Сполучені з величезною витратою енергії. Наприклад, ракета-носій «Союз», яка стоїть на стартовому столі та готова до запуску, важить 307 тонн, з яких понад 270 тонн становить паливо, тобто частка левів. З необхідністю витрачати божевільну кількість енергії на пересування в космічному просторібагато в чому пов'язані проблеми освоєння далеких рубежів Сонячної системи.

На превеликий жаль, технічного прориву на цьому напрямі поки що не очікується. Маса палива залишається одним із ключових факторів при плануванні космічних місій, і інженери користуються будь-якою можливістю заощадити пальне, щоб продовжити роботу апарату. Одним із способів економії є гравітаційні маневри.

Як літають у космосі та що таке гравітація

Принцип переміщення апарату в безповітряному просторі (середовищі, від якого неможливо відштовхнутися ні гвинтом, ні колесами, нічим іншим) єдиний для всіх типів, виготовлених на Землі, ракетних двигунів. Це – реактивна тяга. Протистоїть потужності реактивного двигуна гравітація. Ця битва із законами фізики була виграна радянськими вченими в 1957 році. Вперше в історії апарат, зроблений руками людини, набувши першої космічної швидкості (близько 8 км/с), став штучним супутником планети Земля.

Для того щоб вивести на навколоземну орбітуапарат вагою трохи більше 80 кг, знадобилося близько 170 тонн (саме стільки важила ракета Р-7, що доставила супутник на орбіту) заліза, електроніки, очищеного гасу та рідкого кисню.

З усіх законів та принципів світобудови гравітація – це, мабуть, один із основних. Вона заправляє всім, починаючи з пристрою елементарних частинок, атомів, молекул і закінчуючи рух галактик. Вона є і перешкодою шляху освоєння космічного простору.

Не лише паливо

Ще до запуску першого штучного супутника Землі вчені чітко розуміли, що не тільки збільшення розмірів ракет та потужності їх двигунів може бути запорукою успіху. До пошуку таких хитрощів дослідників підштовхнули результати розрахунків та практичних випробувань, які показали наскільки затратні по паливу польоти за межі земної атмосфери. Першим таким рішенням для радянських конструкторів став вибір майданчика для будівництва космодрому.

Пояснимо. Щоб стати штучним супутником Землі, ракета повинна розігнатися до 8 км/с. Але й наша планета сама перебуває у безперервному русі. Будь-яка точка, розташована на екваторі, обертається зі швидкістю понад 460 метрів за секунду. Таким чином, ракета, що вийшла в районі нульової паралелі, сама по собі матиме безкоштовних майже півкілометра на секунду.

Саме тому на широких просторахСРСР було обрано місце на південь (швидкість добового обертання в Байконурі становить близько 280 м/с). Ще амбітніший проект, спрямований на те, щоб зменшити вплив гравітації на ракету-носій, з'явився в 1964 році. Ним став перший морський космодром «Сан-Марко», зібраний італійцями з двох та розташований на екваторі. Пізніше цей принцип ліг в основу міжнародного проекту «Морський старт», який успішно запускає комерційні супутники досі.

Хто був першим

А як із далекими космічними місіями? Піонерами у використанні гравітації космічних тілзміни траєкторії польоту були вчені з СРСР. Зворотний бік нашого природного супутника, як відомо, вперше був сфотографований радянським апаратом «Луна-1». Важливо було, щоб після обльоту Місяця апарат встиг повернутися до Землі так, щоб той був звернений до нього північною півкулею. Адже інформацію (отримані фотозображення) необхідно було передати людям, а станції стеження, тарілки радіоантен знаходилися саме у північній півкулі.

Не менш вдало вдалося використати гравітаційні маневри для зміни траєкторії космічного апаратуамериканським вченим. Міжпланетному автоматичному кораблю "Марінер 10" після прольоту поблизу Венери необхідно було зменшити швидкість, щоб перейти на нижчу навколосонячну орбіту і дослідити Меркурій. Замість того, щоб використовувати для цього маневру реактивну тягу двигунів, швидкість руху апарата була сповільнена гравітаційним полемВенери.

