Les impulsions le long de l'axe de mouvement affectent la forme et l'orientation* de l'orbite et ne modifient pas son inclinaison.

La manœuvre gravitationnelle en tant que phénomène naturel a été découverte pour la première fois par des astronomes du passé, qui ont réalisé que des changements importants dans les orbites des comètes, leur période (et donc leur vitesse orbitale) se produisaient sous l'influence gravitationnelle des planètes. Ainsi, après la transition des comètes à courte période de la ceinture de Kuiper vers la partie interne du système solaire, une transformation significative de leurs orbites se produit précisément sous l'influence gravitationnelle de planètes massives, lors de l'échange de moment cinétique avec elles, sans aucun coût énergétique. .

Samou l'idée d'utiliser la manœuvre gravitationnelle destiné aux vols spatiaux a été développé par Michael Minovich dans les années 60, alors qu'il était étudiant au JPL*. L’idée a été rapidement reprise et mise en œuvre dans de nombreuses missions spatiales. Mais à première vue, la possibilité d'accélérer considérablement le mouvement de l'appareil sans dépenser d'énergie semble étrange et nécessite une explication.

On entend souvent parler de « capture » d’astéroïdes et de comètes par le champ des planètes. À proprement parler, une capture sans perte d'énergie est impossible : si un corps s'approche d'une planète massive, son module de vitesse augmente d'abord à mesure qu'il s'approche, puis diminue d'autant qu'il s'éloigne. Mais le corps peut toujours se déplacer sur l'orbite du satellite de la planète s'il est décéléré en même temps (par exemple, il y a une décélération dans les couches supérieures de l'atmosphère, si l'approche est suffisamment proche ; ou si une dissipation d'énergie de marée importante se produit ; ou, enfin, si le corps est détruit dans la limite de Roche avec des vecteurs vitesses différents acquis par les débris). Au stade de la formation du système solaire, un facteur important était également la décélération du corps dans la nébuleuse gaz-poussière. Quant aux engins spatiaux, ce n'est que dans le cas de la mise en orbite d'un satellite que le freinage dans la haute atmosphère (aérofreinage) est utilisé. Dans une manœuvre gravitationnelle « pure », la règle d’égalité du module de vitesse avant et après l’approche de la planète est strictement préservée (comme l’intuition le suggère : ce que vous avez obtenu est ce que vous avez laissé). Quel est le gain ?

Le gain devient évident si l’on passe des coordonnées planétocentriques aux coordonnées héliocentriques.

Les manœuvres les plus bénéfiques se font à proximité des planètes géantes et réduisent considérablement la durée du vol. Des manœuvres sont également utilisées Terre et Vénus, mais cela augmente considérablement la durée du voyage dans l'espace. Toutes les données indiquées dans le tableau se réfèrent à une manœuvre passive. Mais dans certains cas, au péricentre de l'hyperbole de survol, l'appareil, à l'aide de son système de propulsion, reçoit une petite impulsion réactive, ce qui donne un gain supplémentaire important.

En vol, l'appareil nécessite souvent une décélération plutôt qu'une accélération. Il est facile de choisir une telle géométrie de rendez-vous lorsque la vitesse du véhicule en coordonnées héliocentriques baisse. Cela dépend de la position des vecteurs vitesse lors de l'échange de moment cinétique. En simplifiant le problème, nous pouvons dire que l'approche de l'appareil vers la planète depuis le côté intérieur de son orbite conduit au fait que l'appareil cède une partie de son moment cinétique à la planète et ralentit ; et vice versa, l'approche depuis le côté extérieur de l'orbite entraîne une augmentation du moment et de la vitesse de l'appareil. Il est intéressant de noter qu'il est impossible d'enregistrer les changements de vitesse du véhicule lors des manœuvres avec des accéléromètres à bord - ils enregistrent en permanence l'état d'apesanteur.

Avantages de la manœuvre gravitationnelle par rapport au vol Homan les planètes géantes sont si grandes que la charge utile de l'appareil peut être doublée. Comme déjà mentionné, le temps nécessaire pour atteindre la cible lors d'une manœuvre gravitationnelle pour les planètes géantes massives est réduit de manière très significative. L'élaboration des principes de manœuvre a montré qu'il est possible d'utiliser des corps moins massifs (Terre, Vénus et, dans des cas particuliers, même la Lune). Seule la masse, en quelque sorte, est échangée contre le temps de vol, ce qui oblige les chercheurs à attendre 2 à 3 années supplémentaires. Cependant, le désir de réduire les coûts pour des produits onéreux espace Le programme vous fait accepter une telle perte de temps. Désormais, le choix de l'itinéraire de vol est, en règle générale, polyvalent, couvrant plusieurs planètes. En 1986, une manœuvre gravitationnelle près de Vénus a permis aux vaisseaux spatiaux soviétiques VEGA-1 et VEGA-2 de rencontrer la comète de Halley.

Réflexions sur la gravité en tant que phénomène. Comme toujours, avis purement personnel.

Un peu d'information

La date exacte à laquelle les gens ont découvert les forces de gravité restera un mystère, évidemment pour très longtemps. On pense officiellement qu'Isaac Newton a été confronté au phénomène de gravitation universelle après avoir été blessé au travail par une pomme alors qu'il marchait.

Apparemment, à la suite de sa blessure, Isaac Newton a reçu une révélation de notre Seigneur Dieu, qui a abouti à l'équation correspondante :

F=G(m 1 *m 2)/r 2 (Équation n° 1)

Où respectivement : F– la force d'interaction recherchée (force gravitationnelle), m 1, m 2 - des masses de corps en interaction, r- distance entre les corps, g- constante gravitationnelle.

Je n'aborderai pas la philosophie d'Isaac Newton, la paternité directe ou toute autre chose non liée aux faits d'observations, si quelqu'un est intéressé, vous pouvez regarder enquête Vadim Lovchikov ou quelque chose de similaire.

Alors, regardons d’abord ce qui s’offre à nous sous le couvert de cette simple équation.

D'abord, ce à quoi vous devez faire attention, c'est que l'équation n°1 a une symétrie radiale (symétrie sphérique) - cela suggère que la gravité n'a pas de directions d'interaction spécifiques et que toutes les interactions qu'elle fournit sont strictement symétriques.

Deuxième, ce qu'il faut noter, c'est que dans l'équation n°1 il n'y a ni temps ni vitesse, c'est-à-dire que l'interaction est assurée immédiatement, sans délai à aucune distance.

Troisième, Newton a souligné la nature divine de la gravité, c'est-à-dire que toutes choses dans le monde interagissent selon la volonté de Dieu - la gravité ne fait pas exception. La raison pour laquelle l’interaction se produit de cette manière est la volonté de Dieu ; Il n’avait aucune image physique du monde dans notre compréhension.

Comme vous pouvez le constater, les principes de la gravité sont simples et compréhensibles, ils sont énoncés dans tous les manuels scolaires et sont diffusés par tous les fers (à l'exception peut-être du troisième principe), mais comme on s'en souvient, Francis Bacon nous a légué pour comprendre la nature à travers des observations (empiriquement), les modèles énoncés ci-dessus correspondent-ils à cette règle ?

Quelques faits

Inertie,- il s'agit d'un phénomène naturel qui se produit lors du mouvement de tout corps. Malgré la distribution universelle de ce phénomène, les physiciens (si quelqu'un le sait, corrigez-moi) ne peuvent toujours pas dire clairement à quoi l'inertie est physiquement liée, au corps ou à l'espace qui l'entoure. Newton connaissait très bien l'existence de ce phénomène, et le fait qu'il affecte les forces d'interaction des corps gravitationnels, mais si vous regardez l'équation n°1, vous n'y trouverez aucune trace d'inertie, du coup, le Le problème des « trois corps » n’a jamais été strictement résolu.

