Аннотация: Здесь представлены статьи - главы из моей книги "Моя Земля". Статьи имеют по-новому осмысленную информацию и предназначены для переформатирования сознания читателя. Новый Нейтронный мир ждет Вас!
Текст из книги: "Моя Земля". Автор: Валерий Лаптев
Гравитационные манёвры
Вы замечали, иногда, когда долго ищешь какую-то определенную информацию, натыкаешься на одно и тоже. Перед Вами куча статей из разных ресурсов, написанных одними и теми же словами, в которых приводятся одни и те же рисунки, ходящие по кругу, и эта информационная карусель, тратит Ваше время, и совершенно не даёт Вам нужной и полной информации. Складывается впечатление, что люди создали о данной теме, своё, окончательно устраивающее их мнение, и просто повторяют друг друга. Такое произошло и со мной, когда я искал информацию о гравитационном манёвре. И разорвать эту информационную петлю удалось только, обратившись к первоисточнику, к книге Левантовского В. И. "Механика космического полета в элементарном изложении". Написанная в восьмидесятых годах прошлого века, книга до сих пор остаётся актуальной. Рекомендую книгу для тех, кто интересуется расчётом и построением траекторий космического полёта.
Гравитационный манёвр - манёвр полёта космического аппарата, в гравитации космического тела, целью которого является изменение траектории полёта, или увеличение / уменьшение скорости полёта.
Первый раз гравитационный манёвр успешно применили при пролёте спутника вблизи Луны. В 1959 году, советский спутник, автоматическая межпланетная станция - Луна-3, произвела гравитационный манёвр, облетев с юга на север обратную сторону Луны. После манёвра станция вернулась обратно к Земле, перейдя на круговую орбиту.
В большинстве случаев, использование гравитационного манёвра обусловлено ограничением массы топлива, которое возможно поднять при запуске ракеты. Поэтому при дальних полётах к таким планетам как Юпитер, Сатурн и дальше, в далёкий космос, используют гравитационный манёвр для дополнительного разгона космического корабля.
Вторым аппаратом, использовавшим гравитационный манёвр, после Луна-3, была американская автоматическая космическая станция "Маринер-10" (Mariner 10). "Маринер-10" был разработан для изучения и съемки поверхности Меркурия. Аппарат использовал гравитационный манёвр у Венеры, для опускания перигелия орбиты для сближения с орбитой Меркурия. Максимальное сближение аппарата с Венерой составило 5770 км.
В середине 1960-х годов, студент-интерн Гэри Флэндро рассчитал возможность полёта сразу к нескольким внешним планетам с использованием гравитационного манёвра около Юпитера. В 1966 году он опубликовал работу, в которой обратил внимание, что в конце 1970-х годов представляется удачная возможность для облёта сразу четырёх внешних планет Солнечной системы (Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна) одним космическим аппаратом, благодаря их редкому сближению на орбитах, что стало началом идеи проекта полёта аппаратов "Вояджер".
Для разгона, аппарат "Кассини" использовал гравитационное поле трёх планет: Земли, Венеры и Юпитера. Он два раза пролетел рядом с Венерой - в 1998 и 1999 годах. Затем в августе 1999 года со скоростью 69 тысяч км/ч (примерно 19 км/с) прошёл около Земли.
Скорость аппарата "Кассини" относительно Солнца во времени. Рисунок из Википедии.
И снова использование гравитационного манёвра в полете к Меркурию. Американская автоматическая межпланетная станция "Мессенджер" (англ. MErcurySurface, SpaceENvironment, GEochemistryandRanging - MESSENGER), запущенная 3 августа 2004 года использовала Венеру для гравитационного манёвра два раза. Первый пролёт состоялся 24 октября 2006 года с минимальной высотой 2992 км, второй 5 июня 2007 года. При втором пролёте "Мессенджер" пролетел вблизи Венеры по верхней границе облаков на высоте 338 км от поверхности планеты. Пролёты аппарата у Венеры позволили не только скорректировать траекторию полёта. Во время своего второго пролёта около Венеры "Мессенджер" сделал серию из 50 снимков удаляющейся планеты: первый - находясь на расстоянии 60,6 тыс. км от планеты, последний - на расстоянии 89,3 тыс., и провёл совместные работы по изучению поверхности Венеры с европейским космическим аппаратом "Венера-экспресс". Кроме возможности сравнения данных полученных двумя КА, находящимися на разных траекториях и обладающими разными исследовательскими инструментами, эта работа стала для "Мессенджера" проверкой функционирования его научного оборудования.
