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  • 1 # 科學重口味

    在電影《火星救援》中,天體物理學家珀內爾報告了他的設想——讓本應從火星返回地球的赫爾墨斯號飛船掠過地球時,藉助引力彈弓,重回火星,營救馬克。

    在電影《星際穿越》中, 庫珀他們的飛船是透過一個大黑洞的吸引力把自己甩到很遠的行星上,這也是一種引力彈弓效應。

    這麼省時省力的引力彈弓,到底什麼?

    引力彈弓其實有個非常樸實的名字——引力輔助變軌。即利用飛掠星體時,利用該星體的萬有引力,讓航天器在變軌的同時,獲得一個加速度。

    為什麼未出現這種情況呢?先看一張圖:

    假設那個黑球是地球,地球繞太陽公轉時,航天器(小藍點)從後方飛掠地球時,地球的引力會試圖捕獲航天器,但因為航天器速度太快了,它就會脫離引力,同時竊取到一些地球公轉(圖示方向為向下)的能量,進而實現了加速的效果。

    看,其實原理很簡單吧?

    但是想利用這種彈弓效應達到理想的目的,需要經過精密的計算的。

    彈弓效應不光可以利用來加速,還可以用來減速。下方是我做的另一張GIF圖:

    你可以看到,與上面的不用,這個航天器是從地球公轉方向的前側飛掠的(上面是從後側),這個時候,彈弓效應就會降低航天器的動能,從而實現了減速的效果。

    彈弓效應不要寶貴的燃料,利用天體就實現了加速和減速的效果,又大大節省了時間,絕對算是“免費的午餐”了。

    這種效應早已被人類發現並應用到航天上。1997年美國土星探測器“卡西尼”號發射時只帶了很少的燃料,它在1998年4月、1999年7月、1999年8月、2000年12月先後利用了四次彈弓效應(金星兩次、地球一次、木星一次),最終於2004年7月1日抵到達土星。

    人類一直在為實現光速旅行而不斷努力,而目前看來,藉助彈弓效應,光速旅行是完全可以實現的。

    根據科學家的設想,如果能夠找到足夠質量的天體(如兩個黑洞),人類就可以利用彈弓效應讓航天器不斷獲得加速度,讓航天器接近甚至達到光速,從而星際旅行成為可能。

    如果你想體驗彈弓效應,不難,在一款遊戲《坎巴拉太空計劃》中,你可以利用自己設計的航天器體驗下彈弓效應。有興趣的,可以去體驗下。

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