弹弓效应怎样改变宇宙飞船运行的轨迹?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/25 11:12:26
弹弓效应怎样改变宇宙飞船运行的轨迹?
弹弓效应怎样改变宇宙飞船运行的轨迹?
弹弓效应怎样改变宇宙飞船运行的轨迹?
弹弓效应怎样改变宇宙飞船运行的轨迹?
解答专家：杰里米·B·琼斯（Jeremy B. Jones）,卡西尼喷气推进实验室（位于美国加州帕萨迪那市）航空小组主管
宇宙飞船利用地心引力的原理来改变轨道,这和太阳系中其他小型天体轨道改变的原因相似.比如,来自外太空的彗星,常常会被几个大型天体（木星经常扮演这种角色）的重力吸引,被拽进了太阳系的内部.
如果没有受到其他因素的影响,卫星和宇宙飞船都会遵守轨道能量与角动量的守恒原则,沿椭圆形轨道围绕一个较大的天体运行——我们把这个较大的天体称为主天体.但是,当宇宙飞船逐渐飞近一颗卫星——后者也围绕同一个主天体运转,它们就会交换轨道能量和角动量.因为轨道能量与角动量的总和是恒定的,所以在这二者的接近和交换过程中,如果宇宙飞船得到了更多的轨道能量,那么卫星的轨道能量就会相应减少.而且,轨道周期长度和轨道能量成正比,因此宇宙飞船的轨道能量增强时,它的轨道周期也会随之延长,这就是弹弓效应——当然,卫星的轨道周期就会缩短.
宇宙飞船的质量远远小于卫星,所以弹弓效应对它轨道的影响也就远远大于对卫星的影响.例如,飞往土星的“卡西尼号”太空探测器,质量只有3000千克,而土星最大的卫星“土卫Ⅵ”,质量则高达1025千克.这样,当卡西尼号飞近“土卫Ⅵ”时,它受到弹弓效应的影响,将比“土卫Ⅵ”受到的影响高出20个数量级.
当宇宙飞船从卫星的“背部”越过时,会获得比围绕主天体运行时更快的飞行速度,也获得更大的轨道能量.这种情形,就像是用弹弓把宇宙飞船抛向一个更大的运行轨道一样.我们也可以让宇宙飞船从卫星的“前面”飞过,这样就能减慢它的飞行速度（也降低它的轨道能量）.我们甚至可以让宇宙飞船在卫星的“头顶”或“脚底”飞行,以改变它前进的方向——也就是说,只改变宇宙飞船轨道的轴向和角动量大小.当然,所有的这些调整会造成卫星轨道能量和角动量的逆转换.不过因为卫星的质量很大,因此跟其他影响卫星轨道的作用力相比,弹弓效应造成的变化就显得微不足道了.