Як це працює

Відповідно до закону всесвітнього тяжіння, відкритого і підтвердженого експериментально Ісааком Ньютоном, всі тіла, які мають масу, притягують одне одного. Сила цього тяжіння легко вимірюється та розраховується. Вона залежить від маси обох тіл, і від відстані між ними. Що ближче, то сильніше. Причому з наближенням тіл один до одного сила тяжіння зростає у геометричній прогресії.

На малюнку видно, як космічні апарати, пролітаючи поблизу великого космічного тіла (якоїсь планети), змінюють свою траєкторію. Причому курс руху апарата під номером 1, що пролітає далі від масивного об'єкта, змінюється зовсім незначно. Чого не скажеш про апарат №6. Планетоїд змінює його напрямок польоту кардинально.

Що таке гравітаційна праща. Як вона діє

Використання гравітаційних маневрів дозволяє як змінити напрям руху космічного корабля, а й скоригувати його швидкість.

На малюнку зображено траєкторію космічного корабля, що зазвичай використовується для його розгону. Принцип дії такого маневру простий: на виділеній червоним кольором ділянці траєкторії апарат начебто наздоганяє планету, що втікає від нього. Набагато масивніше тіло силою свого тяжіння захоплює менше за собою, розганяючи його.

До речі, в такий спосіб розганяються не лише космічні кораблі. Відомо, що по галактиці щосили розгулюють небесні тіла, не прив'язані до зірок. Це можуть бути порівняно невеликі астероїди (один з яких, до речі, зараз відвідує Сонячну систему), так і планетоїди пристойних розмірів. Астрономи вважають, що саме гравітаційна праща, тобто вплив більшого космічного тіла, викидає менше масивні об'єктиза межі своїх систем, прирікаючи їх на вічні поневіряння в крижаному холоді порожнього космосу.

Як знизити швидкість

Але, застосовуючи гравітаційні маневри космічних апаратів, можна прискорювати, а й уповільнювати їх рух. Схема такого гальмування показано малюнку.

На виділеній червоним кольором ділянці траєкторії тяжіння планети, на відміну від варіанта з гравітаційною пращею, буде загальмовувати рух апарату. Адже вектор сили тяжіння та напрямок польоту корабля протилежні.

У яких випадках це вживається? В основному для виходу автоматичних міжпланетних станцій на орбіти планет, що вивчаються, а також для вивчення навколосонячних областей. Справа в тому, що при русі до Сонця або, наприклад, до найближчої до світила планети Меркурію будь-який апарат, якщо не вживати заходів для гальмування, хоч-не-хоч розганюватиметься. Наша зірка має неймовірну масу і величезну силу тяжіння. Космічний апарат, що набрав надмірну швидкість, не зможе вийти на орбіту Меркурія - найменшої планети сонячного сімейства. Корабель просто проскочить повз, малюк Меркурій не зможе досить сильно притягнути його. Для гальмування можна використовувати двигуни. Але траєкторія польоту до Сонця з гравітаційним маневром, скажімо у Місяця і Венери, дозволить мінімізувати використання ракетної тяги. Значить, знадобиться менше палива, і вага, що звільнилася, можна буде використовувати для розміщення додаткової дослідницької апаратури.

Потрапити у вушко голки

Якщо перші гравітаційні маневри проводилися несміливо та нерішуче, маршрути останніх міжпланетних космічних місій практично завжди плануються з гравітаційним коригуванням. Вся справа в тому, що зараз астрофізикам завдяки розвитку комп'ютерної техніки, а також наявності найточніших даних про тіла Сонячної системи, в першу чергу їх маси та щільності, доступні більш точні обчислення. А розраховувати гравітаційний маневр потрібно дуже точно.

Чемпіон з маневрів

За час роботи апарат відвідав Сатурн, Юпітер, Уран та Нептун. На нього протягом усього польоту діяло тяжіння Сонця, від якого корабель поступово віддалявся. Але завдяки грамотно розрахованим гравітаційним маневрам у кожної з планет його швидкість не зменшувалася, а зростала. Кожна досліджена планета маршрут побудувала за принципом гравітаційної пращі. Без застосування гравітаційної корекції "Вояджер" не вдалося б відправити так далеко.

Крім «Вояджерів» гравітаційні маневри були використані при запуску таких відомих місій, як «Розетта» або «Нові горизонти». Так, «Розетта», перш ніж вирушити на пошуки комети Чурюмова-Герасименка, здійснила аж 4 розгінні гравітаційні маневри у Землі та Марса.

