ЧТО ТАКОЕ ГРАВИТАЦИОННЫЙ МАНЕВР?

Гравитационным маневром называют целенаправленное изменение траектории и скорости полёта космического аппарата под действием гравитационных полей небесных тел. Это природное явление было известно задолго до начала космической эры, когда астрономы прошлого поняли, что изменение орбит комет, их периодов, а следовательно, скоростей происходят в результате гравитационного влияния планет.

Идея использовать гравитационный маневр в космическом полете принадлежит Юрию Васильевичу Кондратюку (1897-1942) и Фридриху Артуровичу Цандеру (1887-1933). На практике гравитационный маневр впервые применили при полете Автоматической Межпланетной Станции «Луна-3» к спутнику Земли в 1959 году. 

Теория гравитационных маневров была разработана Майклом Миновичем (1935 г.р.) и использована на практике при полете космического корабля «Маринер-10» к Меркурию в 1973 году и в миссии «Вояджер» (1977 г) для расчета траекторий космических кораблей «Вояджер-1» и «Вояджер-2» при полете к Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну.

Суть этого эффекта иллюстрируется схемой слева на рисунке.

Космический корабль влетает в область гравитационного влияния планеты (P) со скоростью Vвх относительно планеты и, изменяя направление своей траектории под действием гравитации планеты, покидает эту область со скоростью Vвых, которая, конечно же, равна по модулю Vвх. Но не по направлению! Но нас и не интересует скорость корабля относительно планеты. Нам важна его скорость относительно Солнца, так называемая гелиоцентрическая скорость. А она равна, как следует из схемы справа на рисунке, Vсбл при сближении космического корабля с планетой и Vудал, при удалении корабля от планеты. И всякий раз эта скорость равна векторной сумме скорости планеты Vпл по орбите вокруг Солнца и скорости космического аппарата относительно планеты.

Из рисунка видно, что Vудал больше Vсбл и увеличение скорости DeltaV тем больше, чем больше угол изменения траектории космического корабля. А этот угол, в свою очередь, зависит от расстояния, на которое сближаются корабль и планета и от массы планеты.

В результате гравитационного маневра скорость космического аппарата может быть как увеличена (как на рисунке), так и уменьшена. Последнее обстоятельство очень важно при полете космических станций к внутренним планетам Солнечной системы – Венере и Меркурию. На приведенном рисунке космический аппарат, подлетая к планете, как бы «перебегал» ей дорогу и в результате ускорился. Чтобы замедлиться кораблю следовало «уступить дорогу» планете и пролететь за нею.