什么是引力弹弓

什么是引力弹弓,第1张

引力弹弓就是利用行星的重力场来给太空探测船加速,将它甩向下一个目标,也就是把行星当作“引力助推器”。

利用引力弹弓使我们能探测冥王星以内的所有行星。在航天动力学和宇宙空间动力学中,所谓的引力助推(也被称为引力弹弓效应或绕行星变轨)是利用行星或其他天体的相对运动和引力改变飞行器的轨道和速度,以此来节省燃料、时间和计划成本。

引力助推既可用于加速飞行器,也能用于降低飞行器速度。

定义:

行星的引力助推作用能够改变飞行器相对于太阳的速度,但由于必须遵守能量守恒定律,所以它和行星间的相对速度并没有改变。在飞行器第一次从远距离接近行星时,产生的运动效果就像该飞行器被行星反弹开了。科学家们称这种情况为弹性碰撞,不过两者之间并没有发生实体接触。

假设你是一个静止的观测者,那么你就会看到:行星以速度U向左运动,飞行器以速度v向右运动。由于两者的运动方向相反,所以当飞行器运行至行星右侧时,其轨道就会发生弯曲,进而以U+v的相对速度(相对于行星表面)运行。当飞行器脱离环行星轨道时,其相对于行星表面的速度仍然为U+v,但是此时的运动方向与原来相反——即向左运动。而由于行星本身正以速度U向左运动,所以在观测者看来,飞行器正以2U+v的速度向左运行——其速度提升幅度为2U,即行星运行速度的两倍。

由于未考虑轨道的各种细节,所以这是一个过于简单化的模型。但是事实证明如果飞行器沿双曲线轨道运行,则其无需启动引擎即可从相反方向离开行星,同时只要其脱离了该行星引力的控制,那么它就可以获得2U的速度增量。

该理论看似违背了能量守恒和动量守恒定律,但这是由于我们忽略了飞行器对行星的影响。飞行器获得的线性动量在数值上等同于行星失去的线性动量,不过由于行星的巨大质量,使得这种损失对其速度的影响可以忽略不计。

在现实宇宙空间中飞行器与行星的相遇实际上会出现两个维度上的因素。在上述理论所提供的案例中,由于要求提高飞行器的速度,所以需要实现的是矢量增益。

同时,引力助推也能被用于降低飞行器的速度。1974年的水手10号以及后来的信使号即通过引力助推实现了减速,两者都是飞往水星的探测器。

如果飞行器需要获得更多的加速度,最经济的做法是当其位于行星近拱点时点燃火箭。火箭助推为飞行器提供的加速度总是相同的,但是它引起的动能变化则与飞行器的实时速度成正比。所以为了从火箭助推中获得最大动能,火箭必须在飞行器速度最大时——即处于近拱点时点火。在奥伯特效应中该技术得到了详细阐释。

为什么要这样?

在太阳系中,由于飞往内行星的飞行器的轨道方向是朝向太阳的,所以其可以获得加速度;而飞往外行星的飞行器由于是背向太阳飞行的,故其速度会逐渐降低。

虽然内行星的轨道运行速度要比地球的快得多,但是飞往内行星的飞行器由于受到太阳引力作用而获得加速,其最终速度仍远高于目标行星的轨道运行速度。如果飞行器只是计划飞掠该内行星,就没有必要为飞行器降速。但是如果飞行器需要进入环该内行星的轨道,那么就必须通过某种机制为飞行器降速。

同样的道理,虽然外行星的轨道运行速度要低于地球,但是前往外行星的飞行器在受到太阳引力作用而逐渐减速之后,其最终速度将仍低于外行星的轨道运行速度。所以也必须通过某种机制为飞行器加速。同时,为飞行器加速还能够减少飞行所耗时间。

使用火箭助推是为飞行器加减速的重要方法之一。但是火箭助推需要燃料,燃料具有重量,而即使是增加很少量的负载也必须考虑使用更大的火箭引擎将飞行器发射出地球。因为火箭引擎的抬升效果不仅要考虑所增加负载的重量,也必须考虑助推这部分增加的负载质量所需的燃料的重量。故而火箭的抬升功率必须随着负载重量的增加而呈指数增加。

而使用引力助推法,则飞行器无需携带额外的燃料就可实现加减速。此外,条件适宜的情况下,大气制动也可用来实现飞行器的减速。如果可能,两种方法可以结合起来使用,以最大程度地节省燃料。

