رحلات المركبات الفضائية تنطوي على استهلاك ضخم للطاقة. على سبيل المثال ، مركبة الإطلاق Soyuz ، التي تقف على منصة الإطلاق وجاهزة للإطلاق ، تزن 307 أطنان ، منها أكثر من 270 طنًا من الوقود ، أي نصيب الأسد. ترتبط الحاجة إلى إنفاق قدر هائل من الطاقة على الحركة في الفضاء الخارجي إلى حد كبير بصعوبات إتقان المناطق البعيدة للنظام الشمسي.
لسوء الحظ ، لا يُتوقع بعد حدوث اختراق تقني في هذا الاتجاه. تظل كتلة الوقود الدافع أحد العوامل الرئيسية في التخطيط لبعثات الفضاء ، ويستغل المهندسون كل فرصة لتوفير الوقود لإطالة أمد تشغيل الجهاز. مناورات الجاذبية طريقة واحدة لتوفير المال.
كيف تطير في الفضاء وما هي الجاذبية
مبدأ تحريك الجهاز في الفراغ (بيئة يستحيل الدفع منها بمروحة أو عجلات أو أي شيء آخر) هو نفسه بالنسبة لجميع أنواع محركات الصواريخ المصنوعة على الأرض. هذا هو الدفع النفاث. تتعارض الجاذبية مع قوة المحرك النفاث. لقد تم الانتصار في هذه المعركة ضد قوانين الفيزياءالعلماء السوفييت عام 1957. لأول مرة في التاريخ ، أصبح جهاز صنع بأيدي بشرية ، بعد أن اكتسب السرعة الكونية الأولى (حوالي 8 كم / ثانية) ، قمرًا صناعيًا لكوكب الأرض.
استغرق الأمر حوالي 170 طنًا من الحديد والإلكترونيات والكيروسين المنقى والأكسجين السائل لإطلاق جهاز يزن ما يزيد قليلاً عن 80 كجم في مدار أرضي منخفض.
من بين جميع قوانين ومبادئ الكون ، ربما تكون الجاذبية أحد أهمها. إنه يتحكم في كل شيء ، بدءًا من ترتيب الجسيمات الأولية والذرات والجزيئات وانتهاءً بحركة المجرات. كما أنه يشكل عقبة أمام استكشاف الفضاء.
ليس مجرد وقود
حتى قبل إطلاق أول قمر صناعي أرضي ، أدرك العلماء بوضوح أنه ليس فقط زيادة حجم الصواريخ وقوة محركاتها يمكن أن يكون مفتاح النجاح. ودُفع الباحثون للبحث عن مثل هذه الحيل من خلال نتائج الحسابات والاختبارات العملية ، التي أظهرت مدى استهلاك الوقود للرحلات الجوية خارج الغلاف الجوي للأرض. كان أول قرار من هذا القبيل للمصممين السوفييت هو اختيار موقع بناء قاعدة الفضاء.
دعونا نشرح. لكي يصبح الصاروخ قمرًا صناعيًا للأرض ، يجب أن يتسارع الصاروخ إلى 8 كم / ثانية. لكن كوكبنا نفسه في حركة مستمرة. تدور أي نقطة تقع على خط الاستواء بسرعة تزيد عن 460 مترًا في الثانية. وهكذا ، فإن الصاروخ الذي يتم إطلاقه في الفضاء الخالي من الهواء في منطقة خط الصفر سيكون في حد ذاتهلديك ما يقرب من نصف كيلومتر في الثانية.
لهذا السبب ، في المساحات الواسعة لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، تم اختيار مكان إلى الجنوب (تبلغ سرعة الدوران اليومي في بايكونور حوالي 280 م / ث). ظهر مشروع أكثر طموحًا يهدف إلى تقليل تأثير الجاذبية على مركبة الإطلاق في عام 1964. كانت أول قاعدة بحرية بحرية "سان ماركو" ، تم تجميعها من قبل الإيطاليين من منصتي حفر وتقع على خط الاستواء. في وقت لاحق ، شكل هذا المبدأ أساس مشروع Sea Launch الدولي ، والذي أطلق بنجاح أقمار صناعية تجارية حتى يومنا هذا.
