美国发射的旅行者1号和2号探测器,就“颇有心机”地利用1982年“九星联珠”的机会,先后借助木星、土星、天王星的引力作“跳板”,从木星跳到土星,又从土星跳到天王星,继而又跳到海王星,成为探测太阳系行星最多、探测成果最丰富的行星际探测器。1990年10月6日由发现号航天飞机携带升空发射的尤利西斯号太阳探测器,在飞近木星之后,借助木星的引力作用,偏转90°而跳入垂直于黄道面的太阳极区,对从未接触过的太阳的两极地区进行了探测,取得了许多新成果。
行星探测器飞向被探测目标的轨道通常分成三段。第一段是发射段,即从地面起飞进入行星际飞行轨道;第二段是自由飞行段,即进入行星际飞行轨道后,在太阳引力作用F飞向目标天体;第三段是进入绕目标天体运行或向目标天体降落的阶段。如果被探测的天体离地球不算太远,随着运载火箭能力的增大,可以让探测器以较大的速度飞行,使其沿着大椭圆轨道以最短的航线飞向被探测的天体。如果被探测的天体离地球较远,为了节省发射能量,通常先用较小的速度飞行,在航行过程中借助行星的引力来加速或改变探测器飞行方向,从而最终飞向目标。
由地球飞往行星,最经济的轨道就是双切轨道,即与地球轨道和目标行星轨道相切的日心椭圆轨道,采用这种轨道可以很好地利用地球和行星的公转运动。若按此轨道飞行,探测器只要在初始时候得到
必要的速度就行,然后大部分时间按惯性飞行。但是,这样飞行的时间较长。如果探测器从相当近的地方飞越某颗行星.在借助行星引力改变轨道的同时,又获得更大的速度,使探测器飞向目标行星,就可以减少飞行时间。这种借助行星引力支援的飞行,通常称为引力“跳板”。这就是说,在星际航行中可以利用行星的引力作用改变探测器的日心运动速度,从而可以在没有任何动力消耗的情况下对探测器加速,最终缩短星际航行的时间。
在太阳系行星际探测中.已广泛采用了引力“跳板”的原理和方法。它从两个方面使探测器向飞行轨道发生变化;一是根据探测天体的质量、探测器的飞越高度和相对速度,使轨道受到一定程度的偏转:二是根据探测器的飞人角大小而改变其速度。因此,为了准确地利用借力飞行.应当事先确定探测器的飞入高度和飞入角度,并随时注意其速度的微小变化。这样,探测器在星际航行中,必须进行跟踪、监测和调整,而且只要确切知道探测器在任何时刻的位置和速度,就 有可能对它的轨道进行必要的调整,从而最终飞向目标。
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