Tous les fers, de tous bords, me convainquent que Newton a calculé les orbites des planètes sur la base de son équation divine, bien sûr je les crois, car peu de temps avant cela, Johannes Kepler a tout fait de manière empirique, cependant, aucun des fers n'explique comment Isaac a fait ses calculs Newton a pris en compte l'inertie, personne ne vous le dira dans aucun manuel, même universitaire.

La conséquence en est très simple, les scientifiques britanniques ont ajusté les résultats des calculs aux travaux de Kepler, l'équation n°1 ne prend pas en compte l'inertie et la vitesse des corps, elle est donc totalement inutile pour calculer des orbites spécifiques des corps célestes. Ce n’est même pas drôle de dire que la philosophie de Newton décrit physiquement le mécanisme de l’inertie.

Manœuvre gravitationnelle- un phénomène naturel lorsque, lors de l'interaction de corps gravitants, l'un d'eux accélère et l'autre ralentit. Compte tenu de la parfaite symétrie radiale de l'équation n°1, ainsi que de la vitesse instantanée de propagation de la gravité selon cette équation, cet effet physique est impossible, toute la quantité de mouvement ajoutée sera supprimée lorsque les corps s'éloigneront les uns des autres et les corps en interaction resteront « seuls ». Nous avons appris à travailler avec des manœuvres gravitationnelles basées sur des observations empiriques (vols dans l'espace), selon la théorie de Newton, dans ce cas, il est possible de changer uniquement la direction du mouvement des corps, mais pas leur élan, ce qui contredit clairement les données expérimentales.

Structures en forme de disque- la majeure partie de l'univers visible est occupée par des structures en forme de disque, ce sont des galaxies, des disques de systèmes planétaires, des anneaux planétaires. Compte tenu de la symétrie complète de l’équation n°1, il s’agit d’un fait physique très étrange. Selon cette équation, la grande majorité des structures devraient avoir une forme sphérique symétrique ; les observations astronomiques contredisent directement cette affirmation. La théorie cosmogonique officielle de la condensation des planètes à partir d'un nuage de poussière n'explique en aucun cas la présence de disques plats de systèmes planétaires autour des étoiles. La même exception concerne les anneaux de Saturne, soi-disant formés par l'impact de certains corps sur l'orbite de Saturne. Pourquoi une structure plate et non sphérique s'est-elle formée ?

Les phénomènes astronomiques que nous observons contredisent directement les postulats fondamentaux de la symétrie de la théorie de la gravité de Newton.

Activité des marées- selon la science moderne, les raz de marée dans les mers de la Terre sont formés par l'influence gravitationnelle conjointe de la Lune et du Soleil. Bien sûr, il y a une influence de la Lune et du Soleil sur les marées, mais ce que c'est est une question plutôt discutable à mon avis, j'aimerais voir une simulation interactive où les positions de la Lune et du Soleil, ainsi que comme les marées, se superposeraient, quelque chose que je n'ai pas encore vu de si belles simulations, ce qui est très étrange, étant donné l'amour des scientifiques modernes pour les simulations informatiques.

Il y a beaucoup plus de questions sur les marées que de réponses, commencez au moins par la formation d'une « ellipse de marée. » Je comprends que la gravité provoque un « ventre » d'eau du côté le plus proche de la Lune ou du Soleil, et ce qui provoque un phénomène similaire. « ventre » de l’autre côté de la Terre, si vous regardez. En principe, cela ne peut pas se produire pour l’équation n°1.

Les bons physiciens ont convenu que le rôle principal dans les forces de marée n'est pas l'ampleur de la force, mais son gradient, par exemple la Lune a un gradient de force plus grand et a un plus grand effet sur les marées, le Soleil a un gradient plus petit, il influence moins les marées, mais excusez-moi dans l'équation n°1 il n'y a rien de tel, et Newton n'a même pas dit quelque chose de tel, comment faut-il comprendre cela ? Évidemment, il s’agit d’un autre ajustement au résultat bien connu des « scientifiques » britanniques. Lorsque le bouillonnement de la substance des marées atteignit un certain niveau, les « scientifiques » britanniques décidèrent encore plus embrouiller Chers auditeurs reconnaissants, la vérité n’est pas du tout claire.

Je n'ai pas d'opinion sur le bon algorithme de calcul des marées, mais tous les signes indirects indiquent que personne ne l'a.

Expérience Cavendish- détermination de la « constante gravitationnelle » à l'aide de balances de torsion. C’est une véritable honte pour la science physique moderne, et le fait que ce soit une honte était évident même à l’époque de Cavendish (1790), mais il n’aurait pas été un véritable scientifique « britannique » s’il avait prêté attention aux choses ennuyeuses. monde extérieur, une expérience laide d'un point de vue physique est entrée dans tous les manuels de physique possibles et est toujours là. Ce n’est que récemment que les sommités scientifiques ont commencé à s’inquiéter légèrement de sa reproductibilité.

L’expérience est fondamentalement irréproductible dans les conditions terrestres. La question ne concerne même pas « l’effet Casimir », prédit bien avant Casimir, ni les distorsions thermiques de la structure, ni l’interaction électromagnétique des charges. Le principal problème réside dans les oscillations naturelles de longue période de l'installation ; il est impossible d'éliminer cette distorsion dans les conditions terrestres.

Personnellement, je ne peux pas dire quel genre de chiffres les scientifiques britanniques ont trouvé, je peux seulement dire que, conformément aux dernières recherches physiques, ce ne sont que des conneries qui n'ont rien à voir avec de véritables interactions gravitationnelles. Ainsi, cette expérience ne peut pas servir à prouver ou à réfuter quoi que ce soit - ce sont simplement des déchets avec lesquels rien d'utile ne peut être fait, et plus encore, il est impossible de connaître la valeur de la « constante gravitationnelle ».

Un peu de jurons

Il serait possible d'énumérer beaucoup plus de faits, mais je n'y vois pas beaucoup de sens - cela n'affecte toujours rien, les "physiciens" marquent le pas au même endroit depuis quatre cents ans à cause de la gravité, apparemment ce qui est Ce qui est bien plus important pour eux n'est pas ce qui se passe dans la nature, et comme l'a dit un théologien anglican, évidemment, les prix Nobel ne sont décernés que pour cela.

Aujourd’hui, il est très à la mode de déplorer que les jeunes « ignorent » la physique, n’ont aucun respect pour les autorités et autres absurdités. Quel respect peut-il y avoir si les manipulations de nos partenaires britanniques sont visibles sans lentilles de contact ? Les données physiques contredisent directement tous les postulats de la science, mais la chouette continue d'être régulièrement attirée sur le globe et cette activité fascinante n'a pas de fin en vue. Les jeunes voient comment nos affaires sont gérées devant Dieu, en tenant compte de la sécurité moderne de l'information, et je suis sûr qu'ils en tirent les conclusions appropriées.

Je pense que le plus grand secret de la physique moderne réside dans les valeurs spécifiques des forces gravitationnelles dans le système solaire, sinon pourquoi y aurait-il autant d'accidents lors de l'atterrissage (atterrissage sur la Lune, atterrissage, atterrissage sur Mars), mais tout le monde, comme habituel, continue de lire le mantra du « grand scientifique » et ses lois ne veulent évidemment pas trahir leur savoir-faire acquis à force de sueur et de sang.

La cosmologie moderne est encore plus ennuyeuse : les gens ne disposent essentiellement d'aucune information sur la gravité, mais ils ont déjà inventé la matière noire, l'énergie noire, les trous noirs et les ondes gravitationnelles. Peut-être que nous allons d'abord déterminer au moins l'environnement de la Terre et du Soleil, lancer des sondes de test et découvrir ce qui se passe, et nous commencerons donc à parler de diverses schizophrénies, mais non, les « scientifiques » britanniques ne sont pas comme ça. En conséquence, nous sommes confrontés à un déluge de publications « scientifiques » dont la valeur globale se situe quelque part au plus bas.