من كان أول
ماذا عن بعثات الفضاء السحيق؟ كان علماء الاتحاد السوفياتي روادًا في استخدام جاذبية الأجسام الكونية لتغيير مسار الرحلة. تم تصوير الجانب العكسي للقمر الصناعي الطبيعي ، كما تعلم ، لأول مرة بواسطة جهاز Luna-1 السوفيتي. كان من المهم أنه بعد التحليق حول القمر ، كان للجهاز وقت للعودة إلى الأرض بحيث يتحول إليه من نصف الكرة الشمالي. بعد كل شيء ، كان لا بد من نقل المعلومات (الصور الفوتوغرافية المستلمة) إلى الناس ، وكانت محطات التتبع ، وأطباق هوائي الراديو موجودة بدقة في نصف الكرة الشمالي.
نجح في استخدام مناورات الجاذبية لتغيير مسار المركبة الفضائية من قبل العلماء الأمريكيين. كان على المركبة الفضائية الأوتوماتيكية بين الكواكب "مارينر 10" بعد تحليقها بالقرب من كوكب الزهرة أن تقلل السرعة من أجل الذهاب إلى مدار حول الشمسي السفلي واستكشف عطارد. بدلاً من استخدام الدفع النفاث للمحركات لهذه المناورة ، تم إبطاء سرعة السيارة بواسطة مجال جاذبية كوكب الزهرة.
كيف يعمل
وفقًا لقانون الجاذبية الكونية ، الذي تم اكتشافه وتأكيده تجريبيًا بواسطة إسحاق نيوتن ، فإن جميع الأجسام ذات الكتلة تجذب بعضها البعض. يمكن قياس قوة هذا الجذب وحسابها بسهولة. يعتمد ذلك على كتلة كلا الجسمين وعلى المسافة بينهما. كلما اقتربنا ، كان أقوى. علاوة على ذلك ، مع اقتراب الأجسام من بعضها البعض ، تزداد قوة الجذب أضعافًا مضاعفة.
يوضح الشكل كيف تغير مسار المركبة الفضائية ، وهي تحلق بالقرب من جسم كوني كبير (كوكب ما). علاوة على ذلك ، فإن مسار حركة الجهاز تحت الرقم 1 ، الذي يطير بعيدًا عن الجسم الهائل ، يتغير قليلاً جدًا. ما لا يمكن قوله عن الجهاز رقم 6. يغير كوكب الأرض اتجاه طيرانه بشكل كبير.
ما هو حبال الجاذبية. كيف يعمل
لا يسمح استخدام مناورات الجاذبية بتغيير اتجاه المركبة الفضائية فحسب ، بل يسمح أيضًا بتعديل سرعتها.
يوضح الشكل مسار المركبة الفضائية ، وعادة ما تستخدم لتسريعها. مبدأ تشغيل مثل هذه المناورة بسيط: في قسم المسار المظلل باللون الأحمر ، يبدو أن الجهاز يلحق بالكوكب وهو يهرب منه. الجسم الأكثر ضخامة يسحب جسمًا أصغر بقوة جاذبيته ، مما يؤدي إلى تشتيته.
بالمناسبة ، لا يتم تسريع سفن الفضاء فقط بهذه الطريقة. من المعروف أن الأجرام السماوية غير المربوطة بالنجوم تجوب المجرة بقوة وقوة. يمكن أن تكون هذه الكويكبات صغيرة نسبيًا (أحدها ، بالمناسبة ، يزور الآن النظام الشمسي) ، وكواكب بحجم مناسب. يعتقد علماء الفلك أن القاذفة الثقالية ، أي تأثير جسم كوني أكبر ، هي التي ترمي أجسامًا أقل كتلة من أنظمتها ، مما يحكم عليها بالتجول الأبدي في البرد الجليدي في الفضاء الفارغ.
