Как космический зонд сохраняет свою траекторию, проходя через экстремальное гравитационное поле газовых гигантов нашей Солнечной системы?

Космические зонды, такие как «Вояджер-1», «Новые горизонты» и т. д., путешествовали за пределами этих газовых гигантов. Как они справлялись с их экстремальной гравитацией?

Как траектории этих зондов не мешала огромная гравитация этих гигантских газовых тел? Как определялась траектория?

Это из-за малых размеров космических зондов?

Траектория, на которую не влияет огромная гравитация этих гигантских газовых тел, невозможна. Очень тщательное планирование и множество численных симуляций позволяют летать по траектории, которая ускоряется за счет маневра. Бо это не зависит от размера космических зондов. Зонды гигантских размеров изменили бы орбиту самих газовых гигантов, но их невозможно построить и запустить. Земля — мелкая галька по сравнению с этими газовыми гигантами. Зонд массой 10 % от массы Земли все еще слишком мал.
Математика; часть, которая делает ракетостроение на самом деле сложным. Чего они не знали, так это того, выдержит ли схема мощную радиацию и пройдет ли она сквозь пояс астероидов невредимой.

Ответы (2)

Траектория была не просто "беспрепятственной" - она ​​была усиленной!

Зная массу планеты, можно очень точно рассчитать, как это повлияет на траекторию пролетающего мимо зонда. Вы изменяете траекторию по прибытии таким образом, чтобы траектория вылета была именно такой, как хотелось бы. А из-за некоторых довольно неинтуитивных физических оговорок можно сделать так, что скорость зонда (относительно Солнца) при вылете может быть намного выше, чем при прибытии. Это называется « гравитационная помощь » или «маневр рогатки» и позволяет значительно сэкономить топливо. Во время своей миссии «Вояджеры» выполнили несколько гравитационных ассистентов, и они покидают Солнечную систему быстрее, чем любой другой зонд.

Неинтуитивно? Когда медленно летящий теннисный мяч попадает в движущийся локомотив, он отталкивается с гораздо большей скоростью. (Аналогия Рэндалла Манро).
@kubanczyk: Это очень упрощенная аналогия, которая, как правило, сбивает с толку, потому что столкновение с передней частью автомобиля совершенно не похоже на гравитационное колебание за планетой.
Принимая во внимание все основные законы физики, не должно ли это также изменить траекторию, орбиту и скорость планеты? Если да, то насколько «Вояджеры» изменили скорость других планет, «украв» у них скорость?
@kukis: Абсолютно да. Бросание теннисных мячей здесь, на Земле, также влияет на траекторию, орбиту и скорость планеты, и эффект примерно такого же размера. Планеты большие . Вы, конечно, можете посчитать, сколько энергии было «украдено», вычислив интеграл силы, приложенной по расстоянию; это работа , которая имеет единицы энергии. Работа, которую Юпитер проделал на "Вояджере", приводит к очень-очень небольшому ретроградному ускорению Юпитера и, следовательно, к очень-очень небольшому понижению его орбиты.
@kukis: Закон сохранения импульса. Масса планеты * изменение скорости планеты = масса космического корабля * изменение скорости космического корабля. Преимущество помощи гравитации ограничено половиной орбитальной скорости планеты, 13 км/с Юпитера, то есть в лучшем случае 6,5 км/с (вероятно, намного меньше). (721,9 кг * 6500 м/с) / 1,9e27кг = 2,47e-21 м/с. Это 0,78 ангстрем/миллениум,
@SF: planetary.org/blogs/guest-blogs/2013/… : «во время встречи «Вояджера» с Юпитером в 1979 году Юпитер замедлился примерно на 10 до -24-й степени километров в секунду», что составляет 1e-21 м/с. , так что ваше приближение определенно находится на правильном уровне!
@СФ. - Гравитационная дельта v ограничена круговой орбитальной скоростью чуть выше верхней части атмосферы планеты , что в случае Юпитера составляет Δ в около 41,8 км/с , т. е. более чем в три раза превышает орбитальную скорость Юпитера вокруг Солнца.
@DavidHammen: Давайте представим маленькую нейтронную звезду, вращающуюся на дальней окраине гигантской звезды. Орбитальная скорость нейтронной звезды составляет 1 м/с, для совершения одного оборота вокруг звезды-гиганта требуются миллионы лет. Между тем, вы можете вращаться прямо над его поверхностью на 1% c. Как, черт возьми, зонд, идущий с любого направления, получит 1% c за счет помощи гравитации?
@kubanczyk, я предполагаю, что SF имел в виду под неинтуитивностью то, что при прочих равных условиях планета применяет силу притяжения к зонду на пути, чтобы ускорить его, а затем использует ту же силу притяжения на выходе, чтобы замедлите его, почему скорость зонда вообще изменится?
@TracyCramer: скорость зонда (скалярная; скорость является вектором и меняет направление) относительно планеты остается неизменной, но скорость относительно звезды меняется. Представьте, что вы можете просто развернуться на 180 градусов вокруг планеты. (нереалистично, но эй, пример.) Вы прибываете медленно, в лоб. Планета движется на в п л ; Ваша скорость относительно звезды равна в с 0 , ваша скорость относительно планеты в п 0 знак равно в п л + в с 0 Вы качаетесь и уходите в то же самое в п 1 знак равно в п л + в с 0 в противоположном направлении, но теперь относительно звезды, на которую вы движетесь в п 1 + в п л знак равно 2 в п л + в с 0 !
@SF., так я сказал, что вы имели в виду под «неинтуитивными физическими предостережениями» или это было что-то еще?
@TracyCramer: Да, это так; также неочевидны траектории прибытия и отбытия, обеспечивающие оптимальную помощь. Добавьте к этому отклонение от конкретной цели и возможное изменение наклона, и все становится довольно сложно!

Они не !

Это траектория полета "Вояджера-1" к Юпитеру.

введите описание изображения здесь кредиты википедия

если траектория была заранее запланирована для обеспечения гравитации, то траектория остается беспрепятственной
@qwerty, если под беспрепятственным вы подразумеваете «следовал по намеченному пути», да. Если под беспрепятственным вы подразумеваете, что траектория не изменилась, то вы ошибаетесь. Смотрите изображение: прогиб значительный
@Antzi Честно говоря, отклонение было значительным только потому, что мы выстрелили зондом в планету. Если бы мы просто запустили зонд «между планетами», отклонение было бы гораздо менее выраженным (но я уверен, что со временем он все равно будет тянуть!)
Обратите внимание, что эта гиперболическая орбита с точки зрения Юпитера , а не с точки зрения Солнца . Как видите, с точки зрения Юпитера орбита "Вояджера" совершенно симметрична. Однако с точки зрения Солнца "Вояджер" ускоряется с огромной скоростью в прямом направлении орбиты Юпитера при близком сближении, и поэтому с точки зрения Солнца наблюдается большое ускорение.
@EricLippert да, но это все еще выглядит как сломанные эллипсы. надо еще график добавить
@Antzi - это сломанная гипербола (лучше: гиперболические сегменты), а не сломанные эллипсы. График в порядке.
Как космический зонд сохраняет свою траекторию, проходя через экстремальное гравитационное поле газовых гигантов нашей Солнечной системы?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v