ძნელი წარმოსადგენია, რამდენი საწვავი დაზოგეს კოსმოსურმა მანქანებმა გრავიტაციულ მანევრებს. ისინი ხელს უწყობენ გიგანტური პლანეტების სიახლოვეს მიღწევას და მზის სისტემის მიღმაც კი სამუდამოდ გასვლას. ჩვენთან შედარებით ახლოს კომეტებისა და ასტეროიდების შესწავლისთვისაც კი, ყველაზე ეკონომიური ტრაექტორია შეიძლება გამოითვალოს გრავიტაციული მანევრების გამოყენებით. როდის გაჩნდა "კოსმოსური სლინგის" იდეა? და როდის განხორციელდა პირველად?

გრავიტაციული მანევრი, როგორც ბუნებრივი ფენომენი, პირველად აღმოაჩინეს წარსულის ასტრონომებმა, რომლებმაც გააცნობიერეს, რომ მნიშვნელოვანი ცვლილებები კომეტების ორბიტებში, მათ პერიოდებში (და, შესაბამისად, ორბიტალურ სიჩქარეში) ხდება პლანეტების გრავიტაციული გავლენის ქვეშ. ასე რომ, მოკლე პერიოდის კომეტების კოიპერის სარტყლიდან მზის სისტემის შიდა ნაწილზე გადასვლის შემდეგ, მათი ორბიტების მნიშვნელოვანი ტრანსფორმაცია ხდება ზუსტად მასიური პლანეტების გრავიტაციული გავლენის ქვეშ, მათთან კუთხის იმპულსის გაცვლის დროს, ყოველგვარი გარეშე. ენერგიის ხარჯები.

კოსმოსური ფრენის მიზნის მისაღწევად გრავიტაციული მანევრების გამოყენების იდეა შეიმუშავა მაიკლ მინოვიჩმა 60-იან წლებში, როდესაც სტუდენტობისას სტაჟირება გაიარა NASA-ს რეაქტიული მოძრაობის ლაბორატორიაში. პირველად გრავიტაციული მანევრის იდეა განხორციელდა ავტომატური პლანეტათაშორისი სადგურის "Mariner-10"-ის ფრენის გზაზე, როდესაც ვენერას გრავიტაციული ველი გამოიყენეს მერკურის მისასვლელად.

„სუფთა“ გრავიტაციულ მანევრში მკაცრად არის დაცული სიჩქარის მოდულის თანასწორობის წესი ციურ სხეულთან მიახლოებამდე და მის შემდეგ. მომატება აშკარა ხდება, თუ პლანეტოცენტრული კოორდინატებიდან ჰელიოცენტრულზე გადავალთ. ეს ნათლად ჩანს აქ ნაჩვენები სქემაში, რომელიც ადაპტირებულია ვ.ი.ლევანტოვსკის წიგნიდან „კოსმოსური ფრენის მექანიკა“. მანქანის ტრაექტორია ნაჩვენებია მარცხნივ, როგორც ამას ხედავს დამკვირვებელი პლანეტაზე R. სიჩქარე v-ში „ადგილობრივი უსასრულობის“ აბსოლუტური მნიშვნელობით უდრის v out-ს. ყველაფერი, რასაც დამკვირვებელი შეამჩნევს, არის აპარატის მიმართულების ცვლილება. თუმცა, დამკვირვებელი, რომელიც მდებარეობს ჰელიოცენტრულ კოორდინატებში, დაინახავს აპარატის სიჩქარის მნიშვნელოვან ცვლილებას. ვინაიდან შენარჩუნებულია მხოლოდ კოსმოსური ხომალდის სიჩქარის მოდული პლანეტასთან მიმართებაში და ის შედარებულია თავად პლანეტის ორბიტალური სიჩქარის მოდულთან, შედეგად მიღებული სიჩქარის ვექტორული ჯამი შეიძლება გახდეს უფრო დიდი და ნაკლები, ვიდრე მანქანის სიჩქარე ახლოვდება. მარჯვნივ არის კუთხური იმპულსის ასეთი გაცვლის ვექტორული დიაგრამა. V in და v out აღნიშნავს კოსმოსური ხომალდის შესვლისა და გამოსვლის თანაბარ სიჩქარეებს პლანეტასთან მიმართებაში, ხოლო V sbl, V დისტანციური და V pl აღნიშნავენ კოსმოსური ხომალდის მიახლოებისა და ამოღების სიჩქარეს და პლანეტის ორბიტალურ სიჩქარეს ჰელიოცენტრულ კოორდინატებში. ΔV მატება არის სიჩქარის იმპულსი, რომელიც პლანეტამ მოახსენა აპარატს. რა თქმა უნდა, ის მომენტი, რომელსაც თავად აპარატი გადასცემს პლანეტას, უმნიშვნელოა.

ამრიგად, პაემანის ბილიკის შესაბამისი არჩევით, შეიძლება არა მხოლოდ შეიცვალოს მიმართულება, არამედ მნიშვნელოვნად გაზარდოს აპარატის სიჩქარე მისი ენერგიის წყაროების ყოველგვარი დახარჯვის გარეშე.