Информации об использовании гравитационного манёвра при полётах современных космических аппаратов достаточно много. Так аппарат совместной автоматической космической миссии Европейского космического агентства (EKA) и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) по исследованию Меркурия - "БепиКоломбо" (англ. BepiColombo), запуск которого осуществлен 20 октября 2018г., 11 августа 2021г. совершил второй пролет вблизи Венеры. Полёт аппарата продлится 7,2 года. Прибытие аппарата в район Меркурия ожидается 5 декабря 2025 года.
Вернёмся к процессу манёвра. В Википедии есть рисунок со схемой, где на примере сложения скоростей, объясняется процесс гравитационного маневра для изменения гелиоцентрической скорости полета. Ещё приводится объяснение, основанное на сохранении момента импульса. Планета отдаёт космическому кораблю энергию разгоняя его, а сама планета замедляется. Замедление проходит для планеты незаметно так как та имеет огромную массу.
Схема гравитационного манёвра: 1) треугольник скоростей при входе, 2) треугольник скоростей при выходе, 3) ∆V - изменение гелиоцентрической скорости в результате гравитационного манёвра.
Обычно такой полет представляет собой полёт по гиперболической траектории.
С изменением орбиты все понятно. Космический аппарат подлетает к планете, используя гравитацию облетает планету, и корректирует свою орбиту полёта.
В нашем же случае гравитационный маневр больше интересен для ускорения и замедления скорости полета. В книге Левантовского В. И. "Механика космического полета в элементарном изложении" описан пример использования гравитационного маневра у Венеры, с последующим маневром у Земли для разгона при полёте к дальним планетам. Затраты по времени на перелёт между внутренними планетами, "бесполезного" движения вокруг Солнца, компенсируется приростом скорости космического аппарата, который может составить хорошую величину: 2-3 км/с, что позволяет в двое увеличить полезную нагрузку.
Посмотрим на разгон (торможение) космического аппарата при гравитационном маневре с позиции новой Нейтронной теории. Вращение нейтронной звезды внутри планеты, создаёт вокруг неё гравитацию, - поток засасываемого нейтронной звездой эфира. У поверхности планеты, движение эфира вертикально, но на определённом расстоянии от тела, особенно в экваториальной области, поток постепенно отклоняется и создаёт орбитальное движение эфира. Может ли это орбитальное движение эфира приводить к ускорению или торможению космического аппарата?
На высоте от Земли:
- 10000 км - ускорение свободного падения 1,5 м/с², а скорость эфира 4,9 км/с;
- 5000 км - ускорение свободного падения 3,08 м/с², а скорость эфира 5,9 км/с;
- 500 км - ускорение свободного падения 8,4 м/с², а скорость эфира 7,6 км/с;
- 100 км - ускорение свободного падения 9,5 м/с², а скорость эфира 7,8 км/с.
- 0 км - ускорение свободного падения 9,8 м/с², а скорость эфира 7,9 км/с.
Так в сторону вращения эфира возможно приращение скорости в зависимости от расстояния пролёта и времени нахождения на орбите. 0 км и 100 км мы в расчет не берём, там атмосфера и вертикальное движение эфира.
Попробуем прикинуть приращение скорости аппарата. Расчёт сделаем на пальцах, без учёта постепенного влияния гравитации и ускорения аппарата при подлёте, и торможения, при удалении от планеты. Пусть аппарат пролетает мимо планеты Земля, по гиперболической траектории, на высоте 500 км, и пролетает, именно на этой высоте, дугу в 60°. А какая должна быть скорость аппарата при пролёте? Если скорость аппарата будет меньше скорости эфира на орбите (500 км - 7,6 км/с), то аппарат разгонится до скорости эфира, и, увы, останется на этой орбите надолго. Поэтому возьмём две скорости: 10 км/с (скорость меньше второй космической скорости Земли - 11 186,52 м/с) и 19 км/с (скорость с которой пролетел аппарат "Кассини" мимо Земли). Приращение скорости в таком случае будет произведение ускорения на орбите, на время нахождения аппарата на орбите.
V = a * t
1. Дугу в 60°, на высоте 500 км, со скоростью 10 км/с, аппарат преодолеет за 542 секунды и увеличит свою скорость на 4,55 км/с.
2. Дугу в 60°, на высоте 500 км, со скоростью 19 км/с, аппарат преодолеет за 285 секунд и увеличит свою скорость всего на 2,4 км/с.
Как видим, двигаясь по направлению гравитационного эфира планеты, можно увеличить скорость. А пролетая в противоположную сторону вращения, скорость можно замедлить.
