.
  19. Энеев и Аким, 2007.
  20. Ивашкин, 2010, с. 87—97.
  21. Christopher Riley and Dallas Campbell (23 октября 2012). The maths that made Voyager possible. BBC News (англ.). Архивировано 16 января 2022. Дата обращения: 16 августа 2018.
  22. Stephen J. Pyne. The Grand Tour conceived // Voyager: Exploration, Space, and the Third Great Age of Discovery. — Penguin, 2010. — 343 с. — ISBN 978-1-101-19029-6.
  23. Stephanie Schwam. The Making of 2001: A Space Odyssey. — Random House Publishing Group, 2010-07-21. — 415 с. — ISBN 9780307757609. Архивировано 17 августа 2018 года.
  24. Scharf, Caleb A (25 февраля 2013). The Fastest Spacecraft Ever?. Scientific American Blog Network (англ.). Архивировано 27 декабря 2021. Дата обращения: 30 декабря 2017.
  25. В. Агапов. HGS-1: долгая дорога на геостационарную орбиту // Новости космонавтики : журнал. — ФГУП ЦНИИмаш, 1998. — Т. 8, № 14 (181). — С. 18—20.
  26. Michael Martin Nieto, John D. Anderson Earth Flyby Anomalies Архивная копия от 6 февраля 2020 на Wayback Machine // arxiv.org, 7 Oct 2009

Литература

  • Первые искусственные небесные тела // Детская энциклопедия / Глав. ред. А. И. Маркушевич. — 2-е изд. — М. : Просвещение, 1965. — Т. 2 : Мир небесных тел. Числа и фигуры. — С. 169—167.
  • Пионеры ракетной техники. Кибальчич, Циолковский, Цандер, Кондратюк / [Ред.-сост. Б. Н. Воробьев, В. Н. Сокольский. Вступит. статья Т. М. Мелькумова]. — М. : Наука, 1964. — 671 с.
  • Цандер, Фридрих Артурович. Проблема полёта при помощи ракетных аппаратов : Межпланетные полёты : соч. 1925 года / ред. Л. К. Корнеев. — 2-я редакция. — М. : Оборонгиз, 1961. — 459 с.
  • Ивашкин В. В. Лунные траектории космических аппаратов: пионерские работы в Институте прикладной математики и их развитие // Прикладная небесная механика и управление движением : сборник / Э. Л. Аким (гл. ред.). — М.: Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН, 2010. — С. 73—106. — ISBN 978-5-98354-007-1.
  • Левантовский В. И. Механика космического полёта в элементарном изложении. — изд. 3-е, доп. и перераб. — М.: Наука, 1980. — 512 с.
  • Richard L. Dowling, William J. Kosmann, Michael A. Minovitch, Rex W. Ridenoure. Chapter 15. The Effect of Gravity-Propelled Interplanetary Space Travel on the Exploration of the Solar System: Historical Survey, 1961 to 2000 // History of Rocketry and Astronautics (англ.) / Volume Editor Frank H. Winter. — San Diego, California: Univelt, 2007. — P. 337—432. — 560 p. — (AAS History Series, Volume 28). — ISBN 0-87703-539-3. — ISBN 978-0-87703-539-8.
  • Энеев, Тимур Магометович, Аким, Эфраим Лазаревич. Академик М. В. Келдыш : Механика космического полёта // Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша. — 2007. — Дата обращения: 09.06.2018.

Ссылки

  • Boris V. Rauschenbakh. Essential Spaceflight Dynamics and Magnetospherics : [англ.] / Boris V. Rauschenbakh, Michael Yu. Ovchinnikov, [англ.]. — Dordrecht, Netherlands : Kluwer Academic Publishers, 2002. — P. 146—147. — 397 p. — (Space Technology Library ; vol. 15). — ISBN 9781402010637.
  • Ксанфомалити Л. В. Ценный дар небесной механики // Вселенная и мы : журнал. — 2001. — № 4.

Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Гравитационный манёвр, Что такое Гравитационный манёвр? Что означает Гравитационный манёвр?

