行星飛掠探測是如何進行的? 行星飛掠探測是如何進行的?

行星飛掠探測是如何進行的?

行星飛掠探測是如何進行的?

引力輔助——也就是飛掠——非常神奇。這種精確的機動操作利用行星的引力來加速和引導太空船到達目的地。它常被描述為彈弓效應,彷彿行星抓住並彈射過往的太空船。但實際上,飛掠更像是把乒乓球丟進吊扇的扇葉裡。扇葉會擊中乒乓球,讓它飛得更快,方向也不同。現在想像一下,你把乒乓球丟進吊扇,讓它打到你旁邊牆上的一個標記。這就是行星飛掠。

行星的引力遠強於太空船的引力,這意味著當太空船飛掠行星時,行星對太空船的引力遠大於太空船對行星的引力。行星的引力會拉扯太空船並將其拋出,同時將自身的部分動量傳遞給飛掠的太空船。同時,太空船其實也會從行星上奪取一部分自身的動量。但這還不是全部。行星並非靜止不動;它們圍繞太陽公轉,並自轉。因此,當太空船飛掠行星時,行星的自轉也會影響太空船的運作軌跡。

飛掠本質上是為了增加太空船繞太陽運行軌道的能量,使其超越運載火箭所能提供的速度。以土星為目標的旅行者號任務就是一個完美的例子。發射這兩艘孿生太空船的泰坦III/半人馬座火箭的能量僅足以將它們送至木星。如果沒有木星,兩艘太空船將進入一個永久的橢圓形軌道,其最近太陽軌道與地球軌道重合,最遠軌道與木星軌道重合。但當時木星就在附近,太空船正好飛越了它的軌道。太空船被木星的引力吸引。由於沒有減速到足以停留在木星附近,太空船反而從這顆氣態巨行星上獲得了動量,並開始飛往土星。旅行者號太空船抵達土星後分道揚鑣,因為它們的飛掠方式略有不同。當旅行者 1 號穿越該星系時,其軌跡使其飛出黃道面;而旅行者 2 號穿過該星系時,其軌跡向天王星方向彎曲。

反之亦然。精準的飛掠可以減緩太空船的速度,使其減速到足以被另一個天體的引力捕捉。 NASA的伽利略號探測器曾飛掠木衛一(伊奧)來降低速度,這意味著它需要攜帶的燃料略少一些,以便進行反推燃燒,最終進入木星軌道。

引力輔助在深空機器人任務中極為有用,在上世紀60年代,NASA曾探索利用引力輔助(可惜僅限於概念任務)將太空人送往金星和火星進行一次飛行。這將是一項漫長但非常有趣的任務。

資料來源:美國國家航空暨太空總署