Гравітаційний манёвр для прискорення об'єкта Гравітаційний манёвр для уповільнення об'єкта Гравітаційний манёвр розгін, уповільнення або зміна напрямку польоту космічного апарату, під дією гравітаційних полів небесних тіл.

Гравітаційний манёвр для прискорення об'єкта Гравітаційний манёвр для уповільнення об'єкта Гравітаційний манёвр розгін, уповільнення або зміна напрямку польоту космічного апарату, під дією гравітаційних полів небесних тіл.

- … Вікіпедія

Це один із основних геометричних параметрів об'єктів, утворених за допомогою конічного перерізу. Зміст 1 Еліпс 2 Парабола 3 Гіперболу … Вікіпедія

Штучного супутника орбітальний маневр, метою якого (загалом) є переклад супутника на орбіту з іншим способом. Існують два види такого маневру: Зміна способу орбіти до екватора. Виробляється включенням… … Вікіпедія

Розділ небесної механіки, що вивчає рух штучних космічних тіл: штучних супутників, міжпланетних станцій та інших космічних кораблів У сферу завдань астродинаміки входять розрахунок орбіт космічних кораблів, визначення параметрів ... Вікіпедія

Ефект Оберта в космонавтиці ефект, що виявляється в тому, що ракетний двигун, що рухається з високою швидкістю, створює більше корисної енергії, ніж такий двигун, що рухається повільно. Ефект Оберта викликається тим, що… … Вікіпедія

Замовник … Вікіпедія

І еквіпотенційні поверхні системи двох тіл Точки Лагранжа, точки лібрації (лат. librātiō розгойдування) або L точки … Вікіпедія

Книги

• Речі ХХ століття у малюнках та фотографіях. Вперед у космос! Відкриття та досягнення. Комплект з 2-х книг . "Вперед, у космос! Відкриття та досягнення" З давніх-давен людина мріяла відірватися від землі і підкорити небо, а потім і космос. Більше ста років тому винахідники вже замислювалися над створенням...
• Вперед, у космос! Відкриття та досягнення , Климентов В'ячеслав Львович, Сигірська Юлія Олександрівна. З давніх-давен людина мріяла відірватися від землі і підкорити небо, а потім і космос. Більше ста років тому винахідники вже замислювалися над створенням космічних кораблів, але початок космічної...

Імпульси вздовж осі руху впливають форму і орієнтацію* орбіти і змінюють її нахил.

Гравітаційний маневряк природне явище вперше було виявлено астрономами минулого, які зрозуміли, що значні зміни орбіт комет, їхнього періоду (а отже і їхньої орбітальної швидкості) відбуваються під гравітаційним впливом планет. Так, після переходу короткоперіодичних комет із пояса Койпера у внутрішню частину Сонячної системи, значне перетворення їх орбіт відбувається саме під гравітаційним впливом масивних планет, при обміні з ними кутовим моментом, без будь-яких енергетичних витрат.

Саму ідею використовувати гравітаційний маневрдля цілей космічного польоту розробив Майкл Мінович у 60-х роках, коли, будучи студентом, він проходив практику в JPL*. Ідея була швидко підхоплена та реалізована у багатьох космічних місіях. Але на перший погляд, можливість значно прискорити рух апарату без витрат енергії здається дивною та потребує пояснення.

Часто доводиться чути про "захоплення" астероїдів та комет полем планет. Строго кажучи, захоплення без втрат енергії неможливе: якщо якесь тіло наближається до масивної планети, модуль його швидкості спочатку зростає з наближенням, а потім на стільки ж зменшується в процесі його видалення. Але тіло все ж таки може перейти на орбіту супутника планети, якщо при цьому відбувається його гальмування (наприклад, є гальмування у верхніх шарах атмосфери, якщо зближення досить тісне; або якщо виникає значне приливне розсіювання енергії; або, нарешті, якщо відбувається руйнування тіла всередині межі) Роша з різними векторами швидкості (придбаними уламками). На стадії формування Сонячної системи важливим фактором було також гальмування тіла у газопиловій туманності. Що ж до космічних апаратів, лише у разі виведення на орбіту супутника використовується гальмування у верхніх шарах атмосфери (aerobraking). У "чистому" гравітаційному маневрі правило рівності модуля швидкостей до і після зближення з планетою зберігається неухильно (що й підказувала інтуїція: із чим прийшов, з тим і пішов). У чому виграш?