Ici, ils m'objecteront, eh bien, bien sûr, il y a aussi Einstein et sa clique. Vous savez, ces braves gens ont surpassé Newton lui-même, Newton a au moins dit que les forces gravitationnelles existent, même si par la volonté de Dieu, Einstein les a déclarées imaginaires, les corps sont censés voler parce que je (Einstein) le veux ainsi, et il n'y a pas d'autre moyen, selon lui. les études qu'il a réussi à perdre même Dieu. Par conséquent, je ne condamnerai même pas ces rebondissements agnostiques d'une conscience malade, je ne peux tout simplement pas considérer cela comme des données scientifiques. C'est un conte de fées, un essai, de la philosophie, tout sauf de l'empirisme.

conclusions

Toute l'histoire disponible, en particulier la dernière, prouve de manière convaincante que nos partenaires britanniques ne donnent rien gratuitement, mais maintenant qu'ils sont soudainement généreux avec toute la théorie de la gravité, c'est pour le moins suspect.

Personnellement, je ne crois pas du tout à leurs bonnes intentions, toutes les données physiques, en particulier celles obtenues auprès de nos partenaires, ont besoin d'un audit centralisé approfondi, sinon nous nous gratterons l'ego avec toutes sortes d'obscurantistes dégoûtants pendant encore mille ans, et ils nous entraînera dans des ennuis sans fin avec des victimes humaines et matérielles.

La principale conclusion de l’article est que la gravité en tant que phénomène se trouve au même niveau de recherche, du moins dans le domaine de la connaissance publique, qu’il y a 400 ans. Commençons enfin par étudier le monde réel et ne pas embrasser les reliques britanniques.

Cependant, chacun est libre de se forger sa propre opinion sur la base des faits disponibles.

Sagesse conventionnelle

Il existe des corps spéciaux dans le système solaire : les comètes.
Une comète est un petit corps mesurant plusieurs kilomètres. Contrairement à un astéroïde ordinaire, la comète contient diverses glaces : de l'eau, du dioxyde de carbone, du méthane et autres. Lorsqu'une comète entre sur l'orbite de Jupiter, ces glaces commencent à s'évaporer rapidement, quittent la surface de la comète avec la poussière et forment ce qu'on appelle la coma - un nuage de gaz et de poussière entourant le noyau solide. Ce nuage s'étend sur des centaines de milliers de kilomètres à partir du noyau. Grâce à la lumière solaire réfléchie, la comète (pas elle-même, mais seulement le nuage) devient visible. Et grâce à une légère pression, une partie du nuage est entraînée dans ce qu'on appelle la queue, qui s'étend de la comète sur plusieurs millions de kilomètres (voir photo 2). En raison de la très faible gravité, toute la matière contenue dans le coma et la queue est irrémédiablement perdue. Ainsi, en volant près du Soleil, une comète peut perdre plusieurs pour cent de sa masse, et parfois plus. Sa durée de vie est insignifiante selon les normes astronomiques.
D'où viennent les nouvelles comètes ?

Selon la cosmogonie traditionnelle, ils arrivent du soi-disant nuage d'Oort. Il est généralement admis qu'à une distance de cent mille unités astronomiques du Soleil (la moitié de la distance de l'étoile la plus proche), il existe un énorme réservoir de comètes. Les étoiles proches perturbent périodiquement ce réservoir, puis les orbites de certaines comètes changent de sorte que leur périhélie est proche du Soleil, les gaz à sa surface commencent à s'évaporer, formant une énorme coma et une queue, et la comète devient visible à travers un télescope, et parfois à l'œil nu. Sur la photo, la célèbre grande comète Hale-Bopp, en 1997.

Comment s’est formé le nuage d’Oort ? La réponse généralement acceptée est la suivante. Au tout début de la formation du système solaire, de nombreux corps glacés d'un diamètre de dix kilomètres ou plus se sont formés dans la région des planètes géantes. Certains d'entre eux sont devenus une partie des planètes géantes et de leurs satellites, tandis que d'autres ont été projetés à la périphérie du système solaire. Jupiter a joué un rôle majeur dans ce processus, mais Saturne, Uranus et Neptune y ont également contribué grâce à leurs champs gravitationnels. En termes généraux, ce processus ressemblait à ceci : une comète vole près du puissant champ gravitationnel de Jupiter et change de vitesse pour se retrouver à la périphérie du système solaire.

C'est vrai que cela ne suffit pas. Si le périhélie de la comète se trouve à l'intérieur de l'orbite de Jupiter et que son aphélie se trouve quelque part à la périphérie, alors sa période, comme il est facile à calculer, sera de plusieurs millions d'années. Au cours de l'existence du système solaire, une telle comète aura le temps de s'approcher du Soleil près de mille fois et tout son gaz, qui peut s'évaporer, s'évaporera. Par conséquent, on suppose que lorsque la comète se trouve à la périphérie, les perturbations provenant des étoiles proches modifieront tellement son orbite que le périhélie sera également très éloigné du Soleil.

C'est donc un processus en quatre étapes. 1. Jupiter jette un morceau de glace à la périphérie du système solaire. 2. L’étoile la plus proche change d’orbite de sorte que le périhélie de l’orbite soit également éloigné du Soleil. 3. Sur une telle orbite, un morceau de glace reste intact pendant près de plusieurs milliards d'années. 4. Une autre étoile passant à proximité perturbe à nouveau son orbite de sorte que le périhélie se rapproche du Soleil. En conséquence, un morceau de glace nous arrive. Et nous la voyons comme une nouvelle comète.

Pour les cosmogonistes modernes, tout cela semble tout à fait plausible. Mais est-ce le cas ? Examinons de plus près les quatre étapes.

MANŒUVRE GRAVITAIRE

Première rencontre

J'ai découvert la manœuvre gravitationnelle pour la première fois en 9e année à l'Olympiade régionale de physique. La tâche était la suivante.
Une fusée décolle de la Terre avec une vitesse V (suffisante pour sortir du champ gravitationnel). La fusée possède un moteur de poussée F, qui peut fonctionner pendant un temps t. A quel moment faut-il allumer le moteur pour que la vitesse finale de la fusée soit maximale ? Négligez la résistance de l’air.

Au début, il m’a semblé que le moment où allumer le moteur n’avait pas d’importance. En effet, en raison de la loi de conservation de l'énergie, la vitesse finale de la fusée devrait dans tous les cas être la même. Il reste à calculer la vitesse finale de la fusée dans deux cas : 1. on allume le moteur au début, 2. on allume le moteur après avoir quitté le champ gravitationnel terrestre. Comparez ensuite les résultats et assurez-vous que la vitesse finale de la fusée est la même dans les deux cas. Mais ensuite je me suis rappelé que la puissance est égale à : la force de traction multipliée par la vitesse. Par conséquent, la puissance du moteur-fusée sera maximale si vous allumez le moteur immédiatement au démarrage, lorsque la vitesse de la fusée est maximale. Donc, la bonne réponse est : on allume le moteur immédiatement, alors la vitesse finale de la fusée sera maximale.