例如,在信使号计划中,科学家们即试用了引力助推法为这艘前往水星的飞行器进行减速,不过由于水星基本上不存在大气,所以无法使用大气制动来为飞行器减速。

而飞往离地球最近的行星——火星和金星——的飞行器一般使用霍曼转移轨道法,该轨道呈椭圆形,其开始一端与地球相切,末尾一端与目标行星相切。该方法所消耗的燃料得到了尽可能的缩减,但是速度较慢——使用该方法的飞行器从地球达到火星需要1年多的时间(模糊轨道法使用的燃料更少,而速度则更慢)。

如果使用霍曼转移轨道法前往外行星(木星、土星和天王星等),途中可能就要消耗掉数十年的时间,所需的燃料仍然很多,因为飞行器的航程长达8亿公里,同时还要抵抗太阳的引力。而引力助推则提供了一个无需附加燃料即可为飞行器加速的方法。所有飞往外行星的飞行器都使用了该方法。

看似是一个完美得计划,但是它也有一个大局限。那就是周期长。我们需要花费很长的时间来等待行星运行到正确的位置,才有极小的可能性利用引力弹弓(即引力助推)获得速度。

当年的旅行者号航天器就是利用引力弹弓飞出太阳系的。

望采纳

因为地球利用木星引力弹弓逃出太阳系加速段被木星捕获时,随着地木距离缩短,造成地球和木星之间的引力增强。

依照影片中描述的流浪地球计划,人类给地球安装上万座巨大的重元素聚变发动机,它们被称作行星发动机,推动地球逃离年迈的太阳,飞往最近的恒星——比邻星。要让地球飞往比邻星,需要脱离太阳引力,只靠人造的发动机还不够,于是**里让地球借助木星的引力弹弓。当地球靠近木星时,会被其强大的引力吸引,从而加快行进速度,由于木星本身也在绕太阳公转,所以木星吸引地球的同时,赋予了地球一部分速度,地球相当于被加速了,最后地球逃离木星的时候,会被木星像抛球一般抛出去,从而达到脱离太阳系所需速度。这就是引力弹弓效应。

引力弹弓效应不是新发现,苏联在1959年发射的“月球3号”探测器就利用了引力弹弓效应。在精确计算后利用天体的引力弹弓效应,可以在不消耗航天器本身能量的情况下,改变航天器的速度和前进方向,帮助航天器抵达目标。

早在1918年俄罗斯科学家尤里就曾提出过引力弹弓的最初设想,1961年,美国学者米诺维奇在用计算机计算了太阳系各行星轨道后发现,1977年时木星、土星、天王星、海王星刚好都将运行到太阳的一侧,如果此时发射飞向太阳系外的飞行器,将刚好能利用这四个行星的引力弹弓获得最大加速。

而错过这一时机,需要再等176年才能获得这样绝佳的“窗口”。于是美国宇航局紧急研制并于当年8月20日和9月5日发射了“旅行者一号”、“旅行者二号”探测器。

按科学来说是可以的。行星的引力助推作用能够改变飞行器相对于太阳的速度,但由于必须遵守能量守恒定律,所以它和行星间的相对速度并没有改变。在飞行器第一次从远距离接近行星时,产生的运动效果就像该飞行器被行星反弹开了。科学家们称这种情况为弹性碰撞,不过两者之间并没有发生实体接触。

如果飞行器需要获得更多的加速度,最经济的做法是当其位于行星近拱点时点燃火箭。火箭助推为飞行器提供的加速度总是相同的,但是它引起的动能变化则与飞行器的实时速度成正比。所以为了从火箭助推中获得最大动能,火箭必须在飞行器速度最大时——即处于近拱点时点火。在奥伯特效应中该技术得到了详细阐释。

在实际操作中,使用引力助推法的主要局限是行星和其他大质量天体并不总是在助推的理想的位置上。例如70年代末旅行者号得以成行的重要原因是当时木星、土星、天王星和海王星都将运行至助推的理想地点,形成了一个队列。类似的队列将要到22世纪中期才会再次出现。这是一个极端的例子,但是即使是某些目标较小的计划,为了等待行星到达理想的位置,也必须空耗去数年时间。

当飞行器越接近行星时,其所获得的引力助推效果就越显著。但是如果飞行器太过于接近行星,从而过于深入行星大气,那么其损耗的能量将会大于其从行星引力助推中获得的能量。当然,从另一方面说,该效应也能够用来实现大气制动。也有人提出(至今还只是停留于理论阶段)当飞行器穿越大气层时可以利用大气层的气动升力为飞行器提供大气推进力。  

