引力跳板

引力跳板

天文學上的一條專有名詞。

介紹

引力跳板引力跳板
空間探測器為了能以最近的路線和最省時、省力地飛向日標,必須選擇合理的飛行路線。
如果是月球探測器,無論是繞月飛行進行探測,還是在月球上管陸進行探測,由於月球本身處在地球引力範圍內,所以一般不必達到第二宇宙速度、只要初始速度大於lO.8千米/秒.就可飛向月球。月球探測器的飛行軌道在離月球6.6萬千米之外時,主受地球引力作用.是相對地球的橢圓軌道在離月球6.6萬乾米之內以後,主要受月球引力作剛,是相對於月球的雙曲線軌道。為了節省能量,月球探測器一般先進入繞地球飛行的停泊軌道,然後進入過渡軌道飛向月球。有的月球著陸探測器在飛向月球過程中,_不是先進入繞月飛行的軌道.再降落到月面.而是直接從過渡軌道下降到月而著陸。由於月球上沒有可用作減速的大氣,所以其探測器要么直接撞向月面硬著陸.要么*火箭減速實現在月面軟著陸。
如果是行星探測器.則發射它的運載火箭必須達到第二宇宙速度.使其進入繞太陽飛行的軌道。們若要使探測器與被探測的行星會合,或繞行星運行甚至在行星上著陸,就需要選擇適當的發射時時間和飛行路線。因為地球與其他行星都同繞太陽運行,而且軌道平面大致重疊.只是軌道半徑大小不同。因此.行星探測器為了用最省的能量飛抵目標行星,通常選擇相切於地球軌道和目標行星軌道的橢圓形航線。
行星探測器飛向被探測目標的軌道通常分成三段。第一段是發射段,即從地面起飛進入行星際飛行軌道;第二段是自由飛行段,即進入行星際飛行軌道後,在太陽引力作用F飛向目標天體;第三段是進入繞目標天體運行或向目標天體降落的階段。如果被探測的天體離地球不算太遠,隨著運載火箭能力的增大,可以讓探測器以較大的速度飛行,使其沿著大橢圓軌道以最短的航線飛向被探測的天體。如果被探測的天體離地球較遠,為了節省發射能量,通常先用較小的速度飛行,在航行過程中藉助行星的引力來加速或改變探測器飛行方向,從而最終飛向目標。
由地球飛往行星,最經濟的軌道就是雙切軌道,即與地球軌道和目標行星軌道相切的日心橢圓軌道,採用這種軌道可以很好地利用地球和行星的公轉運動。若按此軌道飛行,探測器只要在初始時候得到
必要的速度就行,然後大部分時間按慣性飛行。但是,這樣飛行的時間較長。如果探測器從相當近的地方飛越某顆行星.在藉助行星引力改變軌道的同時,又獲得更大的速度,使探測器飛向目標行星,就可以減少飛行時間。這種藉助行星引力支援的飛行,通常稱為引力“跳板”。這就是說,在星際航行中可以利用行星的引力作用改變探測器的日心運動速度,從而可以在沒有任何動力消耗的情況下對探測器加速,最終縮短星際航行的時間。
在太陽系行星際探測中.已廣泛採用了引力“跳板”的原理和方法。它從兩個方面使探測器向飛行軌道發生變化;一是根據探測天體的質量、探測器的飛越高度和相對速度,使軌道受到一定程度的偏轉:二是根據探測器的飛人角大小而改變其速度。因此,為了準確地利用借力飛行.應當事先確定探測器的飛人高度和飛入角度,並隨時注意其速度的微小變化。這樣,探測器在星際航行中,必須進行跟蹤、監測和調整,而且只要確切知道探測器在任何時刻的位置和速度,就 有可能對它的軌道進行必要的調整,從而最終飛向目標。
空間探測器的引力“跳板”有幾個優點:一是可以節省運載火箭探測器所帶的燃料.運載火箭只要達到一定的初始速度,就能利用行星引力“跳板”.飛向遙遠的星際空間。二是可以縮短星際航行時間,如果探測器選擇最經汗的雙切橢圓軌道飛行,飛向土星需要6年,飛向天王星需要l6年,飛抵海王星需要31年,而假如藉助木星引力“跳板”的作用,飛抵土星只需3~4年.飛到天王星只需8~9年,飛近海王星也只需12年.三是可使探測器進入非常特殊的軌道進行難得的探測活動。例如.美國發時的旅行者l號和2號探測器,利用1982年“九星聯珠”的機會.先後藉助木星、土星、天王星的引力作“跳板”,一次又一次地從術星跳到土星,*從土星跳到天王星,繼而*跳到海王星.成為探測太陽系行星最多、探測成果最豐富的行星際探測器。1990年10月6 n由發現號太空梭攜帶升空發射的尤利西斯號太陽探測器,在飛近木星之後,藉助木星的引力作用,偏轉90。而跳入垂直於黃道面的太陽極區.對從來接觸過的太陽的兩極地區進行了探測,取得了許多新成果。

有趣的事

最有趣的事是.美國休斯公司在1998年5月利用月球引力成功地挽救了未入軌的亞洲3號衛星,從而為今後挽救未能進入地球同步軌道的衛星開闢了一條新路。亞洲3號衛星是1997年12月發射的,由於火箭故障.它被擱淺於地球同步轉移軌道。此後,利用星上燃料把衛星送入月球軌道,接著再藉助月球引力改變衛星軌道,使它進入地球同步軌道。其實,美國以前就曾利用月球引力挽救成功幾乎瀕臨絕境的阿波羅13號飛船。

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