Ne sleduet putat s gravitacionnym razvorotom Gravitacio nnyj manyovr rezhe perturbacio nnyj manyovr celenapravlennoe izmenenie traektorii i skorosti polyota kosmicheskogo apparata pod dejstviem gravitacionnyh polej nebesnyh tel Vpervye uspeshno osushestvlyon v 1959 godu sovetskoj avtomaticheskoj mezhplanetnoj stanciej AMS Luna 3 Chasto ispolzuetsya dlya razgona avtomaticheskih mezhplanetnyh stancij otpravlyaemyh k otdalyonnym obektam Solnechnoj sistemy i za eyo predely s celyu ekonomii topliva i sokrasheniya vremeni polyota V takom primenenii izvesten takzhe pod nazvaniem gravitacionnaya prasha ot angl gravitational slingshot Mozhet ispolzovatsya i dlya zamedleniya kosmicheskogo apparata a v nekotoryh sluchayah naibolee vazhnoe znachenie imeet izmenenie napravleniya ego dvizheniya Naibolee effektivny gravitacionnye manyovry u planet gigantov no neredko ispolzuyutsya manyovry u Venery Zemli Marsa i dazhe Luny Princip soversheniya manyovraGravitacionnyj manyovr podrazumevaet sblizhenie sovershayushego orbitalnyj kosmicheskij polyot apparata s dostatochno massivnym nebesnym telom planetoj ili sputnikom planety obrashayushimsya vokrug togo zhe centra mass zvezdy ili planety sootvetstvenno Naprimer v okrestnostyah Zemli mozhno vypolnit gravitacionnyj manyovr putyom sblizheniya s Lunoj a pri polyotah v predelah Solnechnoj sistemy vozmozhny gravitacionnye manyovry okolo obrashayushihsya vokrug Solnca planet Shema gravitacionnogo manyovra 1 treugolnik skorostej pri vhode 2 treugolnik skorostej pri vyhode 3 V izmenenie geliocentricheskoj skorosti v rezultate gravitacionnogo manyovra V uproshyonnom predstavlenii gravitacionnyj manyovr okolo odnoj iz planet Solnechnoj sistemy vyglyadit sleduyushim obrazom kosmicheskij apparat vhodit v sferu dejstviya planety imeya skorost vvh otnositelno planety Eta skorost opredelyaetsya raznostyu skorostej dvizheniya apparata Vvh i planety Vpl otnositelno Solnca sm treugolnik 1 na illyustracii V planetocentricheskoj sisteme koordinat kosmicheskij apparat sovershaet oblyot planety po giperbolicheskoj traektorii i so skorostyu vvyh pokidaet eyo sferu dejstviya Pri etom skorosti vvh i vvyh ravny po modulyu no imeyut raznoe napravlenie otlichayusheesya na ugol f Posle vyhoda apparata iz sfery dejstviya planety ego geliocentricheskaya skorost Vvyh yavlyaetsya summoj skorostej Vpl i vvyh sm treugolnik 2 Oboznachennaya kak DV raznost skorostej Vvyh i Vvh sm figuru 3 nazyvaetsya prirasheniem skorosti i yavlyaetsya rezultatom gravitacionnogo manyovra Prirashenie skorosti zavisit ot otnositelnoj skorosti sblizheniya vvh massy planety i pricelnoj dalnostib chem blizhe k planete projdyot traektoriya kosmicheskogo apparata tem bolshe budet ugol otkloneniya f i znachitelnee prirashenie skorosti Minimalnoe rasstoyanie ogranicheno neobhodimostyu izbegat kontakta kosmicheskogo apparata s planetoj vklyuchaya eyo atmosferu pri nalichii takovoj Takim obrazom okolo odnogo i togo zhe nebesnogo tela prirashenie skorosti mozhet sushestvenno otlichatsya v zavisimosti ot skorosti i traektorii kosmicheskogo apparata Iz zakonov nebesnoj mehaniki sleduet chto naibolshee vozmozhnoe prirashenie skorosti dostigaetsya pri vvh ravnoj krugovoj orbitalnoj skorosti v tochke naibolshego sblizheniya s planetoj Ugol otkloneniya f pri etom poluchaetsya ravnym 60 Maksimalno vozmozhnyj modul vektora