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罗塞塔号是如何成功“追星”的？

许仁华 2014-11-30 浏览133次

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？

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；

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；

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。

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。

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。

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。

引力助推的历史

最早提出引力助推的科学家是苏联的尤里·康德拉图克。1918年，他在《致有志于建造星际火箭而阅读此文者》论文中，首先提出了引力助推的构想。　

后来，前苏联科学家弗里德里希·詹德在1925年的论文《星际飞行中喷气推进的问题》中也提出了类似的构想。

以上两人关于引力助推的想法都不太完整，直到1961年，美国数学家迈克尔?米诺维奇才最终完善了引力助推。他正确地指出，行星对飞行器施加的引力助推能够推进飞行器，并减少飞行器在星际间飞行时的燃料消耗。

引力助推有什么意义？

在太阳系进行行星探测，或者要想飞出太阳系，引力助推是现阶段一个必选的步骤。

飞行器利用燃料获得一个速度后，在前往外行星的过程中，因为是背向太阳前进，也就是在做远离太阳的运动，所以，飞行器会持续不断地受到太阳引力的拉扯而不断减速，等到来到外行星的周围时，飞行器的运行速度将低于外行星，比如天王星绕行太阳的轨道速度。如果不采取引力助推，现阶段，我们将很难到达外行星，或者冲出太阳系。

同样，飞行器在飞向内行星比如水星的过程中，因为是做接近太阳的飞行，过程中将一直受到太阳的引力拉扯，导致飞行器到达目标行星时，速度将远大于内行星绕日轨道的速度，如果飞行器只是飞掠内行星，倒也无所谓，但是如果想进入环绕内行星的轨道，就必须要减速，减速也可以采用燃料，但是这无疑将增大飞行器的体积，结果就是耗资巨大，所以最好的办法是利用内行星的引力助推来刹车。

要付出啥代价

引力助推看上去美好极了，给飞行器减少体重，节约大量燃油，本质上就是节约了大量的资金。引力助推让我们得以派出探测器到各大行星一窥究竟，好处太多自不必说，天下没有免费的午餐，引力助推的代价是什么呢？