Виграш стає очевидним, якщо від планетоцентричних перейти до геліоцентричних координат.

Найбільш вигідні маневри у планет-гігантів, причому вони помітно скорочують тривалість польоту. Використовуються також маневри у Земліта Венери, але це значно збільшує тривалість космічної подорожі. Усі наведені у таблиці дані відносяться до пасивного маневру. Але в деяких випадках у перицентрі облітної гіперболи апарату за допомогою його рухової установки повідомляють невеликий реактивний імпульс, що дає суттєвий додатковий виграш.

У польоті апарату часто потрібне не прискорення, а уповільнення. Легко вибрати таку геометрію зближення, коли швидкість апарату геліоцентричних координатах впаде. Це залежить від положення векторів швидкостей обміну кутовими моментами. Спрощуючи завдання, можна сказати, що зближення апарату з планетою з внутрішньої сторони її орбіти призводить до того, що апарат віддає планеті частину свого кутового моменту та сповільнюється; і навпаки, зближення із зовнішнього боку орбіти призводить до збільшення моменту та швидкості апарату. Цікаво, що ніякими акселерометрами на борту зареєструвати зміну швидкості апарата в маневрах неможливо, вони постійно реєструють стан невагомості.

Переваги гравітаційного маневру в порівнянні з гоманівським перельотомдо планет-гігантів виходять настільки великими, що корисне навантаження апарата можна збільшити вдвічі. Як мовилося раніше, час досягнення мети при гравітаційному маневрі у масивних планет-гігантів скорочується дуже значно. Розробка принципів маневру показала, що можна використовувати і менш потужні тіла (Землю, Венеру і, в окремих випадках, навіть Місяць). Тільки маса в якомусь сенсі розмінюється на час польоту, що змушує дослідників чекати 2-3 зайві роки. Проте прагнення скоротити витрати на дорогі космічніПрограми змушує змиритися з такою втратою часу. Тепер вибір траси польоту робиться, як правило, багатоцільовим, що охоплює декілька планет. 1986 року гравітаційний маневр у Венери дозволив забезпечити зустрічі радянських апаратів "ВЕГА-1" та "ВЕГА-2" з кометою Галлея.

Роздуми про гравітацію як явище. Як завжди суто особиста думка.

Небагато інформації

Коли саме люди дізналися про сили тяжіння, так і залишиться загадкою, очевидно, дуже давно. Офіційно вважається, що явищами всесвітнього тяжіння впритул зайнявся Ісаак Ньютон після того, як отримав виробничу травму яблуком під час прогулянки.

Мабуть, внаслідок отриманої травми, Ісаак Ньютон отримав одкровення від Бога нашого Бога, яке вилилося у відповідне рівняння:

F=G(m 1 *m 2)/r 2 (Рівняння №1)

Де відповідно: F- Шукана сила взаємодії (сила тяжіння), m 1, m 2 - маси тіл, що взаємодіють, r- Відстань між тілами, G- гравітаційна стала.

Я не торкатимусь філософії Ісаака Ньютона, безпосереднього авторства або якихось інших не пов'язаних з фактами спостережень речей, якщо комусь цікаво, можна подивитися розслідуванняВадима Ловчикова чи щось подібне.

І так, давайте для початку розберемо те, що нам пропонують під виглядом цього простого рівняння.

Перше, потім слід звернути увагу, рівняння №1 має радіальну (кульову симетрію),- це свідчить, що гравітація немає вироблених напрямів взаємодії, і всі взаємодії які вона забезпечує суворо симетричні.

Друге, потім слід звернути увагу, у рівнянні №1 немає ні часу, ні будь-яких швидкостей, тобто взаємодія забезпечується негайно, без затримки будь-якій відстані.

Третє, Ньютон вказував на божественну природу гравітації, тобто всі речі у світі взаємодіють волею божою – гравітація не виняток. Чому взаємодія відбувається саме так, це воля божа, ніякої фізичної картини світу в нашому розумінні у нього не було.

Як бачите принципи роботи гравітації прості та зрозумілі, вони викладені у всіх шкільних підручникахі транслюються всіма прасками (за винятком мабуть третього принципу), але як ми пам'ятаємо Френсіс Бекон заповів нам осягати природу за допомогою спостережень (емпірично), чи відповідають цьому правилу вищевикладені закономірності?

