wszechświat
Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-08-09
W jaki sposób wykorzystuje się pole grawitacyjne ciał niebieskich?

(Fot. NASA)

W jaki sposób wykorzystuje się pole grawitacyjne ciał niebieskich do rozpędzania statków kosmicznych?

Odpowiada dr Weronika Śliwa z Planetarium Centrum Nauki Kopernik.

Aby wysłać próbnik w daleki kosmos, trzeba rozpędzić go do prędkości umożliwiającej mu oddalenie się od Ziemi, a w przypadku próbników zmierzających ku zewnętrznym obszarom Układu Słonecznego – również od Słońca. W celu zaoszczędzenia paliwa wykorzystuje się często manewr tzw. asysty lub procy grawitacyjnej, dzięki któremu sonda przelatuje w pobliżu jednej z planet, pozyskując od niej pewną ilość energii. Najsłynniejszego cyklu przelotów dokonały sondy Voyager: niezwykle dogodne ustawienie planet w latach osiemdziesiątych umożliwiło im tzw. Grand Tour – odwiedzenie Jowisza i Saturna, a Voyagerowi 2 – również Urana i Neptuna. Ku kolejnej planecie kierował je manewr asysty grawitacyjnej wykonywany przy poprzedniej. To dzięki takim zabiegom udało się też rozpędzić wyjątkowo ciężkiego, o masie ponad 5 t Cassiniego, by doleciał do Saturna – sonda w drodze do tej planety dwukrotnie przeleciała obok Wenus oraz raz w pobliżu Ziemi i Jowisza. Również Rosetta podążająca obecnie ku komecie Czuriumow–Gierasimienko wykonała już bliskie przeloty koło Marsa (trzykrotnie) i Ziemi.

Z perspektywy napotykanej planety całe takie spotkanie nie wygląda spektakularnie: zbliżający się próbnik porusza się początkowo z jakąś prędkością v, stopniowo rozpędza się w polu grawitacyjnym planety, skręca, mija ją i, oddalając się, hamuje do początkowej prędkości v. Na czym polega więc zmiana? Rozważmy całą sytuację, patrząc ze Słońca. Próbnik mija wówczas nie nieruchome ciało, lecz szybko poruszającą się planetę. Choć jego początkowa i końcowa prędkość względem niej mają tę samą wartość, względem Słońca może się on wyraźnie rozpędzić ( jeśli przeleciał „za” planetą) lub wyhamować ( jeśli zakręcił „przed”). Łatwo to sobie wyobrazić, myśląc o skutkach zderzenia piłeczki pingpongowej z rakietką: jeśli rakietka będzie nieruchoma, wartość prędkości piłeczki po odbiciu nie zmieni się (choć zmieni się jej kierunek ruchu). Gdy odbijemy piłeczkę od rakietki, poruszającej się w jej kierunku, odbita piłeczka będzie się względem nas przemieszczać o wiele szybciej niż przed zderzeniem. Jeśli chcemy, aby wyhamowała – uderzmy ją cofającą się rakietką.

Na rozpędzaniu próbników rola procy grawitacyjnej się zresztą nie kończy: często służy ona również do… spowalniania sond. Dzieje się tak zazwyczaj, gdy wysyłamy je w wewnętrzne obszary Układu Słonecznego. To dlatego MESSENGER, który w sierpniu 2004 roku wyruszył ku nie tak odległemu przecież Merkuremu, wejdzie na jego orbitę dopiero w marcu 2011 roku. Podczas drogi sonda hamowała dzięki przelotom koło Ziemi i Wenus (dwa przeloty) oraz w pobliżu Merkurego (trzykrotnie). Planety pomagają również próbnikom zmienić kierunek lotu: dzięki bliskiemu spotkaniu z Jowiszem słoneczna sonda Ulysses wyleciała nad płaszczyznę Układu Słonecznego, by jako pierwsze obserwatorium zbadać słoneczne bieguny.

A może za pomocą procy udałoby się nawet przemodelować Układ Słoneczny? Takie plany to na razie raczej science fiction, ale zaczęły się już pojawiać w pierwszych astronomicznych publikacjach. Problemem, który mógłby z czasem wymagać takiego rozwiązania, jest nieustannie, choć niezbyt szybko rosnąca jasność Słońca. Nasza ewoluująca gwiazda robi się coraz gorętsza, tak że za miliard lat temperatura na powierzchni Ziemi przekroczy 100°C. Czy naszą planetę uda się uratować? Metoda zaproponowana przez Dona Korycansky’ego z University of California wykorzystuje właśnie efekt procy grawitacyjnej. Gdyby zamiast próbnika posłużyć się dużą, co najmniej stukilometrową planetoidą, jej systematyczne bliskie spotkania z Ziemią mogłyby dostarczyć naszej planecie energii niezbędnej do odsunięcia się od niebezpiecznego Słońca. Odstęp czasu pomiędzy wielokrotnymi przelotami planetoidy w pobliżu Ziemi powinien wynosić około 6 tys. lat. Skierowana do tej odpowiedzialnej pracy planetoida uzupełniałaby traconą energię w czasie dodatkowych przelotów w pobliżu Jowisza i Saturna. Taka metoda, prócz oczywistych problemów technicznych, niesie ze sobą jeszcze jedno ryzyko: przesuwająca się Ziemia mogłaby zdestabilizować orbity innych planet Układu Słonecznego. Dobrze, że do chwili podjęcia decyzji o wykonaniu takiej serii manewrów pozostało nam jeszcze sporo czasu….

