Что такое гравитационный манёвр и как он разгоняет зонды без топлива?
Читал, что зонды «Вояджер» разгонялись о Юпитер, не тратя топливо. Что такое гравитационный манёвр и как планета может ускорить аппарат, если сама притягивает его обратно?
2 ответа
Гравитационный манёвр (или гравитационная праща) — это способ разогнать аппарат, «украв» немного скорости у движущейся планеты.
Казалось бы, парадокс: планета притягивает зонд при подлёте, но потом так же притягивает при отлёте — и эффект должен обнулиться. Так и было бы, если бы планета стояла на месте. Но планета сама летит вокруг Солнца с огромной скоростью!
Секрет в системе отсчёта. Относительно планеты зонд влетает и вылетает с одинаковой скоростью — тут чистый разворот. Но относительно Солнца зонд «цепляется» за движущуюся планету и забирает у неё чуть-чуть орбитальной скорости. Это как мячик, отскочивший от движущейся навстречу ракетки, — он улетает быстрее, чем прилетел.
Закон сохранения импульса соблюдается: зонд ускоряется, а планета тормозится — но она настолько массивнее, что её замедление ничтожно (на доли миллиметра в секунду).
Именно так «Вояджеры» и другие зонды добирались до далёких планет, экономя годы и тонны топлива. Можно и наоборот — затормозить, пролетая позади планеты.
Частая ошибка: думать, что энергия берётся «из ниоткуда». Нет — она берётся из орбитального движения планеты, просто её запас несоизмеримо больше.
Аналогия: бросаешь теннисный мяч навстречу едущему поезду — он отскакивает быстрее, забрав часть скорости поезда. Так и зонд у Юпитера: относительно планеты скорость не меняется, но относительно Солнца он разгоняется за счёт движения самой планеты. Топливо при этом почти не тратится.