Привет. В 1950-х годах энтузиасты, занимавшиеся вопросами межпланетных путешествий, предсказывали, что огромные расстояния между планетами могут быть преодолены с очень большим трудом. Безусловно, химические ракетные двигатели вероятно, могли бы помочь совершить путешествия к Луне Марсу и Венере, но для путешествия к другим планетам почти наверняка потребовались бы новые технологии и новые методы космических перелетов.
В 1961 году аспирант Калифорнийского университета Майкл Минович, подрабатывая в Лаборатории реактивного движения НАСА провел интересное исследование. Он рассчитал, что космический аппарат, пролетающий за планетой по ходу ее орбитального движения, будет захвачен ее гравитацией и отбуксирован за ней. Это увеличит скорость космического аппарата. При удалении от планеты он сохранит набранную скорость. И наоборот, космический аппарат, пролетающий перед планетой, замедлит свою скорость. Минович рассматривал это как новую форму движения; он назвал эффект воздействия гравитации планеты на космический аппарат - «гравитационной тягой».
Минович определил, что космический аппарат может использовать гравитационную тягу для бесконечных путешествий от планеты к планете без использования ракетных двигателей. Он даже сможет вернуться обратно к Земле выйдя на солнечную орбиту, или полностью покинуть Солнечную систему. В общей сложности он рассчитал около 200 различных вариантов пролётов мимо планет, используя разработанные им диаграммы и компьютеры Лаборатории реактивного движения и Калифорнийского университета.
Многие инженеры, узнавшие о результатах работы Миновича, поначалу предположили, что его расчеты нарушают фундаментальные законы физики. Им казалось, что космический аппарат, совершая пролёт мимо планеты, получит свое ускорение даром.
Но это, конечно, было не так.
Когда космический аппарат замедлялся, планета приобретала очень незначительный импульс, а когда космический аппарат ускорялся, планета теряла небольшой по силе импульс. Таким образом, природа уравновешивала силы. Сам же Минович, поначалу не очень хорошо умел объяснять суть своего открытия. Ему было гораздо проще сделать математический расчет, чем объяснить природу сложных физических процессов.
Тем не менее, у него были свои сторонники. Одним из них был Максвелл Хантер, который работал главным инженером по космическим системам компании Дуглас, и который состоял в Национальном совете по аэронавтике и космонавтике. Он встретил Миновича на Симпозиуме Американского астронавтического общества по исследованию Марса, который проходил 1963 году. Хантер сразу же осознал значимость работы молодого аспиранта. Состоя в Национальном совете по аэронавтике и космонавтике, Хантер всячески продвигал идеи Майкла Миновича.
В своем отчете от 1963 года Хантер описал необычные траектории полетов космических аппаратов, расчеты которых выполнил Минович. Этот отчет стал основой для статей в различных отраслевых и научных изданиях.
В июне 1964 года, через месяц после того, как в свет вышли первые статьи Хантера, Лаборатория реактивного движения начала планировать миссию космического зонда под рабочим названием «Маринер Венера-Меркурий 1973». Это была первая межпланетная миссия, при разработке которой использовалась траектория полета и маневры, которые рассчитал Майкл Минович.
Космический аппарат должен был пролететь мимо Венеры, чтобы замедлить свою скорость и выйти на орбиту вокруг Солнца, которая выведет космический аппарат к Меркурию. Пролет мимо Венеры был назван «гравитационным маневром» — термин «гравитационная тяга» так и не прижился.
Почти одновременно с этим, мощные ракетные двигатели, которые считались необходимыми для путешествий к планетам за пределами орбит Венеры и Марса, перестали быть нужными.
Но еще в 1962 году инженеры Лаборатории реактивного движения подготовили предварительный проект автоматизированного 10-тонного атомно-электрического «космического крейсера". Проект был встречен с большим энтузиазмом. Космическая система находилась еще на ранней стадии разработки, но инженеры рассчитывали, что при достаточном финансировании они смогут разработать ее для межпланетных космических полетов в 1970-х годах.
Однако к концу 1964 года такие мощные космические системы все чаще стали рассматриваться как излишне сложные и дорогостоящие. Вместо этого НАСА могло бы использовать относительно небольшую ракету-носитель для вывода космического аппарат на межпланетную траекторию полета. Такой космический зонд мог бы включать в свою конструкцию небольшой двигатель для коррекции курса, звездные датчики для точного определения своего положения и траектории полета, двигатели системы ориентации, научные приборы, компьютер, систему генерации электроэнергии в виде солнечных панелей или радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ) и радиопередатчик.