كيفية التباطؤ
لكن باستخدام مناورات الجاذبية للمركبة الفضائية ، لا يمكنك فقط تسريع حركتها ، ولكن أيضًا إبطاء حركتها. يظهر مخطط هذا الكبح في الشكل.
في قسم المسار المظلل باللون الأحمر ، ستؤدي جاذبية الكوكب ، على عكس البديل باستخدام حبال الجاذبية ، إلى إبطاء حركة الجهاز. بعد كل شيء ، متجه الجاذبية واتجاه رحلة السفينة عكس ذلك
متى يتم استخدامه؟ يستخدم بشكل أساسي لإطلاق محطات آلية بين الكواكب في مدارات الكواكب المدروسة ، وكذلك لدراسة المناطق القريبة من الشمس. الحقيقة هي أنه عند التحرك نحو الشمس أو ، على سبيل المثال ، نحو كوكب عطارد الأقرب إلى النجم ، فإن أي جهاز ، إذا لم تقم بتطبيق إجراءات الفرملة ، فإن ذلك يؤدي إلى زيادة السرعة. نجمنا لديه كتلة لا تصدق وقوة جاذبية هائلة. المركبة الفضائية التي اكتسبت سرعة زائدة لن تكون قادرة على دخول مدار عطارد ، أصغر كوكب في العائلة الشمسية. السفينة سوف تنزلق فقطبواسطة ، القليل من عطارد لا يستطيع سحبها بقوة كافية. يمكن استخدام المحركات للفرملة. لكن مسار الجاذبية إلى الشمس ، على سبيل المثال عند القمر ثم الزهرة ، سيقلل من استخدام الدفع الصاروخي. هذا يعني أنه ستكون هناك حاجة إلى وقود أقل ، ويمكن استخدام الوزن الخالي لاستيعاب معدات بحث إضافية.
أدخل عين إبرة
بينما تم إجراء مناورات الجاذبية المبكرة بخجل وتردد ، يتم دائمًا التخطيط دائمًا لمسارات أحدث بعثات الفضاء بين الكواكب من خلال تعديلات الجاذبية. الشيء هو أن علماء الفيزياء الفلكية الآن ، بفضل تطور تكنولوجيا الكمبيوتر ، وكذلك توافر البيانات الأكثر دقة عن أجسام النظام الشمسي ، وكتلتها وكثافتها في المقام الأول ، لديهم حسابات أكثر دقة متاحة. ومن الضروري حساب مناورة الجاذبية بدقة شديدة.
لذا ، فإن وضع مسار بعيدًا عن الكوكب أكثر من اللازم محفوف بحقيقة أن المعدات باهظة الثمن لن تطير على الإطلاق حيث تم التخطيط لها. والاستخفاف بالكتلة يمكن أن يهدد حتى اصطدام السفينة بالسطح.
بطل في المناورات
هذا ، بالطبع ، يمكن اعتباره المركبة الفضائية الثانية لبعثة فوييجر. تم إطلاق الجهاز في عام 1977 ، وهو يغادر حاليًا نظام النجوم الأصلي الخاص به ، ويتقاعد في المجهول.
خلال تشغيل الجهاز ، زار زحل والمشتري وأورانوس ونبتون. طوال الرحلة ، أثرت جاذبية الشمس عليها ، والتي ابتعدت عنها السفينة تدريجياً. لكن بفضل الجاذبية المحسوبة جيدًاالمناورات لكل كوكب لم تنخفض سرعته بل نمت. لكل كوكب تم استكشافه ، تم بناء المسار على مبدأ حبال الجاذبية. بدون تطبيق تصحيح الجاذبية ، لم تكن فوييجر لتتمكن من إرسالها إلى هذا الحد.
إلى جانب فويجرز ، تم استخدام مناورات الجاذبية لإطلاق مهمات معروفة مثل روزيتا أو نيو هورايزونز. لذا ، قبل أن تبحث روزيتا عن مذنب تشوريوموف-جيراسيمنكو ، قامت بما يصل إلى 4 مناورات جاذبية متسارعة بالقرب من الأرض والمريخ.