prirasheniya skorosti v km s pri sovershenii gravitacionnyh manyovrov okolo nekotoryh planet Solnechnoj sistemy predstavlen v tablice Merkurij Venera Zemlya Luna Mars Yupiter Saturn Uran Neptun3 005 7 328 7 910 1 680 3 555 42 73 25 62 15 18 16 73 Na praktike dostizhimoe prirashenie skorosti zavisit ot celi sovershaemogo manyovra Rol gravitacionnyh manyovrov v issledovanii kosmicheskogo prostranstvaDo prakticheskogo osvoeniya gravitacionnyh manyovrov issledovanie bolshej chasti Solnechnoj sistemy ostavalos problematichnym Skorost otlyota ot Zemli dostizhimaya s pomoshyu himicheskih raket pozvolyala sovershat perelyoty s vyhodom na orbitu iskusstvennogo sputnika planety naznacheniya tolko do blizhajshih k Zemle planet Venery i Marsa Dlya Merkuriya Yupitera i Saturna bylo teoreticheski vozmozhno lish kratkovremennoe poseshenie okrestnostej planety Issledovaniya bolee otdalyonnyh regionov Solnechnoj sistemy i vyhod za eyo predely s pomoshyu himicheskih raket schitalis nevozmozhnymi ili nepraktichnymi iz za slishkom bolshogo vremeni perelyota po energoeffektivnym ellipticheskim gomanovskim traektoriyam Takim obrazom issledovanie otdalyonnyh ot Zemli regionov Solnechnoj sistemy v konce 50 h nachale 60 h godov XX veka predstavlyalos uchyonym zadachej otdalyonnogo budushego trebuyushej vnachale razrabotki bolee effektivnyh reaktivnyh dvigatelej naprimer yadernyh ili elektricheskih Ispolzovanie gravitacionnogo manyovra dlya zamedleniya polyota dlya uskoreniya polyota gravitacionnaya prasha Gravitacionnyj manyovr okolo dvizhushegosya po orbite massivnogo nebesnogo tela planety ili krupnogo estestvennogo sputnika planety pozvolyaet izmenit kineticheskuyu energiyu kosmicheskogo apparata bez zatrat topliva Fakticheski rech idyot o pereraspredelenii kineticheskoj energii nebesnogo tela i kosmicheskogo apparata Naskolko izmenyaetsya kineticheskaya energiya apparata nastolko zhe izmenyaetsya v obratnuyu storonu kineticheskaya energiya dvizheniya nebesnogo tela po ego orbite Poskolku massa iskusstvennogo kosmicheskogo apparata ischezayushe mala v sravnenii s massoj lyubogo prigodnogo dlya gravitacionnogo manyovra nebesnogo tela vklyuchaya sputniki planet izmenenie orbity etogo tela okazyvaetsya prenebrezhimo malym Takim obrazom gravitacionnyj manyovr yavlyaetsya besplatnym i effektivnym sposobom razgona tormozheniya ili izmeneniya napravleniya dvizheniya kosmicheskih apparatov v celyah issledovaniya vsej Solnechnoj sistemy i vyhoda za eyo predely pri sushestvuyushih raketnyh tehnologiyah IstoriyaUzhe sotni let nazad astronomam byli izvestny izmeneniya traektorij i kineticheskoj energii komet pri sblizheniyah ih s massivnymi telami naprimer s Yupiterom Ideya o celenapravlennom ispolzovanii prityazheniya krupnyh nebesnyh tel dlya izmeneniya napravleniya i skorosti polyota kosmicheskih apparatov vydvigalas v XX veke razlichnymi avtorami zachastuyu nezavisimo drug ot druga V 1938 godu odin iz osnovopolozhnikov kosmonavtiki Yu V Kondratyuk peredal istoriku aviacii B N Vorobyovu rukopis Tem kto budet chitat chtoby stroit V nej vyskazyvaetsya ideya ob ispolzovanii pri mezhplanetnom perelyote tyagoteniya sputnikov planet dlya dopolnitelnogo uskoreniya kosmicheskogo apparata v nachale i zamedleniya ego v konce puti Sam Kondratyuk datiroval rukopis 1918 19 godami no po mneniyu T M Melkumova eta datirovka somnitelna