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 11/2010 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
11/2017
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Listopad
23
W 2003 r. miało miejsce całkowite zaćmienie Słońca widoczne w Australii, Nowej Zelandii, Antarktyce i Ameryce Południowej.
Warto przeczytać
Odkrycia Svante Pääbo zrewolucjonizowały antropologię i doprowadziły do naniesienia poprawek w naszym drzewie genealogicznym. Stały się fundamentem, na którym jeszcze przez długie lata budować będą inni badacze

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-08-09
W jaki sposób wykorzystuje się pole grawitacyjne ciał niebieskich?

(Fot. NASA)

W jaki sposób wykorzystuje się pole grawitacyjne ciał niebieskich do rozpędzania statków kosmicznych?

Odpowiada dr Weronika Śliwa z Planetarium Centrum Nauki Kopernik.

Aby wysłać próbnik w daleki kosmos, trzeba rozpędzić go do prędkości umożliwiającej mu oddalenie się od Ziemi, a w przypadku próbników zmierzających ku zewnętrznym obszarom Układu Słonecznego – również od Słońca. W celu zaoszczędzenia paliwa wykorzystuje się często manewr tzw. asysty lub procy grawitacyjnej, dzięki któremu sonda przelatuje w pobliżu jednej z planet, pozyskując od niej pewną ilość energii. Najsłynniejszego cyklu przelotów dokonały sondy Voyager: niezwykle dogodne ustawienie planet w latach osiemdziesiątych umożliwiło im tzw. Grand Tour – odwiedzenie Jowisza i Saturna, a Voyagerowi 2 – również Urana i Neptuna. Ku kolejnej planecie kierował je manewr asysty grawitacyjnej wykonywany przy poprzedniej. To dzięki takim zabiegom udało się też rozpędzić wyjątkowo ciężkiego, o masie ponad 5 t Cassiniego, by doleciał do Saturna – sonda w drodze do tej planety dwukrotnie przeleciała obok Wenus oraz raz w pobliżu Ziemi i Jowisza. Również Rosetta podążająca obecnie ku komecie Czuriumow–Gierasimienko wykonała już bliskie przeloty koło Marsa (trzykrotnie) i Ziemi.

Z perspektywy napotykanej planety całe takie spotkanie nie wygląda spektakularnie: zbliżający się próbnik porusza się początkowo z jakąś prędkością v, stopniowo rozpędza się w polu grawitacyjnym planety, skręca, mija ją i, oddalając się, hamuje do początkowej prędkości v. Na czym polega więc zmiana? Rozważmy całą sytuację, patrząc ze Słońca. Próbnik mija wówczas nie nieruchome ciało, lecz szybko poruszającą się planetę. Choć jego początkowa i końcowa prędkość względem niej mają tę samą wartość, względem Słońca może się on wyraźnie rozpędzić ( jeśli przeleciał „za” planetą) lub wyhamować ( jeśli zakręcił „przed”). Łatwo to sobie wyobrazić, myśląc o skutkach zderzenia piłeczki pingpongowej z rakietką: jeśli rakietka będzie nieruchoma, wartość prędkości piłeczki po odbiciu nie zmieni się (choć zmieni się jej kierunek ruchu). Gdy odbijemy piłeczkę od rakietki, poruszającej się w jej kierunku, odbita piłeczka będzie się względem nas przemieszczać o wiele szybciej niż przed zderzeniem. Jeśli chcemy, aby wyhamowała – uderzmy ją cofającą się rakietką.

Na rozpędzaniu próbników rola procy grawitacyjnej się zresztą nie kończy: często służy ona również do… spowalniania sond. Dzieje się tak zazwyczaj, gdy wysyłamy je w wewnętrzne obszary Układu Słonecznego. To dlatego MESSENGER, który w sierpniu 2004 roku wyruszył ku nie tak odległemu przecież Merkuremu, wejdzie na jego orbitę dopiero w marcu 2011 roku. Podczas drogi sonda hamowała dzięki przelotom koło Ziemi i Wenus (dwa przeloty) oraz w pobliżu Merkurego (trzykrotnie). Planety pomagają również próbnikom zmienić kierunek lotu: dzięki bliskiemu spotkaniu z Jowiszem słoneczna sonda Ulysses wyleciała nad płaszczyznę Układu Słonecznego, by jako pierwsze obserwatorium zbadać słoneczne bieguny.

A może za pomocą procy udałoby się nawet przemodelować Układ Słoneczny? Takie plany to na razie raczej science fiction, ale zaczęły się już pojawiać w pierwszych astronomicznych publikacjach. Problemem, który mógłby z czasem wymagać takiego rozwiązania, jest nieustannie, choć niezbyt szybko rosnąca jasność Słońca. Nasza ewoluująca gwiazda robi się coraz gorętsza, tak że za miliard lat temperatura na powierzchni Ziemi przekroczy 100°C. Czy naszą planetę uda się uratować? Metoda zaproponowana przez Dona Korycansky’ego z University of California wykorzystuje właśnie efekt procy grawitacyjnej. Gdyby zamiast próbnika posłużyć się dużą, co najmniej stukilometrową planetoidą, jej systematyczne bliskie spotkania z Ziemią mogłyby dostarczyć naszej planecie energii niezbędnej do odsunięcia się od niebezpiecznego Słońca. Odstęp czasu pomiędzy wielokrotnymi przelotami planetoidy w pobliżu Ziemi powinien wynosić około 6 tys. lat. Skierowana do tej odpowiedzialnej pracy planetoida uzupełniałaby traconą energię w czasie dodatkowych przelotów w pobliżu Jowisza i Saturna. Taka metoda, prócz oczywistych problemów technicznych, niesie ze sobą jeszcze jedno ryzyko: przesuwająca się Ziemia mogłaby zdestabilizować orbity innych planet Układu Słonecznego. Dobrze, że do chwili podjęcia decyzji o wykonaniu takiej serii manewrów pozostało nam jeszcze sporo czasu….