Et même si j'ai résolu le problème correctement, le problème persiste. La vitesse finale, et donc l'énergie de la fusée, DÉPEND du moment où le moteur est allumé. Cela semble être une violation flagrante de la loi de conservation de l’énergie. Ou non? Quel est le problème? L'énergie doit être conservée ! J'ai essayé de répondre à toutes ces questions après les Jeux olympiques

La poussée d'une fusée DÉPEND de sa vitesse. C’est un point important qui mérite d’être discuté.
Disons une fusée de masse M avec un moteur qui crée une poussée de force F. Plaçons cette fusée dans un espace vide (loin des étoiles et des planètes) et allumons le moteur. À quelle accélération la fusée se déplacera-t-elle ? Nous connaissons la réponse grâce à la deuxième loi de Newton : l'accélération A est égale à :
A = F/H

Passons maintenant à un autre référentiel inertiel, dans lequel la fusée se déplace à grande vitesse, disons 100 km/s. Quelle est l’accélération de la fusée dans ce référentiel ?
L'accélération NE DÉPEND PAS du choix du référentiel inertiel, ce sera donc la MÊME :
A = F/H
La masse de la fusée ne change pas non plus (100 km/sec n'est pas encore un cas relativiste), donc la force de poussée F sera la MÊME.
Et donc la puissance d’une fusée DÉPEND de sa vitesse. Après tout, la puissance est égale à la force multipliée par la vitesse. Il s'avère que si une fusée se déplace à une vitesse de 100 km/s, alors la puissance de son moteur est 100 fois plus puissante que celle EXACTE du même moteur sur une fusée se déplaçant à une vitesse de 1 km/s.

À première vue, cela peut paraître étrange, voire paradoxal. D’où vient l’énorme puissance supplémentaire ? L'énergie doit être conservée !
Examinons cette question.
Une fusée se déplace toujours grâce à un système de propulsion à réaction : elle projette divers gaz dans l'espace à grande vitesse. Pour être précis, nous supposons que la vitesse d’émission du gaz est de 10 km/s. Si une fusée se déplace à une vitesse de 1 km/s, alors son moteur n’accélère principalement pas la fusée, mais le carburant de la fusée. Par conséquent, la puissance du moteur pour accélérer la fusée n’est pas élevée. Mais si la fusée se déplace à une vitesse de 10 km/s, alors le carburant éjecté sera au REPOS par rapport à l'observateur externe, c'est-à-dire que toute la puissance du moteur sera consacrée à l'accélération de la fusée. Et si la fusée se déplaçait à une vitesse de 100 km/s ? Dans ce cas, le carburant éjecté se déplacera à une vitesse de 90 km/s. Autrement dit, la vitesse du carburant DIMINUERA de 100 à 90 km/sec. Et TOUTE la différence dans l'énergie cinétique du carburant, due à la loi de conservation de l'énergie, sera transférée à la fusée. Par conséquent, la puissance du moteur-fusée à de telles vitesses augmentera considérablement.

En termes simples, pour une fusée rapide, son carburant possède une énorme énergie cinétique. Et de cette énergie, de la puissance supplémentaire est tirée pour accélérer la fusée.

Reste maintenant à comprendre comment cette propriété de la fusée peut être utilisée dans la pratique.

Une tentative d'application pratique

Supposons que, dans un avenir proche, vous envisagez de faire voler une fusée vers le système Saturne jusqu'à Titan (voir photos 1 à 3) pour étudier les formes de vie anaérobies. Nous avons volé vers l’orbite de Jupiter et il s’est avéré que la vitesse de la fusée était tombée presque à zéro. La trajectoire de vol n'a pas été calculée correctement ou le carburant s'est avéré contrefait :) . Ou peut-être qu'une météorite a heurté le compartiment à carburant et que presque tout le carburant a été perdu. Ce qu'il faut faire?

La fusée a un moteur et une petite quantité de carburant. Mais le maximum dont le moteur est capable est d’augmenter la vitesse de la fusée de 1 km/s. Ce n’est clairement pas suffisant pour atteindre Saturne. Le pilote propose donc cette option.
« Nous entrons dans le champ gravitationnel de Jupiter et tombons dessus. En conséquence, Jupiter accélère la fusée à une vitesse énorme – environ 60 km/s. Lorsque la fusée accélère à cette vitesse, allumez le moteur. La puissance du moteur à cette vitesse augmentera plusieurs fois. Ensuite, nous sortons du champ gravitationnel de Jupiter. À la suite d’une telle manœuvre gravitationnelle, la vitesse de la fusée n’augmente pas de 1 km/s, mais bien plus. Et nous pouvons voler vers Saturne. »
Mais quelqu’un s’y oppose.
« Oui, la puissance de la fusée près de Jupiter va augmenter. La fusée recevra de l'énergie supplémentaire. Mais en sortant du champ gravitationnel de Jupiter, nous perdrons toute cette énergie supplémentaire. L'énergie doit rester dans le puits de potentiel de Jupiter, sinon il y aura quelque chose comme une machine à mouvement perpétuel, et c'est impossible. Par conséquent, la manœuvre gravitationnelle ne présentera aucun avantage. Nous allons juste perdre notre temps.

Ainsi, la fusée n'est pas loin de Jupiter et est quasiment immobile par rapport à elle. La fusée est équipée d'un moteur avec suffisamment de carburant pour augmenter la vitesse de la fusée de seulement 1 km/s. Pour augmenter l'efficacité du moteur, il est proposé d'effectuer une manœuvre gravitationnelle : « lâcher » la fusée sur Jupiter. Il se déplacera dans son champ d'attraction le long d'une parabole (voir photo). Et au point le plus bas de la trajectoire (marqué d'une croix rouge sur la photo) il s'allumera moteur b. La vitesse de la fusée près de Jupiter sera de 60 km/s. Une fois que le moteur accélère davantage, la vitesse de la fusée augmentera jusqu'à 61 km/s. Quelle vitesse aura la fusée lorsqu’elle quittera le champ gravitationnel de Jupiter ?

Cette tâche est à la portée d'un lycéen, si, bien sûr, il connaît bien la physique. Vous devez d’abord écrire une formule pour la somme des énergies potentielle et cinétique. Rappelez-vous ensuite la formule de l’énergie potentielle dans le champ gravitationnel d’une balle. Regardez dans l'ouvrage de référence pour découvrir quelle est la constante gravitationnelle, ainsi que la masse de Jupiter et son rayon. En utilisant la loi de conservation de l'énergie et en effectuant des transformations algébriques, obtenez la formule générale finale. Et enfin, en substituant tous les nombres dans la formule et en effectuant les calculs, vous obtenez la réponse. Je comprends que personne (presque personne) ne veut se plonger dans des formules, je vais donc essayer, sans vous déranger avec aucune équation, d'expliquer la solution à ce problème « sur vos doigts ». J'espère que ca fonctionne! :) .

Si la fusée est à l’arrêt, son énergie cinétique est nulle. Et si une fusée se déplace à une vitesse de 1 km/sec, alors nous supposerons que son énergie est de 1 unité. En conséquence, si une fusée se déplace à une vitesse de 2 km/s, alors son énergie est de 4 unités, si 10 km/s, alors 100 unités, etc. Il est clair. Nous avons déjà résolu la moitié du problème.
Au point marqué d'une croix (voir photo), la vitesse de la fusée est de 60 km/sec et l'énergie est de 3600 unités. 3 600 unités suffisent pour sortir du champ gravitationnel de Jupiter. Après que la fusée ait accéléré, sa vitesse est devenue 61 km/sec et l'énergie, en conséquence, était de 61 au carré (prenez une calculatrice) 3721 unités. Lorsqu'une fusée quitte le champ gravitationnel de Jupiter, elle ne dépense que 3 600 unités. Il reste 121 unités. Cela correspond à une vitesse (prenez la racine carrée) de 11 km/sec. Le problème est résolu. Ce n'est pas une réponse approximative, mais une réponse EXACTE.

Nous voyons que l’assistance gravitationnelle peut être utilisée pour générer de l’énergie supplémentaire. Au lieu d'accélérer une fusée à 1 km/sec, elle peut être accélérée à 11 km/sec (121 fois plus d'énergie, 12 000 % d'efficacité !) s'il y a un corps massif comme Jupiter à proximité.

