重力弹弓实际上是如何工作的?


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根据我对椭圆轨道的了解,一个物体在根尖附近加速并在顶点附近减慢,就像我们在中学物理中学到的那样,一个球体如何在无摩擦的真空中上下滚动并返回一个山谷:高度是相反的与速度成正比。

我们在科幻小说中见过的“重力弹弓”动作,甚至我们自己的航天器都在使用它,它依赖于双曲线轨道的物理原理,即物体在绕行星/月球等运动一圈之前即进入和退出轨道。 。由于重力推向该机构的两个工艺,而他们正前往靠近和远离它,不应该飞船的速度是在相同的(例如)的近拱为1兆欧表前后1兆欧表?如果是这样的话,那么重力弹弓的操纵应该只具有改变飞行器轨迹的最终目的,而不是顾名思义提高飞行器的速度。

我的理解很简单: 三个灰色点表示单个对象沿一条路径移动,该路径浸入到表示大物体的大蓝色圆圈下方。 第一个和第三个灰色点的标签声明速度为x,第二个点的标签声明速度远大于x

Answers:


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该图位于地球的其余框架中。现在假设宇宙飞船在太阳系的框架中减速。行星在附近,因此它现在由于重力而开始加速并加速。现在,这种速度增加会添加到另一侧时行星运动速度的某些分量中(可以通过更改其接近行星的角度来更改此增加的分量,以最大化弹弓效果)。一旦脱离了行星的影响,该航天器便具有与以前相同的速度,加上行星运动的一部分,使它可以走得更远。这就是弹弓效果。

尝试以另一种方式看待这个问题,请考虑航天器的角动量。只要它仅在太阳的重力影响下,其角动量就不会改变。但是,一旦受到另一颗行星的影响,两个角动量(一个是太阳,一个是行星(由于它们的相对运动))相加,并且一旦脱离了地球的引力影响,它们的相对分量就可以可以进行调整(基于朝着行星的接近角和弹弓之后它飞走的角度),以增加与太阳的角动量,从而使太阳进入更大的轨道,从而使其走得更远比以前远离。


哦,如果它们逆着行星的轨道运动,会减慢它们的速度吗?
Supuhstar 2014年

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是的,会的。该分量可以为正或负,在上述情况下,它将为负。但是,鉴于所有行星都具有围绕太阳的相同旋转感,因此有可能(至少在理论上)根据同一方向上的多个弹弓创建轨迹。
Takku 2014年

那么,这种策略对明星不利吗?
Supuhstar 2015年

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这是没有数学或物理解释的直观理解(其他人员将在此处提供这些信息):

您是对的,接近并离开行星本身加起来会产生零影响。重力辅助是随着行星运动而“拖延”的效果。如果一艘太空飞船从其轨道的后方接近行星,它将被拖曳并加速。如果太空飞船从其轨道前方的行星靠近,则太空飞船将减速,因为相遇行星的移动重力场将其向后拉。


3

您是正确的,双曲线的输出速度与双曲线焦点所在的身体的输入速度相同。方向已更改。

但是对于另一个物体,方向的改变可能意味着速度的改变。

这是一个如何将月球用于捕获小行星以将其相对于地球的双曲线轨道简化为围绕地球的捕获轨道的示意图:

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