Небагато фактів

Інерція,- це явище природи, яке виникає під час руху будь-яких тіл. Незважаючи на загальне поширення цього явища, фізики досі (якщо хтозна нехай мене виправлять) не можуть виразно сказати з чим фізично пов'язана інерція, з тілом або з простором навколо нього. Ньютон відмінно знав про існування цього явища, і те, що воно впливає на сили взаємодії гравітуючих тіл, але якщо ви подивіться на рівняння №1, ви не знайдете там і слідів інерції, як наслідок завдання «Трьох тіл» так і не вирішено суворо.

Всі праски, всіх мастей переконують мене, що Ньютон-де розрахував орбіти планет виходячи зі свого божественного рівняння, звичайно я їм вірю, адже незадовго до цього Йоган Кеплер все зробив емпірично, правда, жодна з прасок не пояснює, як у своїх розрахунках Ісаак Ньютон враховував інерцію, в жодному підручнику хай навіть університетському ніхто вам цього не скаже.

Наслідок з цього дуже простий, британські вчені підігнали результати обчислень під праці Кеплера, рівняння №1 не враховує інерції та швидкості тіл, тому марно для розрахунків конкретних орбіт небесних тіл. Говорити про те, що філософія Ньютона хоч якось описує механізм інерції фізично, навіть не смішно.

Гравітаційний маневр- явище природи, коли за взаємодії гравітуючих тіл одне з них прискорюється інше уповільнюється. Враховуючи досконалу радіальну симетричність рівняння №1, а також миттєву швидкістьпоширення гравітації згідно з цим рівнянням, даний фізичний ефект неможливий, весь доданий імпульс буде відібраний при взаємному видаленні тіл і ті тіла, що взаємодіють, залишаться «при своїх». Працювати з гравітаційними маневрами навчилися виходячи з емпіричних спостережень (польотів у космос), згідно з теорією Ньютона, у цьому випадку можлива лише зміна напрямку руху тіл, але не їхнього імпульсу, що явно суперечить досвідченим даним.

Дископодібні структури- Більшість видимої всесвіту зайнята дископодібними структурами, і галактики, і диски планетарних систем, планетарні кільця. Враховуючи повну симетричність рівняння №1, це дуже дивний фізичний факт. Відповідно до цього рівняння переважна більшість структур мало б мати кульову симетричну форму, астрономічні спостереження безпосередньо суперечать цьому твердженню. Офіційна космогонічна теорія про конденсацію планет з пилової хмари не пояснює наявність плоских дисків планетарних систем навколо зірок. Таким же винятком є ​​і кільця Сатурна, сформовані нібито при ударі деяких тіл на орбіті Сатурна, чому сформувалася саме плоска, а не кульова структура?

Астрономічні явища, що спостерігаються нами, прямо суперечать основним постулатам симетричності теорії тяжіння Ньютона.

Приливна активність- як стверджує сучасна наука, приливні хвилі в морях Землі формуються спільним гравітаційним впливом Місяця та Сонця. Безумовно вплив Місяця та Сонця на припливи є, але ось у чому воно полягає питання на мій погляд досить дискусійне, хотілося б побачити інтерактивну симуляцію де були б накладені положення Місяця та Сонця, а так само припливів, щось я поки не бачив таких добрих симуляцій, що дуже дивно з огляду на любов сучасних учених до комп'ютерних симуляцій.

Запитань щодо припливів набагато більше ніж відповідей, почати хоча б із формування «приливного еліпса», я розумію, що гравітація викликає «пучність» вод на боці ближньої до Місяця чи Сонця, а що викликає аналогічну «пучність» на зворотній стороніЗемлі, якщо дивитися на рівняння №1 такого, в принципі, не може бути.

Добрі фізики домовилися до того, що провідне значення в припливних силах має не модуль сили, а її градієнт, на кшталт Місяця градієнт сили більше він більше впливає на припливи, у Сонця градієнт менше, воно менше впливає на припливи, але вибачте в рівнянні №1 нічого такого немає, та Ньютон нічого такого й близько не казав, як це розуміти? Очевидно, як чергове припасування під відомий результатвід британських "вчених". Коли бурління приливної субстанції досягли певного рівня, британські «вчені» вирішили ще більше. заплутативдячних слухачів, що з цього правда, зовсім не зрозуміло.

