主題: gravity assist重力助推和彈道 作者: peter 於 2014-09-20 12:40:09 gravity assist 重力彈弓效應─《星際效應》
== http://www.sciencedaily.com/releases/2014/09/140919110526.htm 科學家在找飛掠地球 (重力助推) 時發生異常加減速 很多探測器會透過飛掠地球來加速但是 科學家發現有些會有異常的速度發生 , Galileo 探測器在 飛掠地球時分別在 1990 意外加速 4mm/sec但是 1992 發生減速 . 目前還沒找到異常原因. 重力助推 http://www.cmse.gov.cn/news/show.php?itemid=3714 重力助推 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D%E5%8A%9B%E5%8A%A9%E6%8E%A8 (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8b/Swingby_dec_anim.gif) 同時,重力助推也能被用於降低飛行器的速度。1974年的水手10號以及後來的信使號即通過重力助推實現了減速,兩者都是飛往水星的探測器。 如果飛行器需要獲得更多的加速度,最經濟的做法是當其位於行星近拱點時點燃火箭。火箭助推為飛行器提供的加速度總是相同的,但是它引起的動能變化則與飛行器的實時速度成正比。所以為了從火箭助推中獲得最大動能,火箭必須在飛行器速度最大時——即處於近拱點時點火。在奧伯特效應中該技術得到了詳細闡釋。 主題: 回覆: 重力彈弓效應─《星際效應》 作者: peter 於 2015-05-22 19:40:29 重力彈弓效應─《星際效應》
http://pansci.tw/archives/79804 在「巨人」附近駕駛太空船是一件難事,因為航行速度必須非常快。 行星、恆星或太空船要想在這裡存續下來,就必須以同等強大的離心力來抗衡「巨人」的強大重力。這表示它必須以非常高速移動。 (http://pansci.tw/wp-content/uploads/2015/05/%E8%9E%A2%E5%B9%95%E6%88%AA%E5%9C%96-2015-05-22-13.04.10.png) 事實證明它必須達到近光速才行。在我對《星際效應》相關科學的詮釋中,「永續號」派遣隊員登上米勒的星球時,它是停駐在「巨人」半徑五倍的距離之外,繞行速率為光速的三分之一:c/3(c 代表光速);米勒的行星則以55% 光速運行,即0.55c。 在我的詮釋中(圖7.1),「漫遊者號」要從停駐軌道抵達米勒的星球,必須先減慢它的順行運動,從c/3 降至遠低於此,然後「巨人」的重力才能夠拉它向下。等來到星球附近時,「漫遊者號」又必須從下行轉為順行。而由於下墜時的加速,這時它的航速已經高出太多,因此必須減速c/4(四分之一光速),降低到該星球的速度0.55c,才能前往米勒的星球。「漫遊者號」的駕駛庫柏可能使用哪種機制來執行這種劇烈的速度變化? 二十一世紀的技術 他必須達成的速度變化約為c/3,相當於每秒十萬公里。(這不是時速,是秒速!)相形之下,今天我們人類推力最強的火箭,秒速可達十五公里,約十萬公里的七千分之一,實在太慢了。 《星際效應》片中的「永續號」從地球航向土星花了兩年時間,平均速度為每秒二十公里,是十萬公里的五千分之一,一樣很慢。人類的航空器在二十一世紀有可能達到的最高速度,我認為是每秒三百公里,而這得先大量投入核能火箭研發作業才能辦到,但這仍只是《星際效應》所需速度的三百分之一左右,還是太慢。 所幸,大自然提供了一種做法來落實《星際效應》片中必須達成的龐大速度變化(c/3):運用重力彈弓效應繞過遠比「巨人」小上許多的黑洞來助推加速。 彈弓助推航向米勒的星球 像「巨人」這麼龐大的黑洞,周遭會聚集許多恆星和小型黑洞(下一節就會深入討論)。 在我的《星際效應》相關科學詮釋中,我設想:庫柏和他的團隊調查了所有繞行「巨人」的小型黑洞,確定其中有一顆黑洞的所在位置可供「漫遊者號」進行重力轉向作業,推動它從近圓形的軌道,轉向往米勒的星球俯衝而去(圖7.2)。 (http://pansci.tw/wp-content/uploads/2015/05/%E8%9E%A2%E5%B9%95%E6%88%AA%E5%9C%96-2015-05-22-13.04.54-560x326.png) 這種重力助推操控的方法,稱為「重力彈弓效應」(gravitational slingshot),美國航太總署也經常在太陽系內善加運用,但是是借助行星的重力,而非黑洞(見本章末尾)。《星際效應》片中沒有呈現或談到這種助推操控法,只讓庫柏說出下面這段話:「聽著,我可以繞過那顆中子星來減速。」 減速是必要的動作,因為「漫遊者號」受到「巨人」重力的龐大引力而下墜─從「永續號」的軌道降到米勒星球的軌道─它的速度已經拉得太高,行進速度比米勒的星球高出c/4。 (http://pansci.tw/wp-content/uploads/2015/05/%E8%9E%A2%E5%B9%95%E6%88%AA%E5%9C%96-2015-05-22-13.05.13.png) 圖7.3 所示的中子星,相對於米勒的星球朝左行進,「漫遊者號」就靠它來轉向、減速,然後才能正常接近那顆星球。 