Гравитационный манёвр

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Гравитационный манёвр — разгон или изменение направления полёта космического аппарата, под действием гравитационных полей небесных тел, используется для экономии топлива и достижения высоких скоростей при полётах автоматических межпланетных станций к дальним планетам Солнечной системы.

Космический аппарат в системе отсчёта, связанной с Юпитером

Космический аппарат в системе отсчёта, связанной с Солнцем

Рассмотрим траекторию космического аппарата, пролетающего вблизи какого-нибудь большого небесного тела, например, Юпитера. В начальном приближении мы можем пренебречь действием на космический аппарат гравитационных сил от других небесных тел.

В системе отсчёта, связанной с Юпитером, космический аппарат разгоняется, проходит точку с минимальным расстоянием до плантеы, а потом замедляется. Общая траектория космического аппарата представляет собой гиперболу, причём скорости до и после манёвра совпадают.

Теперь посмотрим на ту же ситуацию в системе отсчёта, связанной с Солнцем. В этой системе отсчёта планета движется по орбите (в случае Юпитера, со скоростью более 13 км/с), поэтому скорость космического аппарата относительно Солнца может измениться. Таким образом, без затрат топлива можно изменить кинетическую энергию космического аппарата.

Наиболее выгодны гравитационные манёвры у планет-гигантов, но нередко используются манёвры у Венеры, Земли, Марса и даже Луны.

Максимально возможные приращения скорости, км/с:

Меркурий	Венера	Земля	Луна	Марс	Юпитер	Сатурн	Уран	Нептун	Плутон
3.005	7.328	7.910	1.680	3.555	42.73	25.62	15.18	16.73	1.09

Считается, что впервые гравитационный манёвр был осуществлён в 1974 космическим аппаратом Маринер-10 — было произведено сближение с Венерой, после которого аппарат направился к Меркурию. Однако российские историки космонавтики утверждают, что идея гравитационного маневра была на практике осуществлена во время полёта космического аппарата «Е-2А» № 1 (с 1963 — Луна-3), автоматической станции, которой впервые в мире, удалось осуществить фотографирование обратной стороны Луны.

Также под Гравитационным манёвром иногда понимается комбинированный способ ускорения космических аппаратов. Суть данного способа заключается в том, что, при выполнении гравитационного маневра, в "нижней" части траектории аппарат включает двигатель и сжигает топливо, получая дополнительное ускорение и переводя таким образом потенциальную энергию топлива в кинетическую энергию корабля. Кроме того, за счет этого, при "подъеме" аппарата из гравитационного колодца планеты его кинетическая энергия не тратится на увеличение потенциальной энергии сожженого топлива, что позволяет получить дополнительный выигрыш в скорости. Художественное описание подобного маневра можно встретить в фантастическом романе А.Кларка 2010: Одиссея 2 В настоящий момент нет информации об использовании подобных маневров существующими космическими аппаратами.