F A Cander podrobno opisal principy izmeneniya napravleniya i skorosti kosmicheskogo apparata pri oblyote planet i ih sputnikov v state Polyoty na drugie planety teoriya mezhplanetnyh puteshestvij datiruemoj 1924 25 godami i opublikovannoj v 1961 godu S 1930 h godov gravitacionnye manyovry stali vstrechatsya v nauchnoj fantastike Odnim iz primerov yavlyaetsya rasskaz Lestera del Reya Habit vpervye izdannyj v 1939 godu Geroj rasskaza vyigryvaet kosmicheskuyu gonku ispolzovav prityazhenie Yupitera dlya razvorota svoego korablya bez poteri skorosti V 1954 godu chlen Britanskogo mezhplanetnogo obshestva matematik angl otmetil chto ryad avtorov predlagaet umenshat rashod goryuchego pri polyotah na drugie planety s pomoshyu prityazheniya razlichnyh tel Solnechnoj sistemy no metody raschyota podobnyh manyovrov nedostatochno izucheny V 1956 godu na sedmom Mezhdunarodnom kongresse astronavtiki italyanskij uchyonyj Gaetano Krokko predlozhil plan besposadochnogo pilotiruemogo polyota po traektorii Zemlya Mars Venera Zemlya rasschitannoj takim obrazom chtoby otklonenie kosmicheskogo korablya prityazheniem Venery kompensirovalo otklonenie vnesyonnoe prityazheniem Marsa pri oblyote ego na nebolshoj distancii Plan polyota predusmatrival tolko odin razgon kosmicheskogo korablya reaktivnym dvigatelem a vremya v puti sostavlyalo rovno god chto vygodno otlichalo ego ot polyota k Marsu po gomanovskim traektoriyam On poluchil izvestnost kak ital V 1957 godu aspirant Otdeleniya prikladnoj matematiki Matematicheskogo instituta imeni V A Steklova AN SSSR OPM MIAN V A Egorov opublikoval statyu O nekotoryh zadachah dinamiki polyota k Lune kotoraya poluchila mirovoe priznanie V sostav etoj raboty vhodilo issledovanie gravitacionnyh manyovrov okolo Luny dlya razgona ili tormozheniya kosmicheskogo apparata Vyvody Egorova okazalis blizkimi k vyvodam Candera Na praktike gravitacionnyj manyovr byl vpervye osushestvlyon v 1959 godu sovetskoj kosmicheskoj stanciej Luna 3 kotoraya sdelala snimki obratnoj storony Luny Izmenenie orbity apparata pod dejstviem prityazheniya Luny bylo rasschitano tak chtoby traektoriya ego vozvrasheniya k Zemle prolegala nad Severnym polushariem v kotorom byli sosredotocheny sovetskie nablyudatelnye stancii Raschyot manyovra osnovyvalsya na issledovanii OPM MIAN pod rukovodstvom M V Keldysha v kotorom ispolzovalis rezultaty raboty Egorova V 1961 godu vopros ispolzovaniya gravitacionnyh manyovrov v mezhplanetnyh polyotah nachal izuchat aspirant Kalifornijskogo universiteta v Los Andzhelese Majkl Minovich prohodivshij internaturu v Laboratorii reaktivnogo dvizheniya JPL NASA Dlya chislennogo resheniya zadachi tryoh tel on ispolzoval kompyuter IBM 7090 s rekordnym na to vremya bystrodejstviem V 1963 godu on opublikoval rabotu The Determination and Characteristics of Ballistic Interplanetary Trajectories Under the Influence of Multiple Planetary Attractions v kotoroj rassmatrivalos ispolzovanie gravitacionnyh manyovrov v mezhplanetnyh polyotah v tom chisle neodnokratno v hode odnoj missii Issledovaniya Minovicha ne poluchili nemedlennogo priznaniya kolleg po JPL Ego programma i rezultaty vychislenij ne byli ispolzovany neposredstvenno no v 1964 godu oni posluzhili povodom dlya issledovaniya prakticheskoj vozmozhnosti polyota k Merkuriyu s ispolzovaniem gravitacionnogo manyovra u Venery V tom zhe