У мене немає думки щодо правильного алгоритму розрахунку припливів, але всі непрямі ознаки свідчать, що його немає ні в кого.

Експеримент Кавендіша- Визначення «гравітаційної постійної» за допомогою крутильних ваг. Це справжня ганьба сучасної фізичної науки, причому те, що це ганьба, було ясно ще за часів Кавендіша (1790гг), але він не був би справжнім «британським» ученим, якби звертав увагу на похмурий зовнішній світ, потворний з фізичної точки зору експеримент увійшов до всіх можливих підручників фізики і прибуває там досі. Лише останнім часом «світили» від науки починають виявляти легке занепокоєння щодо його відтворюваності.

Досвід принципово невідтворюється в умовах Землі. Питання навіть не в «ефекті Казимира», який передбачений задовго до Казимира, не в теплових спотвореннях конструкції, та електромагнітній взаємодії вантажів. Основне питання полягає в довгоперіодичних власних коливаннях установки, усунути це спотворення земних умовахнеможливо жодним чином.

Що за цифр намірили британські вчені я особисто сказати не беруся, я можу сказати тільки те, що відповідно до останніх фізичними дослідженнями, - це все сміття, яке не має жодного відношення до реальних гравітаційних взаємодій. Таким чином цей досвід не може служити для доказу або спростування чогось, - це просто сміття з яким нічого путнього зробити не можна, і тим більше не можна дізнатися значення «гравітаційної постійної».

Трохи лайки

Можна було б перераховувати ще безліч фактів, але не бачу в цьому особливого сенсу, - це все одно ні на що не впливає, «фізики» від гравітації чотириста років тупцюють на одному місці, мабуть їм набагато важливіше не те, що відбувається в природі, а те, що сказав якийсь англіканський богослов, очевидно, Нобелівські преміїдають лише за це.

Зараз дуже модно журитися, що молоді люди «ігнорують» фізику, не відчувають поваги до авторитетів та іншу нісенітницю. Яка може бути повага, якщо маніпуляції наших британських партнерів помітні без контактних лінз? Фізичні дані на пряму суперечать усім постулатам науки, але сову продовжують справно натягувати на глобус і кінця цього захоплюючому заняття не видно. Молоді люди бачать як робляться наші справи перед паном, враховуючи сучасну інформаційну забезпеченість і я впевнений роблять відповідні висновки.

Я думаю, що найбільша таємниця сучасної фізики - це конкретні значення сил гравітації в сонячній системі, інакше з чого тоді стільки аварій при приземленні (прилунінні, привенеренні, примарсенні) супутників, але всі як заведені продовжують читати мантру про «великого вченого» і його закони, очевидно, не хочуть видавати свої ноу-хау зароблені потім і кров'ю.

Ще більше дратує сучасна космологія, у людей по суті немає жодних фактів про гравітацію, але вони вже вигадали темну матерію. темну енергіюі чорні дірки та гравітаційні хвилі. Можливо давайте спочатку розберемося хоча б з околицями Землі та Сонця, запустимо пробні зонди і дізнаємося чо по чому, а тому вже городитимемо різну шизофренію, але ні британські «вчені» не такі. В результаті ми маємо вал «наукових» публікацій, загальна цінністьяких знаходиться десь у надірі.

Тут мені заперечать, ну як же, є ще Ейнштейн і його кліка. Знаєте, ці добрі людипереплюнули самого Ньютона, Ньютон хоча б сказав що гравітаційні силиє, хай і Божою волею, Ейнштейн оголосив їх уявними, тіла мовляв літають тому що мені (Ейнштейну) так хочеться, і ніяк інакше, у своїх студіях він примудрився втратити навіть Бога. Тому я навіть не засуджуватиму цих агностичних виверт хворої свідомості, я просто не можу вважати це науковими даними. Це казка, есе, філософія, що завгодно, тільки не емпірика.

Висновки

Вся доступна історія, особливо новітня, переконливо доводить, що безкоштовно наші британські партнери нічого не дають, а тут раптом розщедрилися на цілу теорію гравітації, це як мінімум підозріло.