Comment avons-nous obtenu un ÉNORME gain d’énergie ? En raison du fait qu'ils ont laissé le combustible usé non pas dans un espace vide à proximité de la fusée, mais dans un trou potentiel profond créé par Jupiter. Le combustible usé a reçu une énergie potentielle plus élevée avec un signe MOINS. Par conséquent, la fusée a reçu une plus grande énergie cinétique avec le signe PLUS.

Faire pivoter un vecteur

Supposons que nous pilotions une fusée près de Jupiter et que nous souhaitions augmenter sa vitesse. Mais nous n'avons AUCUN carburant. Disons simplement que nous avons du carburant pour corriger notre trajectoire. Mais ce n’est clairement pas suffisant pour accélérer significativement la fusée. Pouvons-nous augmenter considérablement la vitesse d’une fusée en utilisant l’assistance gravitationnelle ?
Dans sa forme la plus générale, cette tâche ressemble à ceci. Nous volons dans le champ gravitationnel de Jupiter à une certaine vitesse. Ensuite, nous sortons du terrain. Notre vitesse va-t-elle changer ? Et dans quelle mesure cela peut-il changer ?
Résolvons ce problème.

Du point de vue d'un observateur se trouvant sur Jupiter (ou plutôt immobile par rapport à son centre de masse), notre manœuvre ressemble à ceci. Premièrement, la fusée se trouve à une grande distance de Jupiter et se dirige vers lui à la vitesse V. Puis, en s'approchant de Jupiter, elle accélère. Dans ce cas, la trajectoire de la fusée est courbe et, comme on le sait, dans sa forme la plus générale, il s'agit d'une hyperbole. La vitesse maximale de la fusée sera à l'approche minimale. L'essentiel ici n'est pas de s'écraser sur Jupiter, mais de voler à côté de lui. Après une approche minimale, la fusée commencera à s'éloigner de Jupiter et sa vitesse diminuera. Enfin, la fusée sortira du champ gravitationnel de Jupiter. Quelle vitesse aura-t-il ? Exactement le même qu'à l'arrivée. La fusée a volé dans le champ gravitationnel de Jupiter à une vitesse V et en est ressortie exactement à la même vitesse V. Quelque chose a-t-il changé ? Non, ça a changé. La DIRECTION de la vitesse a changé. C'est important. Grâce à cela, nous pouvons effectuer une manœuvre gravitationnelle.

En effet, ce qui est important pour nous n’est pas la vitesse de la fusée par rapport à Jupiter, mais sa vitesse par rapport au Soleil. C'est ce qu'on appelle la vitesse héliocentrique. À cette vitesse, la fusée traverse le système solaire. Jupiter se déplace également dans le système solaire. Le vecteur vitesse héliocentrique de la fusée peut être décomposé en la somme de deux vecteurs : la vitesse orbitale de Jupiter (environ 13 km/sec) et la vitesse RELATIVE de la fusée à Jupiter. Il n'y a rien de compliqué ici ! Il s’agit d’une règle triangulaire courante pour l’addition de vecteurs enseignée en 7e année. Et cette règle est SUFFISANTE pour comprendre l'essence de la manœuvre gravitationnelle.

Nous avons quatre vitesses. U(1) est la vitesse de notre fusée par rapport au Soleil AVANT la manœuvre gravitationnelle. V(1) est la vitesse de la fusée par rapport à Jupiter AVANT la manœuvre gravitationnelle. V(2) est la vitesse de la fusée par rapport à Jupiter APRÈS la manœuvre gravitationnelle. En magnitude V(1) et V(2) sont ÉGAUX, mais en direction ils sont DIFFÉRENTS. U(2) est la vitesse de la fusée par rapport au Soleil APRÈS la manœuvre gravitationnelle. Pour voir comment ces quatre vitesses sont liées les unes aux autres, regardons la figure.

La flèche verte AO est la vitesse de déplacement de Jupiter sur son orbite. La flèche rouge AB est U(1) : la vitesse de notre fusée par rapport au Soleil AVANT la manœuvre gravitationnelle. La flèche jaune OB est la vitesse de notre fusée par rapport à Jupiter AVANT la manœuvre gravitationnelle. La flèche jaune OS est la vitesse de la fusée par rapport à Jupiter APRÈS la manœuvre gravitationnelle. Cette vitesse DOIT se situer quelque part sur le cercle jaune de rayon OB. Car dans son système de coordonnées, Jupiter NE PEUT PAS modifier la valeur de la vitesse de la fusée, mais ne peut la faire pivoter que d’un certain angle (alpha). Et enfin, AC est ce dont nous avons besoin : la vitesse de la fusée U(2) APRÈS la manœuvre gravitationnelle.

Regardez comme c'est simple. La vitesse de la fusée APRÈS la manœuvre gravitationnelle AC est égale à la vitesse de la fusée AVANT la manœuvre gravitationnelle AB plus le vecteur BC. Et le vecteur BC est un CHANGEMENT de la vitesse de la fusée dans le référentiel Jupiter. Parce que OS - OV = OS + VO = VO + OS = BC. Plus le vecteur vitesse de la fusée tourne par rapport à Jupiter, plus la manœuvre gravitationnelle sera efficace.

Ainsi, une fusée SANS carburant vole dans le champ gravitationnel de Jupiter (ou d'une autre planète). La valeur de sa vitesse AVANT et APRÈS la manœuvre par rapport à Jupiter NE CHANGE PAS. Mais en raison de la rotation du vecteur vitesse par rapport à Jupiter, la vitesse de la fusée par rapport à Jupiter change toujours. Et le vecteur de ce changement s'ajoute simplement au vecteur vitesse de la fusée AVANT la manœuvre. J'espère avoir tout expliqué clairement.

Pour mieux comprendre l'essence de la manœuvre gravitationnelle, regardons-la en utilisant l'exemple de Voyager 2, qui a volé près de Jupiter le 9 juillet 1979. Comme le montre le graphique (voir photo), il s'est approché de Jupiter à une vitesse de 10 km/sec et s'est envolé hors de son champ gravitationnel à une vitesse de 20 km/sec. Seulement deux chiffres : 10 et 20.
Vous serez surpris de la quantité d'informations que vous pouvez extraire de ces chiffres :
1. Nous calculerons la vitesse de Voyager 2 lorsqu'il a quitté le champ gravitationnel terrestre.
2. Trouvons l'angle sous lequel l'appareil s'est approché de l'orbite de Jupiter.
3. Calculons la distance minimale à laquelle Voyager 2 a volé jusqu'à Jupiter.
4. Découvrons à quoi ressemblait sa trajectoire par rapport à un observateur situé sur Jupiter.
5. Trouvons l'angle auquel le vaisseau spatial a dévié après avoir rencontré Jupiter.

Nous n'utiliserons pas de formules complexes, mais ferons les calculs, comme d'habitude, « avec nos doigts », parfois à l'aide de simples dessins. Cependant, les réponses que nous recevrons seront exactes. Disons simplement qu'ils ne seront probablement pas exacts parce que les nombres 10 et 20 ne sont probablement pas exacts. Ils sont extraits du graphique et arrondis. De plus, les autres nombres que nous utiliserons seront également arrondis. Après tout, il est important pour nous de comprendre la manœuvre gravitationnelle. Par conséquent, nous prendrons les nombres 10 et 20 comme exacts, afin d'avoir quelque chose sur quoi bâtir.

