引力跳板

在藉助行星引力改變軌道的同時，又獲得更大的速度，使探測器飛向目標行星，就可以減少飛行時間。這種藉助行星引力支援的飛行，通常稱為引力“跳板”。這就是說，在星際航行中可以利用行星的引力作用改變探測器的日心運動速度，從而可以在沒有任何動力消耗的情況下對探測器加速，最終縮短星際航行的時間。

基本介紹

• 中文名：引力跳板 引力漂移
• 外文名：Gravity springboard

簡要原理說明

空間探測器為了能以最近的路線和最省時、省力地飛向目標，必須選擇合理的飛行路線。

如果是月球探測器，無論是繞月飛行進行探測，還是在月球上管陸進行探測，由於月球本身處在地球引力範圍內，所以一般不必達到第二宇宙速度、只要初始速度大於10.8千米/秒．就可飛向月球。月球探測器的飛行軌道在離月球6.6萬千米之外時，主受地球引力作用．是相對地球的橢圓軌道在離月球6.6萬千米之內以後，主要受月球引力作剛，是相對於月球的雙曲線軌道。為了節省能量，月球探測器一般先進入繞地球飛行的停泊軌道，然後進入過渡軌道飛向月球。有的月球著陸探測器在飛向月球過程中,不是先進入繞月飛行的軌道．再降落到月面．而是直接從過渡軌道下降到月而著陸。由於月球上沒有可用作減速的大氣，所以其探測器要么直接撞向月面硬著陸．要么火箭減速實現在月面軟著陸。

如果是行星探測器．則發射它的運載火箭必須達到第二宇宙速度．使其進入繞太陽飛行的軌道。若要使探測器與被探測的行星會合,或繞行星運行甚至在行星上著陸，就需要選擇適當的發射時時間和飛行路線。因為地球與其他行星都同繞太陽運行,而且軌道平面大致重疊．只是軌道半徑大小不同。因此．行星探測器為了用最省的能量飛抵目標行星，通常選擇相切於地球軌道和目標行星軌道的橢圓形航線。

行星探測器飛向被探測目標的軌道通常分成三段。第一段是發射段，即從地面起飛進入行星際飛行軌道；第二段是自由飛行段，即進入行星際飛行軌道後，在太陽引力作用F飛向目標天體;第三段是進入繞目標天體運行或向目標天體降落的階段。如果被探測的天體離地球不算太遠，隨著運載火箭能力的增大，可以讓探測器以較大的速度飛行，使其沿著大橢圓軌道以最短的航線飛向被探測的天體。如果被探測的天體離地球較遠，為了節省發射能量，通常先用較小的速度飛行，在航行過程中藉助行星的引力來加速或改變探測器飛行方向，從而最終飛向目標。

由地球飛往行星，最經濟的軌道就是雙切軌道，即與地球軌道和目標行星軌道相切的日心橢圓軌道，採用這種軌道可以很好地利用地球和行星的公轉運動。若按此軌道飛行，探測器只要在初始時候得到

必要的速度就行，然後大部分時間按慣性飛行。但是，這樣飛行的時間較長。如果探測器從相當近的地方飛越某顆行星．在藉助行星引力改變軌道的同時，又獲得更大的速度，使探測器飛向目標行星，就可以減少飛行時間。這種藉助行星引力支援的飛行，通常稱為引力“跳板”。這就是說，在星際航行中可以利用行星的引力作用改變探測器的日心運動速度，從而可以在沒有任何動力消耗的情況下對探測器加速，最終縮短星際航行的時間。

在太陽系行星際探測中．已廣泛採用了引力“跳板”的原理和方法。它從兩個方面使探測器向飛行軌道發生變化;一是根據探測天體的質量、探測器的飛越高度和相對速度，使軌道受到一定程度的偏轉：二是根據探測器的飛人角大小而改變其速度。因此，為了準確地利用借力飛行．應當事先確定探測器的飛入高度和飛入角度，並隨時注意其速度的微小變化。這樣，探測器在星際航行中，必須進行跟蹤、監測和調整，而且只要確切知道探測器在任何時刻的位置和速度，就 有可能對它的軌道進行必要的調整，從而最終飛向目標。

優點描述

一是可以節省運載火箭和探測器所帶的燃料．運載火箭只要達到一定的初始速度，就能利用行星引力“跳板”．飛向遙遠的星際空間。二是可以縮短星際航行時間，如果探測器選擇最經濟的雙切橢圓軌道飛行，飛向土星需要6年，飛向天王星需要16年,飛抵海王星需要31年，而假如藉助木星引力“跳板”的作用，飛抵土星只需3～4年．飛到天王星只需8～9年，飛近海王星也只需12年．三是可使探測器進入非常特殊的軌道進行難得的探測活動。例如．美國發時的旅行者1號和2號探測器，利用1982年“九星聯珠”的機會．先後藉助木星、土星、天王星的引力作“跳板”，一次又一次地從木星跳到土星，再從土星跳到天王星，繼而再跳到海王星．成為探測太陽系行星最多、探測成果最豐富的行星際探測器。1990年10月6日由發現號太空梭攜帶升空發射的尤利西斯號太陽探測器，在飛近木星之後,藉助木星的引力作用，偏轉90。而跳入垂直於黃道面的太陽極區．對從未接觸過的太陽的兩極地區進行了探測，取得了許多新成果。

原理分析

由地球飛往行星，最經濟的軌道就是雙切軌道，即與地球軌道和目標行星軌道相切的日心橢圓軌道，採用這種軌道可以很好地利用地球和行星的公轉運動。若按此軌道飛行，探測器只要在初始時候得到必要的速度就行，然後大部分時間按慣性飛行。但是，這樣飛行的時間較長。如果探測器從相當近的地方飛越某顆行星．

引力是保守力，在引力場中太空飛行器的機械能是守恆的，因此當太空飛行器飛離行星引力場時機械能不變，在勢能相同的條件下動能也不應該改變。但是，如果將飛行器和行星視為一個系統，情況就不一樣了。如果入軌合適，行星的一部分機械能會在軌道加速時轉移到太空飛行器上，這部分能量對行星而言無足輕重，但對太空飛行器而言卻是巨大的，進而幫助太空飛行器完成引力加速。相反，如果入軌時機不當，太空飛行器的機械能也會轉移到行星上，使太空飛行器能量損失，因此引力跳板的軌道需要精確設計。

有趣的事件

美國休斯公司在1998年5月利用月球引力成功地挽救了未入軌的亞洲3號衛星，從而為今後挽救未能進入地球同步軌道的衛星開闢了一條新路。亞洲3號衛星是1997年12月發射的，由於火箭故障．它被擱淺於地球同步轉移軌道。此後，利用星上燃料把衛星送入月球軌道，接著再藉助月球引力改變衛星軌道，使它進入地球同步軌道。其實，美國以前就曾利用月球引力挽救成功幾乎瀕臨絕境的阿波羅13號飛船。

利用引力事件

二十世紀六七十年代，美國阿波羅13號由於在前往月球途中（距地球33萬公里時）服務艙發生爆炸，服務艙電源和指令艙氧氣貯罐被炸壞，休斯頓緊急取消登月計畫，並利用登月艙的電力 氧氣 及燃料，進入繞月軌道利用月球的引力跳板使3名太空人安全返回地球。