Особисто я зовсім не вірю в їхні добрі наміри, всі фізичні дані, особливо отримані від наших партнерів, потребують ретельного централізованого аудиту, в іншому випадку ми ще тисячу років чухатимемо його всяким огидним мракобісам, а вони будуть нас втягувати в нескінченні неприємності з людськими та матеріальними. жертвами.

Головний висновок статті полягає у тому, що гравітація як явище перебуває у тому рівні дослідженості, по крайнього заходу у сфері громадських знань, як і 400 років тому вони. Давайте вже нарешті займемося дослідженнями реального світу, а не лобизування британських мощів.

Втім, кожен може скласти свою власну думку на підставі наявних фактів.

Космічний апарат «Вояджер» – найдальший від Землі з рукотворних об'єктів. Він уже 40 років мчить по космосу, давно виконавши свою основну мету, - дослідження Юпітера та Сатурна. Фото далеких планет Сонячної системи, знаменитаPale blue dotта «Сімейна фотографія», золотий диск з інформацією про Землю – все це славні сторінки історії «Вояджера» та світової космонавтики. Але сьогодні ми не співатимемо гімни знаменитому апарату, а розберемо одну з технологій, без якої сорокарічний політ просто не відбувся б. Зустрічайте: його величність – гравітаційний маневр.

Гравітаційна взаємодія, найменш вивчена з чотирьох, задає тон всій космонавтиці. Одна з головних статей витрати під час запуску космічного апарату - витрати на ті сили, які потрібні, щоб подолати гравітаційне поле Землі. І кожен грам корисного навантаження на космічному кораблі – це зайве паливо в ракеті. Виходить парадокс: щоб більше брати, потрібно більше палива, яке також важить. Тобто, щоб збільшити масу, потрібно збільшити масу. Звісно, ​​це дуже узагальнена картина. Насправді точні розрахунки дозволяють брати необхідне навантаження і за необхідності збільшувати її. Але гравітація, як говорив Шелдон Купер, все ще безсердечна, кхм, стерво.

Як це часто буває, у будь-якому явищі криється подвійна природа. Так само у відносинах гравітації та космонавтики. Людині вдалося застосувати гравітаційний потяг планет на користь своїм космічним польотам, і за рахунок цього «Вояджер» борознить міжзоряний простірвже сорок років, не витрачаючи палива.

Невідомо, кому вперше спала на думку ідея гравітаційного маневру. Якщо поміркувати, то можна дійти до перших астрономів Єгипту та Вавилону, які зоряними південними ночами спостерігали за тим, як комети змінюють свою траєкторію і швидкість, проходячи повз планети.

Перша оформлена ідея гравітаційного маневру прозвучала з вуст Фрідріха Артуровича Цандера та Юрія Васильовича Кондратюка у 1920-30-х роках, за доби теоретичної космонавтики. Юрій Васильович Кондратюк (справжнє ім'я – Олександр Іванович Шаргей) – видатний радянський інженер та вчений, який, незалежно від Ціолковського, сам створив схеми ракети на киснево-водневому паливі, запропонував використовувати атмосферу планети для гальмування, розробив проект апарату, що спускається для посадки на небесне тіло, який згодом використало NASA для місячної місії. Фрідріх Цандер - один із тих людей, які стояли біля витоків вітчизняної космонавтики. Він складався, а в деякі роки і головував, у ГІРДі – Групі Вивчення Ракетного Руху, спільноті інженерів-ентузіастів, які будували перші прототипи ракет на рідкому паливі. За повну відсутність будь-якого матеріального інтересу, ГІРД іноді жартома розшифровували як Група Інженерів, що працюють задарма.

Юрій Васильович Кондратюк
Джерело: wikimedia.org

Між висловленими пропозиціями Кондратюка з Цандером та практичною реалізацією гравітаційного маневру минуло близько п'ятдесяти років. Точно встановити перший апарат, який прискорився від гравітації, неможливо - американці стверджують, що це «Марінер-10» у 1974 році. Ми говоримо, що це був «Місяць-3» у 1959 році. Це питання історії, але що ж собою являє гравітаційний маневр?

Суть гравітаційного маневру

Уявіть собі звичайну карусель на подвір'ї звичайного будинку. Потім подумки розкрутіть її до швидкості ікс кілометрів на годину. Потім візьміть у руку гумовий м'ячик і киньте в розкручену карусель зі швидкістю кілометрів на годину. Тільки бережіть голову! І що ми отримаємо в результаті?

