罗塞塔号是如何成功“追星”的?

2014年11月13日凌晨,由罗塞塔号彗星探测器释放的“菲莱”着陆器,成功登陆“67P/楚留莫夫-格拉希门克”彗星,这是人类历史上第一次让探测器在彗星上登陆 。
此刻,67p彗星距离地球5亿千米,正以6.5万千米的时速往太阳方向飞行,如此远的距离,如此高的速度,我们禁不住要问,罗塞塔号当初是咋追上它的?

罗塞塔号是如何成功“追星”的?

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很多新闻资料告诉我们,这是因为罗塞塔号采用了行星的“拉扯效应”、“跳板效应” 。 那什么是拉扯效应呢?其实,拉扯效应还有别的名字,比如重力助推、引力助推、弹弓效应等 。 今天,我们就来说说,引力助推是怎样为航天器提速的 。  

罗塞塔号利用引力助推全过程

罗塞塔号的漫漫十年追星路,一共借助了地球的3次引力助推和火星的1次引力助推 。 时间分别是:  
2004年3月2日,罗塞塔号发射;
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2005年3月4日,罗塞塔号接近地球,实现首次地球引力助推;

2007年2月25日,罗塞塔号接近火星,实现火星引力助推;
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2007年11月13日,引力助推再次接近地球,第二次引力助推;

2009年11月13日,第三次接近地球,再次利用地球引力助推 。
引力助推如何实现?

罗塞塔号主要是利用了地球的引力助推,所以咱们就以地球来举例子 。 众所周知,地球围绕太阳运转的平均速度大约是30千米每秒,这个速度是很快的,比子弹、炮弹的初速度不知要快多少倍 。
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如上图,地球高速向右运动,而飞行器呢,它逐渐向地球靠近,然后贴着地球飞一段时间,最后离开——这就是引力助推的过程 。

为什么飞行器经过这种飞行后,相对于太阳来说,速度就会增加?原来,地球的引力非常大,对于靠近地球的物体,地球就像吸铁石头一样,会把那个物体吸过来 。 这种“吸”是无形的,看不见摸不着,但确实存在 。
整个过程就好像是地球抛出一根长长的隐形铁链——引力 。 铁链的一端系在飞行器上,当地球不断向右运动时,铁链也在拉扯飞行器,不断地改变飞行器的方向和速度 。
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在地球的这种拉扯下,飞行器相对于太阳的速度就大大地改变了 。 可以看出,飞行器相对太阳的速度增加,是以牺牲地球的角动量为代价的,而地球质量巨大,牺牲的这点角动量对地球不会有什么影响 。

另外,因为距离越近,引力就越大,所以我们可以得出,引力助推时,飞行器越靠近地球,所获得的助推就越大 。 当然,飞行器在接近地球的时候,也不能太靠近了,否则一头栽在地球上,就亏大了 。 不过,这样的情况是不会发生的,因为在使用引力助推时,飞行器的飞行路线是被精确设计好的 。
不光是用来加速

引力助推,不光是用来提速,同样,也可以用来减速 。
在加速的过程中,飞行器是在地球的后面绕行,假如是在地球的前面,就会取到相反的效果——减速 。
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在减速的过程中,可以看成是,飞行器在对地球进行拉扯,这种拉扯会减少飞行器的角动量,却会增大地球的角动量 。 对地球的影响忽略不计,但是对于飞行器的影响却是巨大的 。

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