月球引力輔助為太空任務效率注入新希望

编辑者: Tetiana Martynovska 17

解決天體力學中的「三體問題」一直是任務規劃者的複雜挑戰。然而,北京理工大學的最新研究提出利用行星的衛星進行引力輔助,以更有效率的方式達成穩定軌道。這種方法有望大幅降低燃料消耗與任務成本。

傳統上,太空飛行器利用行星的引力輔助來改變軌跡。但利用行星衛星進行此類機動的概念相對較新。研究指出,衛星,特別是位於弱穩定邊界(WSB)內的衛星,能提供額外的引力輔助機會,可能增加穩定軌道的數量。歐洲太空總署(ESA)的木星冰月探測器(JUICE)任務便是此方法的例證。在2024年8月,JUICE執行了一次雙重引力輔助機動,同時利用月球和地球來調整其飛往木星的軌跡。這次機動對於其長達八年的木星衛星(包括卡利斯托、歐羅巴和蓋尼米德)研究任務至關重要。

同樣地,由ESA與日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)合作的BepiColombo任務,也運用了多次引力輔助來抵達水星。該任務於2018年發射,已進行了多次地球、金星和水星的飛掠,最近一次飛掠水星是在2024年9月4日。這些機動旨在減緩太空飛行器的速度,使其能在2026年底進入水星軌道。

值得注意的是,弱穩定邊界(WSB)的概念,由Edward Belbruno於1987年提出,解釋了太空飛行器如何能以極少的燃料改變軌道。這一定義是為三體問題而設,該問題涉及三個具有可忽略質量的粒子與兩個較大天體之間的運動。例如,地球、月球和太空飛行器,或太陽、木星和彗星。WSB定義了一個圍繞較小天體(如月球)的區域,太空飛行器可以在其中被暫時捕獲,這意味著其與該天體之間的克卜勒能量為負,即所謂的「弱捕獲」。這項技術已在多個任務中得到應用,包括日本的Hiten任務和ESA的SMART-1任務,並已運用於BepiColombo任務以探索水星。

將衛星引力輔助納入任務規劃,為降低燃料需求和成本提供了一種有前景的策略。透過考量行星及其衛星之間的引力交互作用,任務規劃者可以識別更多有效軌跡調整的機會,為太陽系探索開闢新的途徑。

來源

  • Universe Today

  • Europe's Jupiter probe to stage daring lunar-Earth fly-by

  • Spacecraft buzzes Mercury's north pole and beams back stunning photos

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