Penerbangan pesawat luar angkasa melibatkan konsumsi energi yang besar. Misalnya, kendaraan peluncuran Soyuz, berdiri di landasan peluncuran dan siap diluncurkan, berbobot 307 ton, di mana lebih dari 270 ton adalah bahan bakar, yaitu bagian terbesarnya. Kebutuhan untuk menghabiskan sejumlah besar energi untuk pergerakan di luar angkasa sebagian besar terkait dengan kesulitan menguasai jangkauan tata surya yang jauh.
Sayangnya, terobosan teknis ke arah ini belum diharapkan. Massa propelan tetap menjadi salah satu faktor kunci dalam merencanakan misi luar angkasa, dan para insinyur mengambil setiap kesempatan untuk menghemat bahan bakar guna memperpanjang pengoperasian perangkat. Manuver gravitasi adalah salah satu cara untuk menghemat uang.
Cara terbang di luar angkasa dan apa itu gravitasi
Prinsip memindahkan perangkat dalam ruang hampa (lingkungan yang tidak memungkinkan untuk mendorong baik dengan baling-baling, atau roda, atau apa pun) adalah sama untuk semua jenis mesin roket yang dibuat di Bumi. Ini adalah dorongan jet. Gravitasi menentang kekuatan mesin jet. Pertempuran melawan hukum fisika ini telah dimenangkanIlmuwan Soviet pada tahun 1957. Untuk pertama kalinya dalam sejarah, sebuah peralatan yang dibuat oleh tangan manusia, setelah memperoleh kecepatan kosmik pertama (sekitar 8 km / s), menjadi satelit buatan planet Bumi.
Butuh sekitar 170 ton besi, elektronik, minyak tanah murni, dan oksigen cair untuk meluncurkan perangkat dengan berat lebih dari 80 kg ke orbit rendah Bumi.
Dari semua hukum dan prinsip alam semesta, gravitasi mungkin adalah salah satu yang utama. Ia mengatur segalanya, mulai dari susunan partikel elementer, atom, molekul, dan berakhir dengan pergerakan galaksi. Ini juga merupakan hambatan untuk eksplorasi ruang angkasa.
Bukan hanya bahan bakar
Bahkan sebelum peluncuran satelit Bumi buatan pertama, para ilmuwan dengan jelas memahami bahwa tidak hanya meningkatkan ukuran roket dan kekuatan mesin mereka dapat menjadi kunci keberhasilan. Para peneliti terdorong untuk mencari trik tersebut berdasarkan hasil perhitungan dan tes praktis, yang menunjukkan bagaimana konsumsi bahan bakar penerbangan di luar atmosfer bumi. Keputusan pertama untuk desainer Soviet adalah pemilihan lokasi untuk pembangunan kosmodrom.
Mari kita jelaskan. Untuk menjadi satelit buatan Bumi, roket perlu dipercepat hingga 8 km/s. Tapi planet kita sendiri terus bergerak. Setiap titik yang terletak di ekuator berputar dengan kecepatan lebih dari 460 meter per detik. Dengan demikian, roket yang diluncurkan ke ruang tanpa udara di daerah paralel nol dengan sendirinya akan menjadigratis hampir setengah kilometer per detik.
Itulah sebabnya, di bentangan luas Uni Soviet, tempat di selatan dipilih (kecepatan rotasi harian di Baikonur adalah sekitar 280 m/s). Sebuah proyek yang lebih ambisius yang bertujuan untuk mengurangi efek gravitasi pada kendaraan peluncuran muncul pada tahun 1964. Itu adalah kosmodrom laut pertama "San Marco", dirakit oleh Italia dari dua platform pengeboran dan terletak di khatulistiwa. Kemudian, prinsip ini menjadi dasar dari proyek Peluncuran Laut internasional, yang berhasil meluncurkan satelit komersial hingga hari ini.
Siapa yang pertama
Bagaimana dengan misi luar angkasa? Ilmuwan dari Uni Soviet adalah pelopor dalam menggunakan gravitasi benda-benda kosmik untuk mengubah jalur penerbangan. Sisi sebaliknya dari satelit alami kita, seperti yang Anda tahu, pertama kali difoto oleh perangkat Luna-1 Soviet. Penting bahwa setelah terbang mengelilingi bulan, perangkat itu punya waktu untuk kembali ke Bumi sehingga akan diputar oleh belahan bumi utara. Lagi pula, informasi (gambar fotografi yang diterima) harus ditransmisikan ke orang-orang, dan stasiun pelacak, antena radio terletak tepat di belahan bumi utara.
Tidak kalah berhasilnya menggunakan manuver gravitasi untuk mengubah lintasan pesawat ruang angkasa oleh para ilmuwan Amerika. Pesawat ruang angkasa otomatis antarplanet "Mariner 10" setelah terbang di dekat Venus harus mengurangi kecepatannya untuk masuk ke orbit sirkumsolar yang lebih rendah danmenjelajahi Merkurius. Alih-alih menggunakan dorongan jet mesin untuk manuver ini, kecepatan kendaraan diperlambat oleh medan gravitasi Venus.
Cara kerjanya
Menurut hukum gravitasi universal, ditemukan dan dikonfirmasi secara eksperimental oleh Isaac Newton, semua benda bermassa saling tarik menarik. Kekuatan atraksi ini mudah diukur dan dihitung. Itu tergantung pada massa kedua benda dan pada jarak di antara mereka. Semakin dekat, semakin kuat. Terlebih lagi, saat tubuh saling mendekat, gaya tarik-menarik tumbuh secara eksponensial.
