羅塞塔號是如何成功「追星」的？
2014年11月13日凌晨，由羅塞塔號彗星探測器釋放的「菲萊」著陸器，成功登陸「67P/楚留莫夫-格拉希門克」彗星，這是人類歷史上第一次讓探測器在彗星上登陸。
此刻，67p彗星距離地球5億千米，正以6.5萬千米的時速往太陽方向飛行，如此遠的距離，如此高的速度，我們禁不住要問，羅塞塔號當初是咋追上它的？
很多新聞資料告訴我們，這是因為羅塞塔號採用了行星的「拉扯效應」、「跳板效應」。那什麼是拉扯效應呢？其實，拉扯效應還有別的名字，比如重力助推、引力助推、彈弓效應等。今天，我們就來說說，引力助推是怎樣為航天器提速的。
羅塞塔號利用引力助推全過程
羅塞塔號的漫漫十年追星路，一共藉助了地球的3次引力助推和火星的1次引力助推。時間分別是：
2004年3月2日，羅塞塔號發射；
2005年3月4日，羅塞塔號接近地球，實現首次地球引力助推；
2007年2月25日，羅塞塔號接近火星，實現火星引力助推；
2007年11月13日，引力助推再次接近地球，第二次引力助推；
2009年11月13日，第三次接近地球，再次利用地球引力助推。
引力助推如何實現？
羅塞塔號主要是利用了地球的引力助推，所以咱們就以地球來舉例子。眾所周知，地球圍繞太陽運轉的平均速度大約是30千米每秒，這個速度是很快的，比子彈、炮彈的初速度不知要快多少倍。
如上圖，地球高速向右運動，而飛行器呢，它逐漸向地球靠近，然後貼著地球飛一段時間，最後離開——這就是引力助推的過程。
為什麼飛行器經過這種飛行後，相對於太陽來說，速度就會增加？原來，地球的引力非常大，對於靠近地球的物體，地球就像吸鐵石頭一樣，會把那個物體吸過來。這種「吸」是無形的，看不見摸不著，但確實存在。
整個過程就好像是地球拋出一根長長的隱形鐵鏈——引力。鐵鏈的一端系在飛行器上，當地球不斷向右運動時，鐵鏈也在拉扯飛行器，不斷地改變飛行器的方向和速度。
在地球的這種拉扯下，飛行器相對於太陽的速度就大大地改變了。可以看出，飛行器相對太陽的速度增加，是以犧牲地球的角動量為代價的，而地球質量巨大，犧牲的這點角動量對地球不會有什麼影響。
另外，因為距離越近，引力就越大，所以我們可以得出，引力助推時，飛行器越靠近地球，所獲得的助推就越大。當然，飛行器在接近地球的時候，也不能太靠近了，否則一頭栽在地球上，就虧大了。不過，這樣的情況是不會發生的，因為在使用引力助推時，飛行器的飛行路線是被精確設計好的。
不光是用來加速
引力助推，不光是用來提速，同樣，也可以用來減速。
在加速的過程中，飛行器是在地球的後面繞行，假如是在地球的前面，就會取到相反的效果——減速。
在減速的過程中，可以看成是，飛行器在對地球進行拉扯，這種拉扯會減少飛行器的角動量，卻會增大地球的角動量。對地球的影響忽略不計，但是對於飛行器的影響卻是巨大的。
引力助推的歷史
最早提出引力助推的科學家是蘇聯的尤里·康德拉圖克。1918年，他在《致有志於建造星際火箭而閱讀此文者》論文中，首先提出了引力助推的構想。
後來，前蘇聯科學家弗里德里希·詹德在1925年的論文《星際飛行中噴氣推進的問題》中也提出了類似的構想。
以上兩人關於引力助推的想法都不太完整，直到1961年，美國數學家邁克爾?米諾維奇才最終完善了引力助推。他正確地指出，行星對飛行器施加的引力助推能夠推進飛行器，並減少飛行器在星際間飛行時的燃料消耗。
引力助推有什麼意義？
在太陽系進行行星探測，或者要想飛出太陽系，引力助推是現階段一個必選的步驟。
飛行器利用燃料獲得一個速度後，在前往外行星的過程中，因為是背向太陽前進，也就是在做遠離太陽的運動，所以，飛行器會持續不斷地受到太陽引力的拉扯而不斷減速，等到來到外行星的周圍時，飛行器的運行速度將低於外行星，比如天王星繞行太陽的軌道速度。如果不採取引力助推，現階段，我們將很難到達外行星，或者衝出太陽系。
同樣，飛行器在飛向內行星比如水星的過程中，因為是做接近太陽的飛行，過程中將一直受到太陽的引力拉扯，導致飛行器到達目標行星時，速度將遠大於內行星繞日軌道的速度，如果飛行器只是飛掠內行星，倒也無所謂，但是如果想進入環繞內行星的軌道，就必須要減速，減速也可以採用燃料，但是這無疑將增大飛行器的體積，結果就是耗資巨大，所以最好的辦法是利用內行星的引力助推來剎車。
要付出啥代價
引力助推看上去美好極了，給飛行器減少體重，節約大量燃油，本質上就是節約了大量的資金。引力助推讓我們得以派出探測器到各大行星一窺究竟，好處太多自不必說，天下沒有免費的午餐，引力助推的代價是什麼呢？
答案當然是時間。所以，你也看到，羅塞塔號為了追上67p彗星，可是花了10年多時間，而大部分時間就被花在不停地繞行地球和火星上了。
水星距離地球最近的時候大約只有9100萬千米，2004年，發射信使號水星探測器時，如果信使號直接飛到水星，並環繞水星運行，只要3個月左右的時間，這樣的飛行最節約時間，但卻需要信使號攜帶非常多的燃料，這會增加信使號的重量，同時需要更大的火箭才能把它發射出去，成本極高。
在金錢面前，傲嬌的科學家們也不得不低下頭，選擇在時間上做出犧牲——讓信使號在太陽系內漫遊了6年多時間後才進入水星軌道。
※動物對殺死自己幼崽屬於什麼行為?
※咳嗽藥中的可待因真能止咳嗎？
TAG:知識百科 |