“引力弹弓”助力探索太阳系——浅谈引力助推

“引力弹弓”助力探索太阳系——浅谈引力助推

首页枪战射击弹弓探索更新时间:2024-05-10

相信绝大部分人都知道,如果从地球发射航天器到太阳系以外,在发射方向与地球公转方向一致的情况下,速度最起码要达到16.7千米每秒才可以成功脱离太阳引力的束缚。这个速度被称为第三宇宙速度。虽然在宇宙尺度上,16.7千米每秒的速度并不算大,但对于人类目前的科技来说还是有些困难。应该说目前人造飞行器还达不到这样的高速。可是那怎么办?难道人类就被困在太阳系中永远出不去了吗?

太阳系 来自网络

非也非也,虽然目前人类的科学技术还办不到,但探测器可以多跑点路,去找太阳系其他行星“借”点能量,最终达到同样的目的。这种做法在天文学上有一个专业的名词,叫“引力助推”,也被称作“弹弓效应”。这个想法是由前苏联科学家尤里.康德拉图克首次提出的,也确实进行了一番实际应用。但直到1961年,天文学家迈克尔.米诺维奇才真正意识到引力助推在星际航行中的重要作用。他在解决“三体问题”的时候无意发现航天器在经过绕日行星时,可以借助行星公转速度获得一些速度的增加,这使得航天器很轻松就可以达到第三宇宙速度,从而逃离太阳系。进一步研究表明,20世纪七十年代后期,是一次绝佳的机会。在自己的努力下,美国最终开始了旅行者号计划。到目前为止,两艘飞船已经到达太阳系的边缘,甚至已经飞出太阳系了也说不定。

引力助推 来自网络

旅行者号路径 来自网络

说到这,引力助推究竟是什么意思呢?简单来说,航天器在以合适的角度接近某行星时,会受到行星引力作用,把航天器拉到附近,然后由于航天器速度太快,不会被行星捕获而是甩出去。但在这个过程中,航天器已经获得了该行星公转速度赋予它的速度增量了。也就是说航天器的速度更快了。

引力弹弓示意图 来自网络

也许有人还会问了,这样看来,这个速度是平白无故来的,好像违反了能量守恒?其实并不是这样。实际上在这个过程中,该行星的速度有了一部分损失,也就是说行星的公转速度变慢了。不过由于行星与航天器的质量差异实在是太大了,大到这点速度损失可以忽略不计,因此感觉这部分能量像是凭空多出来的一样。实际情况和理想情况在这儿是十分接近的。

目前,几乎所有地外行星的探索都需要借助引力弹弓效应。虽然路程多跑一些,但飞船可以在现有技术条件下加速到第三宇宙速度。在将来如果我们的征途是银河系的话,也许还可以借助太阳绕银河心的速度。太阳绕银心的速度大约是250千米每秒,这么一个性能优良的加速器人类可千万不能弃之不用啊。

不过引力助推也有自身的缺点和不足。比如合适的发射时机可能需要等好长时间,除此之外距离行星越近速度增加越多,但距离近了行星大气也会引起飞行器减速,这是一个自相矛盾的问题。不过不管怎么说,“引力弹弓”确实在太阳系探索过程中帮助人类不少。

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