Résolvons le 1er problème.
Admettons que l'énergie de Voyager 2, se déplaçant à une vitesse de 1 km/s, est de 1 unité. La vitesse minimale de départ du système solaire depuis l'orbite de Jupiter est de 18 km/sec. Le graphique de cette vitesse est sur la photo, et il se situe ainsi. Vous devez multiplier la vitesse orbitale de Jupiter (environ 13 km/s) par la racine de deux. Si Voyager 2, à l'approche de Jupiter, avait une vitesse de 18 km/sec (énergie 324 unités), alors son énergie totale (la somme de la cinétique et du potentiel) dans le champ gravitationnel du Soleil serait EXACTEMENT nulle. Mais la vitesse de Voyager 2 n'était que de 10 km/s et l'énergie était de 100 unités. C'est-à-dire moins du montant :
324-100 = 224 unités.
Ce manque d'énergie CONSISTE lorsque Voyager 2 se déplace de la Terre vers Jupiter.
La vitesse minimale de départ du système solaire depuis l'orbite terrestre est d'environ 42 km/s (un peu plus). Pour le trouver, vous devez multiplier la vitesse orbitale de la Terre (environ 30 km/sec) par la racine de deux. Si Voyager 2 s'éloignait de la Terre à une vitesse de 42 km/sec, son énergie cinétique serait de 1 764 unités (42 carrés) et son énergie cinétique totale serait nulle. Comme nous l'avons déjà découvert, l'énergie de Voyager 2 était inférieure de 224 unités, soit 1764 - 224 = 1540 unités. Nous prenons la racine de ce nombre et trouvons la vitesse à laquelle Voyager 2 a volé hors du champ gravitationnel terrestre : 39,3 km/sec.

Lorsqu'un vaisseau spatial est lancé depuis la Terre vers la partie externe du système solaire, il est généralement lancé à la vitesse orbitale de la Terre. Dans ce cas, la vitesse de mouvement de la Terre s'AJOUTE à la vitesse de l'appareil, ce qui entraîne un énorme gain d'énergie.

Comment le problème de DIRECTION de la vitesse est-il résolu ? Très simple. Ils attendent que la Terre atteigne la partie souhaitée de son orbite pour que la direction de sa vitesse soit celle nécessaire. Disons que lors du lancement d'une fusée vers Mars, il existe une petite « fenêtre » dans le temps pendant laquelle il est très pratique de lancer. Si, pour une raison quelconque, le lancement échoue, la prochaine tentative, vous pouvez en être sûr, n'aura pas lieu avant deux ans.

Lorsqu'à la fin des années 70 du siècle dernier les planètes géantes se sont alignées dans un certain ordre, de nombreux scientifiques - spécialistes de la mécanique céleste ont suggéré de profiter de l'heureux hasard de l'emplacement de ces planètes. Un projet a été proposé sur la façon de réaliser un Grand Tour à moindre coût - un voyage vers TOUTES les planètes géantes à la fois. Ce qui a été réalisé avec succès.
Si nous disposions de ressources et de réserves de carburant illimitées, nous pourrions voler où nous voulons, quand nous le voulons. Mais comme il faut économiser de l'énergie, les scientifiques effectuent uniquement des vols économes en énergie. Vous pouvez être sûr que Voyager 2 a été lancé dans la direction du mouvement de la Terre.
Comme nous l'avons calculé précédemment, sa vitesse par rapport au Soleil était de 39,3 km/sec. Lorsque Voyager 2 a atteint Jupiter, sa vitesse est tombée à 10 km/s. Où allait-elle ?
La projection de cette vitesse sur la vitesse orbitale de Jupiter peut être trouvée à partir de la loi de conservation du moment cinétique. Le rayon de l'orbite de Jupiter est 5,2 fois plus grand que celui de la Terre. Cela signifie que vous devez diviser 39,3 km/sec par 5,2. Nous obtenons 7,5 km/sec. Autrement dit, le cosinus de l’angle dont nous avons besoin est égal à 7,5 km/sec (projection de la vitesse du Voyager) divisé par 10 km/sec (vitesse du Voyager), nous obtenons 0,75. Et l'angle lui-même est de 41 degrés. Sous cet angle, Voyager 2 s'est approché de l'orbite de Jupiter.

Connaissant la vitesse de Voyager 2 et la direction de son mouvement, on peut tracer un schéma géométrique de la manœuvre gravitationnelle. C'est fait comme ça. Nous sélectionnons le point A et en tirons le vecteur de la vitesse orbitale de Jupiter (13 km/sec à l’échelle sélectionnée). La fin de ce vecteur (flèche verte) est désignée par la lettre O (voir photo 1). Ensuite, à partir du point A, nous dessinons le vecteur vitesse de Voyager 2 (10 km/sec sur l'échelle sélectionnée) sous un angle de 41 degrés. La fin de ce vecteur (flèche rouge) est désignée par la lettre B.
Maintenant, nous construisons un cercle (de couleur jaune) avec un centre au point O et un rayon |OB| (voir photo 2). La fin du vecteur vitesse avant et après la manœuvre gravitationnelle ne peut se situer que sur ce cercle. Nous dessinons maintenant un cercle d'un rayon de 20 km/sec (sur l'échelle choisie) avec un centre au point A. C'est la vitesse du Voyager après la manœuvre gravitationnelle. Il coupe le cercle jaune en un point C.

Nous avons tracé la manœuvre gravitationnelle effectuée par Voyager 2 le 9 juillet 1979. AO est le vecteur de la vitesse orbitale de Jupiter. AB est le vecteur vitesse avec lequel Voyager 2 s'est approché de Jupiter. L'angle OAB est de 41 degrés. AC est le vecteur vitesse de Voyager 2 APRÈS la manœuvre gravitationnelle. Sur le dessin, on peut voir que l'angle OAC est d'environ 20 degrés (la moitié de l'angle OAB). Si vous le souhaitez, cet angle peut être calculé avec précision, puisque tous les triangles du dessin sont donnés.
OB est le vecteur vitesse avec lequel Voyager 2 s'est approché de Jupiter, DU POINT DE VUE d'un observateur sur Jupiter. OS est le vecteur vitesse du Voyager après la manœuvre par rapport à l'observateur sur Jupiter.

Si Jupiter ne tournait pas et que vous étiez du côté subsolaire (le Soleil est à son zénith), alors vous verriez Voyager 2 se déplacer d'ouest en est. Il est d'abord apparu dans la partie occidentale du ciel, puis, en s'approchant, il a atteint le Zénith, volant à côté du Soleil, puis a disparu derrière l'horizon à l'Est. Son vecteur vitesse a tourné, comme le montre le dessin, d'environ 90 degrés (angle alpha).

Associé à une énorme consommation d’énergie. Par exemple, un lanceur Soyouz, debout sur la rampe de lancement et prêt à être lancé, pèse 307 tonnes, dont plus de 270 tonnes de carburant, soit la part du lion. La nécessité de dépenser une quantité insensée d'énergie pour se déplacer dans l'espace est largement associée aux difficultés d'exploration des confins du système solaire.

Malheureusement, aucune avancée technique dans ce sens n’est encore attendue. La masse du propulseur reste un facteur clé lors de la planification des missions spatiales, et les ingénieurs profitent de chaque occasion pour économiser du carburant afin de prolonger la durée de vie de la mission. Les manœuvres gravitationnelles constituent une façon d’économiser de l’argent.

Comment voler dans l'espace et qu'est-ce que la gravité

Le principe du déplacement d'un véhicule dans un espace sans air (un environnement d'où il est impossible de décoller avec une hélice, des roues ou autre) est le même pour tous les types de moteurs de fusée fabriqués sur Terre. C'est la poussée du jet. La puissance d’un moteur à réaction est contrecarrée par la gravité. Cette bataille contre les lois de la physique a été remportée par les scientifiques soviétiques en 1957. Pour la première fois dans l'histoire, un appareil fabriqué par l'homme, ayant acquis sa première vitesse cosmique (environ 8 km/s), est devenu un satellite artificiel de la planète Terre.

Pour lancer un appareil pesant un peu plus de 80 kg sur une orbite terrestre basse, il a fallu environ 170 tonnes (c'est le poids de la fusée R-7 qui a mis le satellite en orbite) de fer, d'électronique, de kérosène purifié et d'oxygène liquide.

