Гравитационный маневр, просто о сложном.

Вы наверное часто слышали о таком понятие как "гравитационный маневр". А ведь если бы не он, то мы до сих пор не могли бы изучить дальние уголки нашей галактики, так как энергетические возможности современных ракет не позволяют нам улететь далеко.

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

Техника" гравитационного маневра" позволяет увеличивать или уменьшать импульс для увеличения или уменьшения энергии орбиты космического аппарата. Как правило, он используется на солнечной орбите, чтобы увеличить скорость космического аппарата и продвинуть его к внешней границе Солнечной системы, гораздо дальше от Солнца, чем это могла бы сделать его ракета-носитель.

В первые он был использован на космическом аппарате "Луна-3" в 1959 году.

Гравитационный манер аппарата "Луна-3 (Изображение загружено из интернета).
Гравитационный манер аппарата "Луна-3 (Изображение загружено из интернета).
Гравитационный манер аппарата "Луна-3 (Изображение загружено из интернета).

По сути принцип действия гравитационного маневра схож с обычным упругим взаимодействием, единственное, что импульс передается не через механическое, а гравитационное воздействие.

Иллюстрация принципа гравитационного маневра (Изображение загружено с сайта NASA).
Иллюстрация принципа гравитационного маневра (Изображение загружено с сайта NASA).
Иллюстрация принципа гравитационного маневра (Изображение загружено с сайта NASA).

При этом более массивное тело (планета) меняет траекторию и скорость менее массивного тела (КА - космического аппарата), естественно, что и КА воздействует на планету, но учитывая соотношение масс, это воздействие ничтожно. Если КА как бы догоняет планету, то планета его дополнительно разгоняет, в обратном случае замедляет.

Синяя траектория - замедления, красная - ускорение (изображение загружено из интернета)
Синяя траектория - замедления, красная - ускорение (изображение загружено из интернета)
Синяя траектория - замедления, красная - ускорение (изображение загружено из интернета)

На заре космической эры использование таких маневров было крайне сложной задачей, но сейчас они используются довольно часто, так как во-первых надо было провести огромные расчеты, чего не позволяли компьютеры тех времен, а во вторых были сильно уточнены данные о массе и траектории планет, без чего невозможно точно рассчитать траекторию.

Одни из самых известных космических аппаратов, которые использовали гравитационные маневры для путешествий на дальние границы солнечной системы это "Вояджер-1" и "Вояджер-2". Вояджер-2" стартовал в августе 1977 года и пролетел мимо Юпитера для ускорения траектории к Сатурну. "Вояджер-1" стартовал в следующем месяце и сделал то же самое (достигнув Юпитера раньше "Вояджера-2"). Затем "Вояджер-2" получил ускорение от Сатурна, а затем около Урана, поднявшись до самого Нептуна и далее.

Изображение аппарата типа Вояджер (Изображение загружено из интернета)
Изображение аппарата типа Вояджер (Изображение загружено из интернета)
Изображение аппарата типа Вояджер (Изображение загружено из интернета)