弹弓效应就是整体形变大,形变恢复有力充分。远台拉球动作大,球拍形变大,出球会慢一点,大开大合的动作能使形变大的球拍多储存势能,当球拍回弹时球就会获得更大的势能,球虽然从球拍弹出的时间延后了,好像被球拍粘住了一小段时间,但球一旦从球拍出来,就会获得更强的旋转和速度,有时速度增加不明显,但旋转增加很多,携带强大的内劲,落台后二速增加明显,碰到对方球拍上强烈顶手。这就是后劲强烈的底劲足。相反,整体形变很小可能一速较快,但由于球拍蓄能时间短,不会给球增加强烈的后劲,这也就是为什么外置纤维球拍远台底劲可能还不如纯木的原因。但形变大如果恢复形变能力不足也不行,这就象一张好弓,要能拉得圆,还得要有劲。你做的1cm厚底板太厚了,除非去打网球,不会有形变。这么厚的一般是单桧,因为桧木的性质是轻,软,弹,可产生很好的局部形变,局部就是击球处,也可增加持球时间。其他木材没有这么好的性能。一般整体形变好的厚度在58-62mm之间,五夹居多,通常是阿尤斯大芯,云杉力材,林巴,寇头,胡桃,枫木,玫瑰,黑檀等做面材,各层厚度做微调。你直接减薄,结构如果不合适,可能会形变大但没力量。自己做球拍就是个玩,不用太当真,我以前也做过五六把。自己的用胶,干燥,各层的微调都很难与厂家条件相比,自己如果能做出一把好拍只是碰运气而己。

不得不说,百度百科引力弹弓词条写得挺好的,推荐楼主作为参考:

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说得直白一点,就是飞行器以和行星运动速度夹角比较大的角度进入某天体的引力场,由于能量守恒,逃逸时和该天体的相对速度是一致的。但是,由于天体相对于静止坐标系存在着运动,所以在离开时相对静止坐标系的速度发生了改变。上图就是一张很好的示意图。

下面是一张新视野号运行速度的变化图,可以看到在飞掠木星之后,飞船速度的轨迹比起原来的轨迹高出一个台阶,这就是引力弹弓效应的结果。虽然在里看起来并木明显,只有区区2-3km/s的差异,但是在航天工程中,这点差距是极其要命的。新视野号正因为这次轨道调整,提前五年飞掠冥王星。

最后向楼主推荐一款游戏,坎巴拉太空计划(KSP),在里面楼主可以直观的感受这一点。当你经历无数次挫折,终于可以做出一艘进入地球环绕轨道的飞船时。可以试试让它从不同的角度切入Mun(游戏里的月球)的引力范围,看看飞行器最后的轨道会发生什么变化,这样就可以有一个直观的感受。

有必要强调,这款游戏不适合非航天爱好者,但是对于航天粉,乐趣是无穷的。

弹弓效应:弹弓效应是指当一个物体在其轨道上往复运动时,受到有方向性力(即力与物体线速度垂直)的作用而转向的现象。它是物体受外力作用而在轨道上发生变化的重要现象。

变轨加速:变轨加速是指当物体受到外力作用而改变轨道,而力的作用方向与物体线速度方向相同时,这种加速现象。因此,变轨加速是物体在外力的作用下,受到力的加速的现象。

地平线4做弹弓效应的方法,跟随在对手车尾获得至少一个(降低风阻)技术并在其减速的时候将其超越。

挑战三达成两次弹弓效应技术,在比赛中跟在其他车辆身后至少05秒的位置持续15秒获得降低风阻技术,然后每隔15秒则获得更高阶段技术,在同一台车身后达成终极降低风阻技术后无法继续获得,需要拉开车距或者换车再弄在获得基础版的(降低风阻)后五秒内达成超车技术,即可获得弹弓效应。

游戏攻略:

达成两次终极降低风阻技术,在比赛中跟在其他车辆身后至少05秒的位置持续15秒获得降低风阻技术,然后每隔15秒则获得更高阶段技术,在同一台车身后达成终极降低风阻技术后无法继续获得,需要拉开车距或者换车再弄,推荐在漫游模式下与低级AI单挑,可轻松获得。

线下主要是跑公路、街头、泥地、越野赛这些地方,建议新手从门外汉开始入门,刚开始玩这款游戏的时候不要心急,慢慢从门外汉开始练技术。

要多跑线下赛,就是地图上的各种比赛,锻炼赛车技术,当然这也是主要的练技术手段,新手如果有买藏宝图,建议前期先不要打开,不然地图上都是比赛和各种图标,新手很容易感到迷乱。

在开车方面个人比较建议把车稍微调校一下,这里可以去找调校等级高一点的作者的调校,调校等级是在原始等级的基础上对车的轮胎、引擎、车架、轮毂等进行升级所增加到的最终等级。

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