Gravitacinio manevro iliustracija. Charles Kohlhase idėja pagal Gary Hovlando iliustraciją
Planetų energijos vagys
Gravitacinis manevras arba „gravitacinė parama“ yra viena elegantiškiausių ir efektyviausių dangaus mechanikos technikų, naudojamų tarpplanetinėse misijose. Tai procesas, kurio metu erdvėlaivis išnaudoja didelės planetos (pvz., Jupiterio ar Veneros) gravitacinį lauką, kad pakeistų savo greitį ir skrydžio kryptį nenaudodamas kuro.
Erdvėlaivis skrieja arti milžiniškos dujų planetos, panaudodamas jos gravitaciją orbitos korekcijai ir greičio didinimui ar mažinimui
Kaip tai veikia?
Gravitacinis manevras pagrįstas impulso tvermės dėsniu. Nors planetos atžvilgiu erdvėlaivis įgauna ir praranda tiek pat greičio, Saulės atžvilgiu (kuria mes ir matuojame kelionės tikslą) erdvėlaivio greitis pasikeičia. Jei erdvėlaivis skrenda planetos jos orbitinio judėjimo kryptimi, jis „pavagia“ nedidelę dalį planetos kinetinės energijos ir pagreitėja. Manevras įprastai atliekamas skriejant tytinėti planetas, esančias toliau nuo Saulės, nei Žemė. Jei erdvėlaivis skrenda priešais planetą, jis atiduoda dalį energijos ir sulėtėja. Toks manevras atliekamas misijose į Merkurijų ar Saulę.
Planetos masė nepalyginamai didesnė nei erdvėlaivio, todėl jos orbitos pokytis yra visiškai nepastebimas. Erdvėlaiviui tai suteikia milžinišką postūmį. Alternatyvus variantas tokiam orbitos pokyčiui pasiekti būtų daugybė kuro sudeginimas.
Misija „Cassini-Huygens“
Norėdamas suprasti gravitacinio manevro galios mastą, pažvelkime į NASA misiją „Cassini-Huygens“ į Saturną. Erdvėlaivis atliko keturis gravitacinius manevrus: du prie Veneros, vieną prie Žemės ir vieną, patį galingiausią, prie Jupiterio 1999 m. gruodį. Vien Jupiteris suteikė „Cassini“ tyrikliui papildomą 2,1 km/s greitį Saulės atžvilgiu.
Įvertinant šį skaičių, reikia pabrėžti, kad norint suteikti tokį patį greitį naudojant erdvėlaivio kurą, „Cassini“ būtų reikėję papildomai turėti apie 2 500 kg kuro. Kuro masė didina erdvėlaivio masę ir iškėlimui į orbitą reikėtų galingesnio startūno. Visi išvardinti komponenetai dramatiškai padidintų misijos kainą ir sudėtingumą. Gravitacinė parama leido misijai įvykti be šių išlaidų.
„Cassini“ Jupiterio manevro skaičiai
„Cassini“ 2,1 km/s greičio padidėjimo palyginimas su realiu kuro sutaupymu (~2,500 kg)
Be gravitacinių manevrų tokios istorinės misijos kaip „Voyager“ ar „Cassini“ nebūtų buvusios įmanomos. Gravitacinė parama pavertė Saulės sistemą didžiule magistrale, kurioje planetos veikia kaip degalinės, suteikiančios nemokamą energiją tolimesnėms kelionėms.