Lankide:Joxan Garaialde/Grabitatearen laguntza
| Astrodinamika | |
|---|---|
 |
Mekanika orbitalean eta ingeniaritza aeroespazialean, grabitate-tiratze, grabitatearen laguntzarako maniobra edo erortzea da planeta edo beste objektu astronomiko baten mugimendu erlatiboa (adibidez, Eguzkiaren inguru- orbita) eta grabitatearen erabilera espazio-ontzi baten ibilbidea eta abiadura aldatzeko, normalean, erregaia aurrezteko eta gastuak murrizteko.
Grabitatearen laguntza espazio-ontzi baten abiadura bizkortzeko erabil daiteke, hau da, bere abiadura handitzeko edo gutxitzeko edo bere bidea birbideratzeko. «Laguntza» gorputz grabitatorioaren mugimenduak ematen du espazio-ontziari tira egiten dion bitartean[1]. Pasatzen ari den espazio-ontzi baten energia zinetiko eta abiaduraren edozein irabazi edo galera, aldi berean, gorputz grabitatorioak galtzen edo irabazten du, Newton-en Hirugarren Legearen arabera. Grabitatearen laguntzarako maniobra 1959an erabili zen lehen aldiz Luna 3 sobietar zundak Lurra planetaren Ilargiaren ezkutuko aldearen argazkia atera zuenean, eta, Mariner 10etik aurrera, planetarteko zundek erabili zuten, Voyager zundek Jupiter eta Saturnoren hegaldi nabarmenak barne.
Azalpena
[aldatu | aldatu iturburu kodea]
Planetaren erreferentzia-esparruan, zunda espaziala iritsi zen abiadura berarekin ateratzen da. Baina, Eguzki Sistemaren erreferentzia-esparruan (Eguzkiari finkatuta) ikusten denean, maniobra horren onura, nabaria da. Hemen ikus daiteke nola zundak abiadura irabazten duen planetaren abiaduraren energia hartuz Eguzkiaren inguruan orbitatzen duen bitartean. (Ibilbidea planetaren aurretik igaro beharrean atzetik pasatzeko diseinatuta badago, grabitatearen laguntza azeleratu beharrean balaztatzeko maniobra gisa erabil daiteke). Zundaren masa planetarena baino magnitude-ordena asko txikiagoa denez zundaren emaitza nahiko esanguratsua den bitartean, planetak bizi duen dezelerazio-erreakzioa, Newtonen hirugarren legearen arabera, guztiz hautemanezina da.
Planetaren inguruko grabitate-laguntza batek espazio-ontzi baten abiadura aldatzen du (Eguzkiarekiko), planeta baten eragin-esfera grabitatorioan sartzean eta irtetean. Espazio-ontziaren abiadura handitu egiten da planetara hurbildu ahala, eta txikitu egiten da planetatik irtetean. Hurbiltzean lortutako abiadura eta irtetean galdutakoa ia bera da, baina planetak eguzkiaren inguruan egiten duen mugimenduak espazio-ontziari eragiten dio maniobran zehar. Abiadura handitzeko, espazio-ontzia planetaren abiadura orbitalaren noranzkotik hurbiltzen da planetara, eta kontrako noranzkoan abiatzen da. Abiadura murrizteko, espazio-ontzia planetaren orbita-abiaduratik urrun dagoen norabide batetik hurbiltzen da; bi maniobra-motetan, planetaren energia orbital osoaren aldean, energia-transferentzia hutsala da. Bi gorputzen energia zinetikoen batura konstante mantentzen da (ikus talka elastikoa). Beraz, tirako maniobra bat erabil daiteke espazio-ontziaren ibilbidea eta abiadura (Eguzkiarekiko) aldatzeko.
Lurreko analogia hurbila ematen du mugitzen ari den tren baten aurrealdean errebotatzen den teniseko pilota batek. Imajinatu trenaren plataforma batean zutik zaudela, eta 30 km/h-ko abiaduran baloia botatzen duzula 50 km/h-ra hurbiltzen ari den tren baten aurka. Trenaren gidariak baloia 80 km/h-ra hurbiltzen dela ikusten du, eta, gero, 80 km/h-ra abiatuko da baloia trenaren aurrealdetik elastikoki errebotatu ondoren. Trenaren mugimendua dela eta, ordea, irteera hori 130 km/h-ra izango da trenaren nasari dagokionez; pilotak, tren abiaduraren bikoitza gehitu dio bereari[3].