這種彈弓效應有一種特點可能會讓人非常不快,甚至會奪走人的性命,那就是:潮汐力(第四章)。速度變化要達到c/3 或c/4 的幅度,「漫遊者號」必須充分靠近小型黑洞和中子星,才能受到它們強大重力的影響。 在這麼近的距離下, 倘若那顆偏轉天體(deflector)是中子星,或是半徑不到一萬公里的黑洞,則「漫遊者號」和上頭的人類都會被潮汐力撕碎(第四章)。 「漫遊者號」和人類要想存活,這個偏轉天體就必須是至少一萬公里大的黑洞(大小約如地球)。大自然中確實存在這種大小的黑洞,統稱為中等質量黑洞(intermediate-mass black holes, iMBh),這尺寸其實已經很大,但和「巨人」比起來仍顯渺小:只有它的萬分之一。 本來克里斯多福.諾蘭應該用一顆地球大小的中等質量黑洞來幫「漫遊者號」減速,結果他用了一顆中子星。他一開始改寫喬納森的電影劇本時,我就和他討論過這件事。討論過後,他仍然選定中子星。為什麼?因為他希望電影裡面只出現一個黑洞,才不會把廣大觀眾搞糊塗了。一個黑洞,一個蟲洞,還有一顆中子星,加上片中其他的豐富科學素材,全都要在兩小時的快節奏影片中讓觀眾吸收。 克里斯多福認為,這些素材是他能處理的極限。既然在「巨人」附近航行必須借助強大的重力彈弓效應,於是克里斯多福將一次彈弓效應放進庫柏的對白,卻也付出了代價,用了不合乎科學原理的偏轉天體:以中子星取代了黑洞。 星系核內的中等質量黑洞 一顆一萬公里的中等質量黑洞,重約一萬顆太陽的質量,相當於「巨人」的萬分之一,但已經是普通黑洞的千倍重量了。這正是庫柏需要的偏轉天體。有些中等質量黑洞據信是在恆星密集的星團─稱為「球狀星團」(globular cluster)─的核心內形成的,當中又有一部份可能循徑進入有巨型黑洞棲身的星系核(Galactic nuclei)內。 .... 類似 使用 重力彈弓 其他片也有過 主題: 回覆: 重力彈弓效應─《星際效應》 作者: peter 於 2015-05-22 19:41:08 MORE
美國航太總署的太陽系內重力彈弓助推 現在就讓我們從(物理定律所容許的)「可能性」世界,回到鐵面無情的現實中,看看截至二○一四年為止,人類在太陽系的舒適牢籠裡,實際完成了哪些重力彈弓作業。 各位或許對航太總署的「卡西尼號」(cassini)太空船並不陌生(圖7.7)。「卡西尼號」在一九九七年十月十五日從地球發射升空,船上搭載的燃料並不足以讓它飛抵目的地土星。這不足的部份,就是運用幾次彈弓助推來解決:一九九八年四月二十六日繞過金星;一九九九年七月二十四日完成二度繞行金星的彈弓助推,接著在二○○○年十二月三十日繞過木星。二○○四年七月一日,「卡西尼號」終於抵達土星,之前還飛過木衛一,借助一次彈弓作業來降低航速。 (http://pansci.tw/wp-content/uploads/2015/05/%E8%9E%A2%E5%B9%95%E6%88%AA%E5%9C%96-2015-05-22-13.08.56-560x700.png) 主題: 回覆: 重力彈弓效應─《星際效應》 作者: peter 於 2015-05-22 19:42:32 MORE
http://www.guokr.com/post/608924/ 主題: 回覆: 重力彈弓效應─《星際效應》 作者: 吳柏賢 於 2015-06-27 22:19:37 之前還繞過最貼近土星的衛星「木衛一」(io)<==這一句話應該要刪掉 或是大幅度的修改
主題: 回覆: 重力彈弓效應─《星際效應》 作者: peter 於 2015-06-27 22:33:56 改了不過人類科技目前速度還是不夠快,光到冥王星繞一繞也飛很久
主題: 回覆: 重力彈弓效應─《星際效應》 作者: 吳柏賢 於 2015-07-01 08:10:37 之前還繞過最貼近木星的衛星(io)<==還是需要修改
Io是木衛一沒有錯,但是不是最靠近木星的衛星,Io只是第五靠近木星的衛星而已 之前還繞過最貼近土星的衛星「木衛一」(io)<=== 應該改成 "之前還飛過木衛一 (Io)" 這樣就好了 主題: 回覆: 重力彈弓效應─《星際效應》 作者: peter 於 2021-03-23 07:02:00 Hayabusa2 gravity assist
https://en.wikipedia.org/wiki/Hayabusa2 https://skyandtelescope.org/astronomy-news/hayabusa-2-welcome-to-ryugu/ (https://skyandtelescope.org/wp-content/uploads/20151214_hayabusa2_1.jpg) 主題: 回覆: gravity assist重力助推 作者: peter 於 2021-03-23 07:11:10 歐羅巴clipper 軌道用重力助推
https://familystar.org.tw/index.php?option=com_smf&Itemid=45&topic=27663.0 EEJ trajectory EMEJ trajectory == Design of Low-Thrust Gravity-Assist Trajectories to the Outer ... E-E-J , E-V-E-J , E-V-V-J , E-M-E-J trajectory |