godu oni privlekli vnimanie drugogo interna JPL angl izuchavshego vozmozhnost ispolzovaniya gravitacionnyh manyovrov dlya ekonomii goryuchego i vremeni pri osushestvlenii polyotov avtomaticheskih zondov k vneshnim planetam Solnechnoj sistemy Do znakomstva s rabotoj Minovicha on opiralsya na trudy Gomana i Krokko a takzhe na izdannuyu v 1962 godu knigu angl Space Flight v kotoruyu vhodilo opisanie koncepcii gravitacionnyh manyovrov Flendro pristupil k samostoyatelnym raschyotam realistichnyh profilej missij kotorye pozvolili by ispolzovat gravitacionnyj manyovr okolo Yupitera dlya dostizheniya otdalyonnyh planet pri izvestnyh znacheniyah poleznoj nagruzki i garantirovannogo vremeni raboty kosmicheskogo apparata Rasschityvaya okna zapuska on nezavisimo ot Minovicha obnaruzhil chto v nachale 1980 h godov budet imet mesto vozmozhnost oblyota Yupitera Saturna Urana i Neptuna odnim apparatom blagodarya redkomu odin raz v 176 let sblizheniyu etih planet na orbitah Chtoby vospolzovatsya dannoj vozmozhnostyu kosmicheskij apparat dolzhen byl startovat s Zemli v konce 1970 h Flendro predstavil rezultaty svoih issledovanij vo vnutrennem izdanii JPL v 1965 godu a v 1966 opublikoval statyu Fast Reconnaissance Missions to the Outer Solar System Utilizing Energy Derived from the Gravitational Field of Jupiter V 1965 godu vo vremya sovmestnoj raboty so Stenli Kubrikom nad filmom 2001 A Space Odyssey anglijskij pisatel fantast Artur Klark predlozhil izobrazit gravitacionnyj manyovr kosmicheskogo korablya Diskaveri 1 v pole tyagoteniya Yupitera kak sredstvo dostich Saturna Eta ideya ne byla realizovana v kinofilme iz za slozhnosti speceffektov neobhodimyh dlya realistichnogo izobrazheniya Saturna no voshla v odnoimyonnyj roman Klarka izdannyj v 1968 godu V 1969 godu NASA byl razrabotan proekt masshtabnoj kosmicheskoj programmy po issledovaniyu vneshnih planet V osnovu proekta legli narabotki Flendro a nazvanie Grand Tour bylo pozaimstvovano u Krokko Iz za vysokoj stoimosti proekt byl realizovan lish chastichno v 1977 godu v vide kosmicheskoj programmy Voyadzher No eshyo do zapuska Voyadzherov gravitacionnyj manyovr tormozheniya v pole tyagoteniya Venery dlya dostizheniya Merkuriya byl uspeshno osushestvlyon v missii Mariner 10 startovavshej v 1973 godu V dalnejshem gravitacionnye manyovry shiroko ispolzovalis v mezhplanetnyh missiyah razlichnyh kosmicheskih agentstv Sochetanie s effektom ObertaOsnovnaya statya Effekt Oberta Pod gravitacionnym manyovrom inogda ponimaetsya kombinirovannyj sposob uskoreniya kosmicheskih apparatov s ispolzovaniem effekta Oberta Sut dannogo sposoba zaklyuchaetsya v tom chto pri vypolnenii gravitacionnogo manyovra apparat vklyuchaet dvigatel v okrestnostyah pericentra ogibayushej planetu traektorii chtoby s maksimalnoj effektivnostyu ispolzovat energiyu topliva dlya povysheniya kineticheskoj energii apparata Primery ispolzovaniyaTraektoriya Luny 3 i gravitacionnyj manyovrMezhplanetnaya traektoriya zonda Kassini Gravitacionnyj manyovr vpervye byl uspeshno osushestvlyon v 1959 godu avtomaticheskoj mezhplanetnoj stanciej AMS Luna 3 S teh por gravitacionnye manyovry shiroko ispolzuyutsya v mezhplanetnyh polyotah Naprimer v 1974 godu gravitacionnyj manyovr ispolzovala AMS Mariner 10 bylo proizvedeno sblizhenie s Veneroj posle kotorogo apparat napravilsya k Merkuriyu AMS Voyadzher 