Однако сторонники электрических ракетных (ионных) двигателей не желали отказываться от своих разработок. Помимо разработки небольших систем для поддержания орбиты спутников находящихся на околоземной орбите, они искали свою нишу в программе исследования планет, где электрические двигательные установки могли бы превзойти использование гравитационных маневров.
И такая ниша была найдена – это изучение комет. Комета Галлея, появление которой ожидалось в 1985-1986 годах стала важной целью для инженеров, которые разрабатывали космические аппараты с электрическими (ионными) двигателями.
В годы, последовавшие за миссией зонда «Маринер 10» к Меркурию (так впоследствии была названа миссия зонда «Маринер Венера-Меркурий 1973»), при разработке межпланетных миссий были использованы и другие траектории и гравитационные маневры, рассчитанные Миновичем.
Самая известная это конечно это же миссия зонда «Вояджер-2». Траекторию полета по трассе Юпитер-Сатурн-Уран-Нептун, рассчитал Майкл Минович, хотя часто ее ошибочно приписывают инженеру Гэри Фландро из Лаборатории реактивного движения. В середине 1966 года Фландро опубликовал статью о грандиозном путешествии к другим планетам.
В этой статье последовательность пролетов зонда «Вояджер 2» преподносилась как уникальная возможность раз в 176 лет посетить все планеты внешней Солнечной системы за одну миссию. Но с такой формулировкой был не согласен сам Минович. Он указал на то, что это утверждение полностью несостоятельно. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун были достаточно массивны, чтобы скорректировать траекторию пролетающего мимо них космического аппарата и направить его к любой точке Солнечной системы в любой момент времени.
Зонд «Вояджер-2», масса которого при запуске составляла около 726 килограмм, стартовал 20 августа 1977 года. 9 июля 1979 года он пролетел на расстоянии 564 000 километров от Юпитера; 25 августа 1981 года — на расстоянии 102 000 километров от Сатурна; 24 января 1986 года —в 82 000 километрах от Урана; и 25 августа 1989 года — на расстоянии 5000 километров от Нептуна. В общей сложности его основная научная миссия длилась чуть более 12 лет.
Минович рассчитал гравитационные маневров космических аппаратов при пролете Венеры и Земли. 28 января 1986 года произошла катастрофа шаттла «Челленджер», которая привела к отмене запуска зонда «Галилео» по исследованию Юпитера, старт которого планировался в мае 1986 года.
Полеты шаттлов возобновились в сентябре 1988 года. «Галилео» был запущен с помощью шаттла «Атлантис» 18 октября 1989 года. Но теперь разгонная ступень не могла вывести космический аппарат на прямой перелет к Юпитеру. Вместо этого зонд «Галилео» совершил пролет мимо Венеры (10 февраля 1990 г.), пролет мимо Земли (8 декабря 1990 г.) и еще один пролет мимо Земли (8 декабря 1992 г.), прежде чем набрал достаточную скорость, чтобы начать полет к Юпитеру.
«Галилео» достиг Юпитера 7 декабря 1995 года. За 35 витков вокруг Юпитера он исследовал четыре его спутника, также используя серию гравитационных маневров для ускорения и замедления космического аппарата. В результате заключительной серии гравитационных маневров зонд вышел на орбиту вокруг Юпитера высотой 26 миллионов километров, а затем 21 сентября 2003 года он совершил запланированный вход в атмосферу газового гиганта.
К космическим миссиям, использовавшим гравитационные маневры, относятся: «Вояджер-1» (совершивший пролеты мимо Юпитера и Сатурна), «Кассини» (совершивший серию гравитационных маневров по трассе Венера-Венера-Земля-Юпитер и десятки гравитационных маневров с пролетом мимо спутника Сатурна, Титан), «MESSENGER» (с гравитационными маневрами Земля-Венера-Венера-Меркурий-Меркурий-Меркурий), «Розетта» (с маневрами по схеме Земля-Марс-Земля-Земля), «Юнона» ( с пролетом у Земли), «Новые горизонты» ( с пролетом Юпитера) и ряд других.
В настоящее время гравитационные маневры стали неотъемлемой частью при планировании миссий различных космических аппаратов к дальним уголкам Солнечной системы. Можно сказать что гравитационные маневры сделали возможными полеты к другим планетам Солнечной системы.
Всем удачи.