Тут важливо розуміти, що сумарна швидкість визначатиметься не абсолютно, а щодо точки спостереження. З каруселі та з вашої позиції м'ячик відскочить від каруселі зі швидкістю х+у - сумарною для каруселі та м'ячика. Таким чином, карусель передає частину своєї кінетичної енергії(а точніше кажучи, імпульсу) м'ячика, тим самим прискорюючи його. Причому кількість енергії в каруселі дорівнює кількості енергії, переданої м'ячику. Але за рахунок того, що карусель велика і чавунна, а м'ячик маленький і каучуковий, м'яч летить з великою швидкістю убік, а карусель трохи сповільнює хід.

Тепер перенесемо ситуацію на космос. Уявіть собі звичайний Юпітер у звичайній Сонячної системи. Потім подумки розкрутіть його… хоч, стоп, цього робити не треба. Просто уявіть Юпітер. Повз нього летить космічний апарат і під дією гіганта змінює свою траєкторію та швидкість. Цю зміну можна описати як гіперболи - швидкість спочатку зростає у міру наближення, та був падає у міру віддалення. З погляду потенційного жителя Юпітера, наш космічний корабельповернувся до вихідної швидкості, просто змінивши напрямок. Але ми знаємо, що планети обертаються навколо Сонця, та ще з великою швидкістю. Юпітер, наприклад, зі швидкістю 13 км/сек. І коли апарат пролітає повз, Юпітер ловить його своєю гравітацією і захоплює за собою, викидаючи вперед із більшою швидкістю, ніж була до! Це якщо пролетіти позаду планети щодо спрямування її руху навколо Сонця. Якщо пролетіти перед нею, то швидкість відповідно впаде.

Гравітаційний маневр. Джерело: wikimedia.org

Така схема нагадує собою метання каміння із пращі. Тому ще одна назва маневру – «гравітаційна праща». Чим більша швидкість планети та її маса, тим сильніше можна розігнатися або пригальмувати її гравітаційне поле. Є ще невелика хитрість – так званий ефект Орбету.

Названий на честь Германа Орбета, цей ефект у самих загальних рисахможна описати так: реактивний двигун, що рухається на високій швидкості, здійснює більше корисної роботи, ніж такий же, що рухається повільно. Тобто двигун космічного апарату буде максимально ефективний у найнижчій точці траєкторії, де гравітація тягтиме його найсильніше. Включений у цей момент, він отримає від спаленого палива набагато більший імпульс, ніж отримав би далеко від гравітуючих тіл.

Склавши це у єдину картину, ми можемо отримати дуже непогане прискорення. Юпітер, наприклад, при власній швидкості в 13 км/с може теоретично розігнати корабель на 42,7 км/с, Сатурн - на 25 км/с, планети менші, Земля і Венера - на 7-8 км/с. Тут відразу ж включається уява: а що буде, якщо запустити теоретичний апарат, що не згорає, до Сонця і прискоритися від нього? Справді, це можливо, оскільки Сонце обертається навколо центру мас. Але давайте думати ширше - що буде, якщо пролетіти повз нейтронну зірку, як пролітав герой Макконахи повз Гаргантюа (чорна діра) до «Інтерстелару»? Буде прискорення приблизно 1/3 швидкості світла. Так що якби у нас був у розпорядженні відповідний корабель і нейтронна зірка, то такою катапультою можна було б запустити корабель у район Проксиму Центавра лише за 12 років. Але це поки що тільки буйна фантазія.

Маневри «Вояджера»

Говорячи на початку статті про те, що ми не співатимемо гімни «Вояджеру», я злукавив. Найшвидший і найдальший апарат людства, який ще й святкує 40 років цього року, погодьтеся, гідний згадки.

Сама ідея вирушити до далеких планет стала можливою завдяки гравітаційним маневрам. Було б несправедливо не згадати тоді ще аспіранта Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (UCLA) Майкла Міновича, який розрахував наслідки гравітаційної пращі і переконав професорів Лабораторії реактивного руху, що навіть на технологіях, що були в 60-х роках, можна полетіти до далеких планет.

Фотографія Юпітера, зроблена “Вояджером”