De toutes les lois et principes de l’univers, la gravité est peut-être l’une des principales. Il régit tout, depuis la structure des particules élémentaires, des atomes, des molécules jusqu'au mouvement des galaxies. C’est aussi un obstacle à l’exploration de l’espace.

Pas seulement du carburant

Même avant le lancement du premier satellite artificiel de la Terre, les scientifiques avaient clairement compris que l'augmentation de la taille des fusées et de la puissance de leurs moteurs pouvait être la clé du succès. Les chercheurs ont été incités à rechercher de telles astuces par les résultats de calculs et de tests pratiques qui ont montré à quel point les vols au-delà de l’atmosphère terrestre sont gourmands en carburant. La première décision de ce type pour les concepteurs soviétiques fut le choix d'un site pour la construction d'un cosmodrome.

Expliquons-nous. Pour devenir un satellite artificiel de la Terre, la fusée doit accélérer jusqu'à 8 km/s. Mais notre planète elle-même est en mouvement continu. Tout point situé sur l'équateur tourne à une vitesse supérieure à 460 mètres par seconde. Ainsi, une fusée lancée dans la région du parallèle zéro aura elle-même une vitesse libre de près d'un demi-kilomètre par seconde.

C'est pourquoi, dans les vastes étendues de l'URSS, un lieu plus au sud a été choisi (la vitesse de rotation journalière à Baïkonour est d'environ 280 m/s). Un projet encore plus ambitieux, visant à réduire l'influence de la gravité sur le lanceur, apparaît en 1964. Ce fut le premier port spatial naval « San Marco », assemblé par les Italiens à partir de deux et situé sur l'équateur. Plus tard, ce principe a constitué la base du projet international Sea Launch, qui lance avec succès des satellites commerciaux à ce jour.

Qui fut le premier

Qu’en est-il des missions spatiales longue distance ? Les scientifiques de l’URSS ont été les pionniers en utilisant la gravité des corps cosmiques pour modifier la trajectoire de vol. Comme nous le savons, la face cachée de notre satellite naturel a été photographiée pour la première fois par le vaisseau spatial soviétique Luna-1. Il était important qu'après avoir survolé la Lune, l'appareil ait le temps de revenir sur Terre pour se trouver face à l'hémisphère nord. Après tout, les informations (images photographiques reçues) devaient être transmises aux personnes, et les stations de suivi et les antennes radio étaient situées précisément dans l'hémisphère nord.

Les scientifiques américains n’ont pas moins réussi à utiliser des manœuvres gravitationnelles pour modifier la trajectoire d’un vaisseau spatial. Le vaisseau spatial robotique interplanétaire Mariner 10, après avoir volé près de Vénus, a dû réduire sa vitesse afin de se déplacer vers une orbite solaire inférieure et d'explorer Mercure. Au lieu d'utiliser la poussée des moteurs pour cette manœuvre, la vitesse du véhicule a été ralentie par le champ gravitationnel de Vénus.

Comment ça fonctionne

Selon la loi de la gravitation universelle, découverte et confirmée expérimentalement par Isaac Newton, tous les corps ayant une masse s'attirent. La force de cette attraction se mesure et se calcule facilement. Cela dépend à la fois de la masse des deux corps et de la distance qui les sépare. Plus c'est proche, plus c'est fort. De plus, à mesure que les corps se rapprochent, la force d’attraction augmente de façon exponentielle.

La figure montre comment les vaisseaux spatiaux, volant à proximité d'un grand corps cosmique (une certaine planète), changent de trajectoire. De plus, la trajectoire de déplacement de l'appareil numéro 1, volant le plus loin de l'objet massif, change très légèrement. On ne peut pas en dire autant de l'appareil n°6. Le planétoïde change radicalement de direction de vol.

Qu'est-ce qu'une élingue gravitaire ? Comment ça marche

L'utilisation de manœuvres gravitationnelles permet non seulement de changer la direction de déplacement de l'engin spatial, mais également d'ajuster sa vitesse.

La figure montre la trajectoire d'un vaisseau spatial généralement utilisée pour l'accélérer. Le principe de fonctionnement d'une telle manœuvre est simple : dans la section de la trajectoire surlignée en rouge, l'appareil semble rattraper une planète qui s'enfuit. Un corps beaucoup plus massif, par la force de sa gravité, entraîne avec lui le plus petit, l'accélérant.

À propos, les vaisseaux spatiaux ne sont pas les seuls à être accélérés de cette manière. On sait que les corps célestes, non liés aux étoiles, parcourent la galaxie avec force et force. Il peut s'agir à la fois d'astéroïdes relativement petits (dont l'un d'ailleurs visite actuellement le système solaire) et de planétoïdes de taille décente. Les astronomes pensent que c'est la fronde gravitationnelle, c'est-à-dire l'influence d'un corps cosmique plus grand, qui projette des objets moins massifs au-delà des limites de leurs systèmes, les vouant à des errances éternelles dans le froid glacial de l'espace vide.

Comment réduire la vitesse

Mais en utilisant les manœuvres gravitationnelles des engins spatiaux, il est possible non seulement d'accélérer, mais aussi de ralentir leur mouvement. Le schéma d'un tel freinage est présenté sur la figure.

Dans la section de trajectoire surlignée en rouge, la gravité de la planète, contrairement à la version avec fronde gravitationnelle, va ralentir le mouvement de l'appareil. Après tout, le vecteur de gravité et la direction de vol du navire sont opposés.

Dans quels cas est-ce utilisé ? Principalement pour le lancement de stations interplanétaires automatiques sur les orbites des planètes étudiées, ainsi que pour l'étude des régions circumsolaires. Le fait est qu'en se déplaçant vers le Soleil ou, par exemple, vers la planète Mercure la plus proche de l'astre, tout appareil, si vous ne prenez pas de mesures pour ralentir, accélérera bon gré mal gré. Notre étoile a une masse incroyable et une force gravitationnelle énorme. Un vaisseau spatial ayant pris une vitesse excessive ne pourra pas entrer sur l’orbite de Mercure, la plus petite planète de la famille solaire. Le vaisseau passera simplement ; bébé Mercure ne pourra pas le tirer assez fort. Les moteurs peuvent être utilisés pour le freinage. Mais une trajectoire de vol vers le Soleil avec une manœuvre gravitationnelle, disons sur la Lune puis sur Vénus, minimisera l’utilisation de la poussée des fusées. Cela signifie que moins de carburant sera nécessaire et que le poids libéré pourra être utilisé pour accueillir du matériel de recherche supplémentaire.

Tomber dans le chas d'une aiguille

Si les premières manœuvres gravitationnelles ont été réalisées timidement et avec hésitation, les itinéraires des dernières missions spatiales interplanétaires sont presque toujours planifiés avec des ajustements gravitationnels. Le fait est que désormais, grâce au développement de la technologie informatique, ainsi qu'à la disponibilité de données précises sur les corps du système solaire, principalement leur masse et leur densité, les astrophysiciens ont accès à des calculs plus précis. Et il est nécessaire de calculer la manœuvre gravitationnelle avec une extrême précision.

Champion de manœuvre

Au cours de son fonctionnement, l'appareil a visité Saturne, Jupiter, Uranus et Neptune. Tout au long du vol, la gravité du Soleil a agi sur lui, ce qui a progressivement éloigné le navire. Mais, grâce à des manœuvres gravitationnelles bien calculées, pour chacune des planètes, sa vitesse n'a pas diminué, mais a augmenté. Pour chaque planète explorée, le parcours a été construit selon le principe d'une fronde gravitationnelle. Sans l’utilisation de la correction gravitationnelle, Voyager n’aurait pas pu être envoyé aussi loin.

En plus des Voyagers, des manœuvres gravitationnelles ont été utilisées pour lancer des missions aussi connues que Rosetta ou New Horizons. Ainsi, « Rosetta », avant de partir à la recherche de la comète Churyumov-Gerasimenko, a effectué jusqu'à 4 manœuvres d'accélération gravitationnelle près de la Terre et de Mars.