1 i Voyadzher 2 ispolzovali gravitacionnye manyovry u Yupitera i Saturna blagodarya chemu priobreli rekordnye skorosti otlyota iz Solnechnoj sistemy Zapushennaya v 2006 godu AMS Novye gorizonty sovershila tolko odin gravitacionnyj manyovr okolo Yupitera v rezultate chego proigryvaet Voyadzheram v skorosti otlyota nesmotrya na bolee vysokuyu startovuyu skorost Slozhnuyu kombinaciyu gravitacionnyh manyovrov ispolzovali AMS Kassini dlya razgona apparat ispolzoval gravitacionnoe pole tryoh planet Venery dvazhdy Zemli i Yupitera i Rozetta chetyre gravitacionnyh manyovra okolo Zemli i Marsa V 1998 godu dlya poterpevshego avariyu na etape vyvedeniya sputnika svyazi PAS 22 byla razrabotana i realizovana programma polyota v kotoroj blagodarya dvum gravitacionnym manyovram okolo Luny udalos s ogranichennym zapasom topliva perevesti sputnik s nezaplanirovannoj vytyanutoj ellipticheskoj geoperehodnoj orbity na geosinhronnuyu orbitu s parametrami prigodnymi dlya kommercheskoj ekspluatacii Teoriyu perehoda na geostacionarnuyu orbitu s ispolzovaniem lunnogo polya tyagoteniya ranee razrabotali v Institute prikladnoj matematiki im M V Keldysha RAN Imenno eti issledovaniya legli v osnovu programmy spaseniya sputnika Sm takzheProlyotnaya anomaliya anomaliya sblizheniya PrimechaniyaKommentarii Dannoe opisanie ne uchityvaet dejstvie na kosmicheskij apparat tyagoteniya inyh tel krome planety izmenenie napravleniya dvizheniya planety za vremya vypolneniya manyovra i drugie uslozhnyayushie faktory Sfera dejstviya planety uslovnaya oblast v kotoroj traektoriyu kosmicheskogo apparata mozhno rassmatrivat kak keplerovskuyu orbitu vokrug etoj planety Zdes i dalee imeyutsya v vidu vektornye raznosti i summy skorostej Sleduet ponimat chto prirashenie skorosti v rezultate gravitacionnogo manyovra yavlyaetsya vektornoj velichinoj i samo po sebe ne oznachaet razgona ili tormozheniya kosmicheskogo apparata Izmenenie modulya geliocentricheskoj skorosti apparata v rezultate manyovra zavisit ne tolko ot velichiny prirasheniya skorosti no i ot ego napravleniya otnositelno ishodnoj skorosti dvizheniya Pricelnoj dalnostyu v kosmicheskoj mehanike nazyvaetsya rasstoyanie mezhdu asimptotoj giperbolicheskoj traektorii oblyota planety i eyo fokusom sovpadayushim s centrom planety Naprimer izmenenie skorosti Yupitera za schyot kotorogo Voyadzher poluchil dopolnitelnyj razgon bolee chem na 64 000 km ch sostavlyaet 0 2 mm mlrd let T M Melkumov avtor vstupitelnoj stati sbornika Pionery raketnoj tehniki v kotorom vpervye opublikovana rukopis Kondratyuka Tem kto budet chitat chtoby stroit Istochniki Levantovskij 1980 s 230 325 Levantovskij 1980 s 325 Levantovskij 1980 s 68 72 Levantovskij 1980 s 328 Mirer S A Mehanika kosmicheskogo poleta Orbitalnoe dvizhenie Institut prikladnoj matematiki imeni M V Keldysha RAN 2013 S 38 106 s Arhivirovano 23 noyabrya 2018 goda Levantovskij 1980 s 325 329 Dowling et al 2007 The Impossibility of Exploring Most of the Solar System With the Classical Theory of Space Travel pp 343 346 Sagan Karl Glava 6 Triumf Voyadzhera Golubaya tochka Kosmicheskoe budushee chelovechestva per s angl Oleg Sivchenko M ANF 2016 404 s ISBN 978 5 91671 573 6 Tony Reichhardt Gravity s overdrive angl Air amp Space Smithsonian zhurnal 1994 Fevral mart vol 8 P 72 78 ISSN 0886 2257 Pionery raketnoj tehniki 1964 s 624 Pionery raketnoj