Гравитационный маневр

Гравитационный манёвр для ускорения объекта

Гравитационный манёвр для замедления объекта

Гравитационный манёвр — разгон, замедление 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.

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 планеты, 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 манёвра 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.

Космический аппарат в системе отсчёта, связанной с Юпитером

Космический аппарат в системе отсчёта, связанной с Солнцем

Также под Гравитационным манёвром иногда понимается комбинированный способ ускорения космических аппаратов. Суть данного способа заключается в том, что, при выполнении гравитационного манёвра, 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 счёт этого, при "подъёме" аппарата из гравитационного колодца планеты его кинетическая энергия не тратится на увеличение потенциальной энергии сожжённого топлива, что позволяет получить дополнительный выигрыш в скорости. Художественное описание подобного манёвра можно встретить в фантастическом романе А.Кларка 2010: Одиссея 2 В настоящий момент нет информации об использовании подобных манёвров существующими космическими аппаратами.

Ссылки

• "Ценный дар небесной механики"
• Руководство к MFD TransX V3.6+ (навигационные расчеты для космического симулятора "Орбитер", позволяет рассчитывать в т.ч. гравитационные маневры)
• Гравитационные маневры АМС