Il est difficile d'imaginer combien les manœuvres de gravité du carburant ont permis d'économiser sur les engins spatiaux. Ils aident à atteindre le voisinage des planètes géantes et même à dépasser définitivement le système solaire. Même pour l’étude de comètes et d’astéroïdes relativement proches de nous, il est possible de calculer la trajectoire la plus économique à l’aide de manœuvres gravitationnelles. Quand est née l’idée du « space sling » ? Et quand a-t-il été mis en œuvre pour la première fois ?

La manœuvre gravitationnelle en tant que phénomène naturel a été découverte pour la première fois par des astronomes du passé, qui ont réalisé que des changements importants dans les orbites des comètes, leurs périodes (et, par conséquent, leur vitesse orbitale) se produisaient sous l'influence gravitationnelle des planètes. Ainsi, après la transition des comètes à courte période de la ceinture de Kuiper vers la partie interne du système solaire, une transformation significative de leurs orbites se produit précisément sous l'influence gravitationnelle de planètes massives, lors de l'échange de moment cinétique avec elles, sans aucun coût énergétique. .

L'idée d'utiliser des manœuvres gravitationnelles pour atteindre l'objectif du vol spatial a été développée par Michael Minovich dans les années 60, lorsque, en tant qu'étudiant, il effectuait un stage au Jet Propulsion Laboratory de la NASA. L'idée d'une manœuvre gravitationnelle a été mise en œuvre pour la première fois dans la trajectoire de vol de la station interplanétaire automatique Mariner 10, lorsque le champ gravitationnel de Vénus a été utilisé pour atteindre Mercure.

Dans une manœuvre gravitationnelle « pure », la règle d’égalité du module de vitesse avant et après l’approche d’un corps céleste est strictement préservée. Le gain devient évident si l’on passe des coordonnées planétocentriques aux coordonnées héliocentriques. Ceci est clairement visible dans le schéma présenté ici, adapté du livre « Mechanics of Space Flight » de V.I. Levantovsky. La trajectoire de l'appareil est représentée à gauche, telle que vue par un observateur de la planète P. La vitesse v in à « l'infini local » est égale en valeur absolue à v out. Tout ce que l'observateur remarquera, c'est un changement dans la direction du mouvement de l'appareil. Cependant, un observateur situé en coordonnées héliocentriques verra un changement significatif dans la vitesse du véhicule. Puisque seul le module de la vitesse du véhicule par rapport à la planète est préservé et qu'il est comparable au module de la vitesse orbitale de la planète elle-même, la somme vectorielle des vitesses résultante peut devenir soit supérieure, soit inférieure à la vitesse du véhicule avant approchant. Le diagramme vectoriel de cet échange de moment cinétique est présenté à droite. Les vitesses égales d'entrée et de sortie du véhicule par rapport à la planète sont désignées par v in et v out, et par V close, V enlevé et V pl - la vitesse d'approche et de retrait de l'appareil et la vitesse orbitale de la planète en coordonnées héliocentriques. L'incrément ΔV est l'impulsion de vitesse que la planète a transmise à l'appareil. Bien entendu, le moment que l’appareil lui-même transmet à la planète est négligeable.

Ainsi, en choisissant judicieusement l'itinéraire de rendez-vous, vous pouvez non seulement changer de direction, mais aussi augmenter considérablement la vitesse du véhicule sans aucune dépense de ses sources d'énergie.

Ce diagramme ne montre pas qu'au début la vitesse augmente fortement puis chute jusqu'à une valeur finale. Les balisticiens ne s'en soucient généralement pas, ils perçoivent l'échange de moment cinétique comme un « coup gravitationnel » de la planète, dont la durée est négligeable par rapport à la durée totale du vol.

Les facteurs critiques dans une manœuvre gravitationnelle sont la masse de la planète M, la portée cible d et la vitesse vin. Il est intéressant de noter que l’incrément de vitesse ΔV est maximum lorsque vin est égal à la vitesse circulaire à la surface de la planète.

Ainsi, les manœuvres à proximité des planètes géantes sont les plus avantageuses et réduisent considérablement la durée du vol. Des manœuvres près de la Terre et de Vénus sont également utilisées, mais cela augmente considérablement la durée du voyage dans l'espace.

Après le succès de Mariner 10, les manœuvres d'assistance gravitationnelle ont été utilisées dans de nombreuses missions spatiales. Par exemple, la mission du vaisseau spatial Voyager a été extrêmement réussie, grâce à laquelle des études sur les planètes géantes et leurs satellites ont été réalisées. Les appareils ont été lancés aux États-Unis à l'automne 1977 et ont atteint la première cible de la mission, la planète Jupiter, en 1979. Après avoir terminé le programme de recherche sur Jupiter et étudié ses lunes, les véhicules ont effectué une manœuvre gravitationnelle (en utilisant le champ gravitationnel de Jupiter), ce qui leur a permis d'être envoyés selon des trajectoires légèrement différentes vers Saturne, qu'ils ont atteint respectivement en 1980 et 1981. Voyager 1 a ensuite effectué une manœuvre complexe pour passer à seulement 5 000 km de la lune Titan de Saturne, puis s'est retrouvée sur une trajectoire hors du système solaire.

Voyager 2 a également effectué une autre manœuvre gravitationnelle et, malgré quelques problèmes techniques, a été envoyé sur la septième planète, Uranus, rencontrée au début de 1986. Après avoir approché Uranus, une autre manœuvre gravitationnelle a été effectuée dans son champ et Voyager 2 s'est dirigé vers Neptune. Ici, la manœuvre gravitationnelle a permis à l’appareil de se rapprocher assez près du satellite Triton de Neptune.

En 1986, une manœuvre gravitationnelle près de Vénus a permis aux vaisseaux spatiaux soviétiques VEGA-1 et VEGA-2 de rencontrer la comète de Halley.

À la toute fin de 1995, un nouvel appareil, Galileo, atteint Jupiter, dont la trajectoire de vol a été choisie comme une chaîne de manœuvres gravitationnelles dans les champs gravitationnels de la Terre et de Vénus. Cela a permis à l'appareil de visiter la ceinture d'astéroïdes deux fois en 6 ans et de se rapprocher des corps assez gros de Gaspra et Ida, et même de revenir deux fois sur Terre. Après son lancement aux États-Unis à l'automne 1989, l'appareil a été envoyé vers Vénus, avec laquelle il s'est approché en février 1990, puis est revenu sur Terre en décembre 1990. La manœuvre gravitationnelle a été répétée et l’appareil s’est dirigé vers la partie interne de la ceinture d’astéroïdes. Pour atteindre Jupiter, Galilée est revenu sur Terre en décembre 1992 et a finalement établi sa trajectoire de vol vers Jupiter.

En octobre 1997, toujours aux États-Unis, la sonde spatiale Cassini a été lancée vers Saturne. Son programme de vol prévoit 4 manœuvres gravitationnelles : deux sur Vénus, une sur Terre et une sur Jupiter. Après la première manœuvre d'approche de Vénus (en avril 1998), l'appareil s'est mis sur l'orbite de Mars et est revenu à nouveau (sans la participation de Mars) sur Vénus. La deuxième manœuvre sur Vénus (juin 1999) a ramené Cassini sur Terre, où elle a également effectué une assistance gravitationnelle (août 1999). Ainsi, l'appareil a acquis une vitesse suffisante pour un vol rapide vers Jupiter, où sera effectuée fin décembre 2000 sa dernière manœuvre en route vers Saturne. Le dispositif devrait atteindre son objectif en juillet 2004.

L. V. Ksanfomality, docteur en physique et mathématiques. Sciences, chef du laboratoire de l'Institut de recherche spatiale.