Analogia hori espaziora itzuliz: planetaren erreferentzia-markoan, espazio-ontziak v abiadura bertikala du planetarekiko. Tiraketa gertatu ondoren, espazio-ontzia 90 graduko norabidez aldezten da iritsi zenarekiko. Oraindik v abiadura izango du, baina norabide horizontalean[2]. Eguzkiaren erreferentzia-sisteman, planetak v abiadura horizontala du, eta, Pitagorasen Teorema erabiliz, espazio-ontziak, hasiera batean, √2v -ko abiadura totala du. Espazio-ontziak, planetatik irten ondoren, v + v = 2v abiadura izango du, 0,6 v inguru irabaziz[2].
Adibide sinplifikatu hori ezinezkoa da orbitari buruzko xehetasun gehigarririk gabe hobetzea, baina, espazio-ontzia hiperbola bat sortzen duen bide batean badabil, planeta kontrako noranzkoan utzi dezake motorra piztu gabe. Adibide hori ere bada espazio-ontziak izan ditzakeen ibilbide eta abiadura irabazi askotako bat..
Azalpen horrek energiaren eta momentuaren kontserbazioa urratzen duela dirudi, itxuraz espazio-ontziari abiadura gehitzen baitio ezerezetik, baina, inplikatutako mekanikaren irudi osoa emateko, espazio-ontziak planetan dituen ondorioak ere kontuan hartu behar dira. Espazio-ontziak irabazten duen momentu lineala planetak galdutako bera da; beraz, espazio-ontziak abiadura irabazten du, eta planetak abiadura galtzen du. Hala eta guztiz ere, planetaren masa izugarria espazio-ontziarekin alderatuta, ondoriozko abiaduraren aldaketa hutsala da planetak jasaten dituzten orbita-perturbazioekin alderatuta, nahiz eta planetak jasaten dituzten orbita-perturbazioekin alderatuta beste zeruko gorputz batzuekin elkarrekintzen ondorioz denbora-eskala astronomiko laburrean. Adibidez, tona metriko bat planetarteko zunda baten masa tipikoa da, Jupiterrek ia 2 x 1024 tona metrikoko masa duen bitartean. Hori dela eta, Jupiterretik igarotzen den tona bateko espazio-ontzi batek, teorian, planetak gutxi gorabehera 5 x 10−25 km/s-ko abiadura galtzea eragingo du espazio-ontziak irabazten duen Eguzkiarekiko km/s-ko abiadura bakoitzeko. Ondorio praktiko guztietarako, planetarentzat ondorioak oso txikiak direnez (planetak espazio-ontzia baino askoz masiboagoak direlako) kalkuluan alde batera utzi daitezke[4].
Espazioko topaketen erretratu errealistak hiru dimentsioak kontuan hartzea eskatzen du. Printzipio berak aplikatzen dira, planetaren abiadura espazio-ontziarenari bektore batuketa gehitzeak bakarrik eskatzen du, behean erakusten den moduan:
Orbiten itzulgarritasuna dela eta, tiraketa grabitatorioak espazio-ontzi baten abiadura murrizteko ere erabil daitezke. Mariner 10ek eta MESSENGERek maniobra hori egin zuten Merkuriora iristeko.
Grabitatearen laguntzarekin lortutakoa baino abiadura handiagoa behar bada, espazio-ontziaren suziria erretzeko modurik ekonomikoena periapsitik gertu egitea da (ahal den hurbilena). Suziri erreketa jakin batek abiadura-aldaketa bera ematen du beti (Δv), baina energia zinetikoaren aldaketa ibilgailuaren abiaduraren, erretzeko unean, proportzionala da. Beraz, erreketatik energia zinetiko handiena lortzeko, erreketa ibilgailuaren abiadura maximoan gertatu behar da, periapsian. Teknika hori zehatzago deskribatzen du Oberth efektuak.
- ↑ Section 1: Environment, Chapter 4: Trajectories. NASA.
- ↑ a b c Gravity assist. The Planetary Society. Aipuaren errorea: Invalid
<ref>tag; name ":0" defined multiple times with different content - ↑ A Gravity Assist Primer. NASA.
- ↑ Johnson, R. C.. (January 2003). The slingshot effect. Durham University.