自动探测飞船如何利用引力跳板探测行星

自动探测飞船如何利用引力跳板探测行星

很多行星探测飞船都使用过引力跳板的作用，其原理是这样的:探测飞船从相当近的距离飞越某颗行星，这样，在借助行星引力改变轨道的同时获得更大的速度，使探测飞船飞向太阳系的另一个区域去。大家知道，飞船在太阳系内的飞行轨迹都是椭圆的一部分，它与被探测行星的轨道在某点相交。如果这个点离行星太近，探测飞船会改变轨道方向，甚至撞击行星表面，也就是会被行星的引力吸到它的表面上，或者根据计划可以成为绕该行星运行的人造卫星。如果这个点离行星较远，飞船轨道可能只受到轻微影响，略有改变。在这两个点之间的特定区域里，探测飞船就会受到行星引力的显著影响，足以使它改变飞行方向，同时获得一定的速度增益。这通常称为引力支援或叫借力飞行。探测飞船轨道发生变化，一方面决定于被探测天体的质量、探测飞船的飞越高度和它们的相对速度，使轨道受到相应程度的偏转;另一方面也决定于探测飞船的飞入角的大小而改变其速度。因此，在准确利用引力支援时，应当仔细确定探测飞船的飞越高度、飞入角，并随时注意其速度的变化，探测飞船的飞越高度不能小于该行星的半径。

利用引力跳板有极大的优越性，火箭只要具有比较低的初始速度，便可飞向遥远的太阳系空间。再者，可以缩短飞行时间。在发现引力跳板作用之前，20世纪20年代，德国科学家霍曼经过分析计算宣称，飞向其他行星去的最经济轨道是双切椭圆轨道。也就是探测飞船起飞时，其轨道和地球轨道相切，到达目的地时则与被探测的行星轨道相切。飞船在这条双切轨道上的飞行时间，若去金星、火星分别要4个月和9个月;若飞往土星，需要6年;而天王星16年;海王星31年。如果让探测飞船利用木星的引力作跳板，在飞越木星时跳一下，那么只需3～4年时间就可飞达土星，8～9年飞达天王星，12年左右飞抵海王星，比以往最经济的双切椭圆轨道飞行的探测飞船要节省很多年。

最早提出跳板式飞行轨道的科学家是美籍意大利人加·弗兰德罗。他在1965年就提出，利用行星的特殊排列位置发射一个行星探测飞船，借助各行星的引力作用，先后对它们进行探测。他的想法实际上又来自一位20世纪50年代初的意大利学者卢·克罗科。1961年之后，美苏两国在规划金星探测时，证明利用行星引力作为跳板去探测太阳系其他天体的方案是可行的，可以节省大量燃料。

“旅行者”2号探测飞船是利用引力支援进行跳板式轨道飞行最突出的例子。它于1977年发射后，一次又一次地利用引力作跳板，从木星跳到土星，再先后跳到天王星和海王星，成为访问行星最多的一个星际探测飞船。