tehniki 1964 s 533 534 Pionery raketnoj tehniki 1964 s 9 Pionery raketnoj tehniki 1964 s 8 Cander 1961 s 285 333 348 Luisa Spairani The Gaetano A Crocco s grand tour goes on angl Tecnologie di Frontiera 30 oktyabrya 2016 Data obrasheniya 16 avgusta 2018 Arhivirovano 1 dekabrya 2017 goda Ivashkin 2010 s 74 Cander 1961 s 19 Detskaya enciklopediya 1965 s 163 Eneev i Akim 2007 Ivashkin 2010 s 87 97 Christopher Riley and Dallas Campbell 23 oktyabrya 2012 The maths that made Voyager possible BBC News angl Arhivirovano 16 yanvarya 2022 Data obrasheniya 16 avgusta 2018 Stephen J Pyne The Grand Tour conceived Voyager Exploration Space and the Third Great Age of Discovery Penguin 2010 343 s ISBN 978 1 101 19029 6 Stephanie Schwam The Making of 2001 A Space Odyssey Random House Publishing Group 2010 07 21 415 s ISBN 9780307757609 Arhivirovano 17 avgusta 2018 goda Scharf Caleb A 25 fevralya 2013 The Fastest Spacecraft Ever Scientific American Blog Network angl Arhivirovano 27 dekabrya 2021 Data obrasheniya 30 dekabrya 2017 V Agapov HGS 1 dolgaya doroga na geostacionarnuyu orbitu Novosti kosmonavtiki zhurnal FGUP CNIImash 1998 T 8 14 181 S 18 20 Michael Martin Nieto John D Anderson Earth Flyby Anomalies Arhivnaya kopiya ot 6 fevralya 2020 na Wayback Machine arxiv org 7 Oct 2009LiteraturaPervye iskusstvennye nebesnye tela Detskaya enciklopediya Glav red A I Markushevich 2 e izd M Prosveshenie 1965 T 2 Mir nebesnyh tel Chisla i figury S 169 167 Pionery raketnoj tehniki Kibalchich Ciolkovskij Cander Kondratyuk Red sost B N Vorobev V N Sokolskij Vstupit statya T M Melkumova M Nauka 1964 671 s Cander Fridrih Arturovich Problema polyota pri pomoshi raketnyh apparatov Mezhplanetnye polyoty soch 1925 goda red L K Korneev 2 ya redakciya M Oborongiz 1961 459 s Ivashkin V V Lunnye traektorii kosmicheskih apparatov pionerskie raboty v Institute prikladnoj matematiki i ih razvitie Prikladnaya nebesnaya mehanika i upravlenie dvizheniem sbornik E L Akim gl red M Institut prikladnoj matematiki im M V Keldysha RAN 2010 S 73 106 ISBN 978 5 98354 007 1 Levantovskij V I Mehanika kosmicheskogo polyota v elementarnom izlozhenii izd 3 e dop i pererab M Nauka 1980 512 s Richard L Dowling William J Kosmann Michael A Minovitch Rex W Ridenoure Chapter 15 The Effect of Gravity Propelled Interplanetary Space Travel on the Exploration of the Solar System Historical Survey 1961 to 2000 History of Rocketry and Astronautics angl Volume Editor Frank H Winter San Diego California Univelt 2007 P 337 432 560 p AAS History Series Volume 28 ISBN 0 87703 539 3 ISBN 978 0 87703 539 8 Eneev Timur Magometovich Akim Efraim Lazarevich Akademik M V Keldysh Mehanika kosmicheskogo polyota Institut prikladnoj matematiki im M V Keldysha 2007 Data obrasheniya 09 06 2018 SsylkiMediafajly na Vikisklade Boris V Rauschenbakh Essential Spaceflight Dynamics and Magnetospherics angl Boris V Rauschenbakh Michael Yu Ovchinnikov angl Dordrecht Netherlands Kluwer Academic Publishers 2002 P 146 147 397 p Space Technology Library vol 15 ISBN 9781402010637 Ksanfomaliti L V Cennyj dar nebesnoj mehaniki Vselennaya i my zhurnal 2001 4

16 Июл, 2025 / 10:55
NiNa.Az

NiNa.Az

NiNa.Az - Абсолютно бесплатная система, которая делится для вас информацией и контентом 24 часа в сутки.
Взгляните
Закрыто
© 2019 NiNa.Az - Все права защищены.
Авторские права: Dadash Mammadov