Gambar tersebut menunjukkan bagaimana pesawat ruang angkasa, yang terbang di dekat benda kosmik besar (beberapa planet), mengubah lintasannya. Selain itu, pergerakan perangkat di bawah nomor 1, terbang terjauh dari objek besar, sedikit berubah. Apa yang tidak bisa dikatakan tentang perangkat nomor 6. Planetoid mengubah arah penerbangannya secara dramatis.
Apa itu sling gravitasi. Cara kerjanya
Penggunaan manuver gravitasi memungkinkan tidak hanya untuk mengubah arah pesawat ruang angkasa, tetapi juga untuk menyesuaikan kecepatannya.
Gambar tersebut menunjukkan lintasan pesawat ruang angkasa, biasanya digunakan untuk mempercepatnya. Prinsip operasi manuver semacam itu sederhana: di bagian lintasan yang disorot dengan warna merah, perangkat tampaknya mengejar planet yang melarikan diri darinya. Benda yang jauh lebih besar menarik benda yang lebih kecil dengan gaya gravitasinya, menyebarkannya.
Omong-omong, tidak hanya pesawat ruang angkasa yang dipercepat dengan cara ini. Diketahui bahwa benda-benda angkasa yang tidak terikat dengan bintang-bintang berkeliaran di galaksi dengan kekuatan dan utama. Ini bisa berupa asteroid yang relatif kecil (salah satunya, omong-omong, sekarang mengunjungi tata surya), dan planetoid dengan ukuran yang layak. Para astronom percaya bahwa itu adalah selempang gravitasi, yaitu dampak dari benda kosmik yang lebih besar, yang melemparkan benda-benda yang lebih kecil dari sistem mereka, membawa mereka ke pengembaraan abadi di ruang kosong yang sedingin es.
Cara memperlambat
Tapi, menggunakan manuver gravitasi pesawat ruang angkasa, Anda tidak hanya dapat mempercepat, tetapi juga memperlambat gerakan mereka. Skema pengereman tersebut ditunjukkan pada gambar.
Pada bagian lintasan yang disorot dengan warna merah, daya tarik planet, berbeda dengan varian dengan selempang gravitasi, akan memperlambat pergerakan perangkat. Bagaimanapun, vektor gravitasi dan arah terbang kapal berlawanan.
Kapan digunakan? Terutama untuk meluncurkan stasiun antarplanet otomatis ke orbit planet yang dipelajari, serta untuk mempelajari daerah dekat-surya. Faktanya adalah bahwa ketika bergerak menuju Matahari atau, misalnya, menuju planet Merkurius yang paling dekat dengan bintang, perangkat apa pun, jika Anda tidak menerapkan langkah-langkah untuk pengereman, mau tak mau berakselerasi. Bintang kita memiliki massa yang luar biasa dan daya tarik yang sangat besar. Sebuah pesawat ruang angkasa yang telah memperoleh kecepatan yang berlebihan tidak akan bisa memasuki orbit Merkurius, planet terkecil dari keluarga surya. Kapal akan lolos begitu sajaoleh, Merkurius kecil tidak bisa menariknya cukup keras. Motor dapat digunakan untuk pengereman. Tapi lintasan gravitasi ke Matahari, katakanlah di Bulan dan kemudian Venus, akan meminimalkan penggunaan propulsi roket. Ini berarti bahan bakar yang dibutuhkan lebih sedikit, dan bobot bebas dapat digunakan untuk mengakomodasi peralatan penelitian tambahan.
Masuk ke lubang jarum
Sementara manuver gravitasi awal dilakukan dengan takut-takut dan ragu-ragu, rute misi luar angkasa antarplanet terbaru hampir selalu direncanakan dengan penyesuaian gravitasi. Masalahnya, sekarang astrofisikawan, berkat perkembangan teknologi komputer, serta ketersediaan data paling akurat tentang benda-benda tata surya, terutama massa dan kepadatannya, memiliki perhitungan yang lebih akurat. Dan perlu untuk menghitung manuver gravitasi dengan sangat akurat.
Jadi, meletakkan lintasan lebih jauh dari planet daripada yang diperlukan penuh dengan fakta bahwa peralatan mahal tidak akan terbang sama sekali di tempat yang direncanakan. Dan meremehkan massa bahkan dapat mengancam tabrakan kapal dengan permukaan.
Juara dalam manuver
Ini, tentu saja, dapat dianggap sebagai pesawat ruang angkasa kedua dari misi Voyager. Diluncurkan pada tahun 1977, perangkat saat ini meninggalkan sistem bintang aslinya, pensiun ke tempat yang tidak diketahui.
Selama operasinya, aparat mengunjungi Saturnus, Yupiter, Uranus, dan Neptunus. Sepanjang penerbangan, daya tarik Matahari bertindak di atasnya, dari mana kapal secara bertahap menjauh. Tapi, berkat gravitasi yang diperhitungkan dengan baikmanuver, untuk masing-masing planet, kecepatannya tidak berkurang, tetapi tumbuh. Untuk setiap planet yang dieksplorasi, rute dibangun berdasarkan prinsip sling gravitasi. Tanpa penerapan koreksi gravitasi, Voyager tidak akan bisa mengirimkannya sejauh ini.
Selain Voyager, manuver gravitasi telah digunakan untuk meluncurkan misi terkenal seperti Rosetta atau New Horizons. Jadi, Rosetta, sebelum pergi mencari komet Churyumov-Gerasimenko, melakukan sebanyak 4 manuver percepatan gravitasi di dekat Bumi dan Mars.