ეს დიაგრამა არ აჩვენებს, რომ თავდაპირველად სიჩქარე მკვეთრად იზრდება და შემდეგ ეცემა საბოლოო მნიშვნელობამდე. ბალისტიკოსებს ეს ჩვეულებრივ არ აინტერესებთ, ისინი აღიქვამენ კუთხური იმპულსის გაცვლას, როგორც პლანეტის „გრავიტაციულ ზემოქმედებას“, რომლის ხანგრძლივობა ფრენის მთლიან ხანგრძლივობასთან შედარებით უმნიშვნელოა.

გრავიტაციულ მანევრში კრიტიკულია პლანეტა M-ის მასა, სამიზნე დიაპაზონი d და სიჩქარე v in-ში. საინტერესოა, რომ სიჩქარის ზრდა ΔV არის მაქსიმალური, როდესაც v in უდრის წრიულ სიჩქარეს პლანეტის ზედაპირთან ახლოს.

ამრიგად, გიგანტური პლანეტების მანევრები ყველაზე ხელსაყრელია და ისინი შესამჩნევად ამცირებენ ფრენის ხანგრძლივობას. ასევე გამოიყენება მანევრები დედამიწისა და ვენერას მახლობლად, მაგრამ ეს მნიშვნელოვნად ზრდის კოსმოსში მოგზაურობის ხანგრძლივობას.

Mariner 10-ის მისიის წარმატების შემდეგ, გრავიტაციის დამხმარე მანევრები გამოიყენება მრავალ კოსმოსურ მისიებში. მაგალითად, გამორჩეულად წარმატებული იყო კოსმოსური ხომალდის „ვოიაჯერის“ მისია, რომლის დახმარებითაც განხორციელდა გიგანტური პლანეტების და მათი თანამგზავრების შესწავლა. მანქანები გაუშვეს აშშ-ში 1977 წლის შემოდგომაზე და მიაღწიეს მისიის პირველ სამიზნეს, პლანეტა იუპიტერს, 1979 წელს. იუპიტერის ირგვლივ კვლევითი პროგრამის დასრულების და მისი თანამგზავრების შესწავლის შემდეგ, მანქანებმა შეასრულეს გრავიტაციული მანევრი (იუპიტერის გრავიტაციული ველის გამოყენებით), რამაც მათ საშუალება მისცა გაეგზავნათ ოდნავ განსხვავებული ტრაექტორიებით სატურნში, რომლებსაც მიაღწიეს შესაბამისად 1980 და 1981 წლებში. შემდეგ, ვოიაჯერ 1-მა შეასრულა რთული მანევრი, რათა გაევლო სატურნის მთვარე ტიტანიდან 5000 კმ-ზე, შემდეგ კი მზის სისტემიდან გამოსასვლელ ტრაექტორიაზე დაასრულა.

ვოიაჯერ 2-მა ასევე შეასრულა კიდევ ერთი გრავიტაციული მანევრი და, გარკვეული ტექნიკური პრობლემების მიუხედავად, მიმართული იყო მეშვიდე პლანეტის, ურანისკენ, რომელიც 1986 წლის დასაწყისში შეგვხვდა. ურანთან მიახლოების შემდეგ მის ველზე კიდევ ერთი გრავიტაციული მანევრი ჩატარდა და ვოიაჯერ 2 ნეპტუნისკენ გაემართა. აქ გრავიტაციულმა მანევრმა საშუალება მისცა მოწყობილობას საკმარისად მიუახლოვდა ნეპტუნის თანამგზავრ ტრიტონს.

1986 წელს გრავიტაციულმა მანევრმა ვენერასთან ახლოს საბჭოთა კოსმოსურ ხომალდებს VEGA-1-სა და VEGA-2-ს შეხვედრის საშუალება მისცა ჰალეის კომეტას.

1995 წლის ბოლოს იუპიტერს მიაღწია ახალმა აპარატმა, გალილეომ, რომლის ფრენის გზა აირჩიეს გრავიტაციული მანევრების ჯაჭვად დედამიწისა და ვენერას გრავიტაციულ ველებში. ამან საშუალება მისცა მოწყობილობას 6 წელიწადში ორჯერ ეწვია ასტეროიდთა სარტყელს და მიუახლოვდა საკმაოდ დიდ სხეულებს გასპრასა და იდას და ორჯერ დაბრუნებულიყო დედამიწაზე. 1989 წლის შემოდგომაზე შეერთებულ შტატებში გაშვების შემდეგ, კოსმოსური ხომალდი გაიგზავნა ვენერაში, რომელსაც იგი მიუახლოვდა 1990 წლის თებერვალში, შემდეგ კი დედამიწაზე დაბრუნდა 1990 წლის დეკემბერში. კვლავ ჩატარდა გრავიტაციული მანევრი და მოწყობილობა ასტეროიდების სარტყლის შიდა ნაწილზე წავიდა. იუპიტერამდე მისასვლელად, 1992 წლის დეკემბერში, გალილეო კვლავ დაბრუნდა დედამიწაზე და ბოლოს იუპიტერისკენ გაემართა.

1997 წლის ოქტომბერში, ასევე აშშ-ში, კოსმოსური ხომალდი Cassini გაუშვა სატურნში. მისი ფრენის პროგრამა ითვალისწინებს 4 გრავიტაციულ მანევრს: ორი ვენერასთან და თითო დედამიწისა და იუპიტერის მახლობლად. ვენერას პაემანის პირველი მანევრის შემდეგ (1998 წლის აპრილში) ხომალდი მარსის ორბიტაზე გაემართა და ისევ (მარსის მონაწილეობის გარეშე) დაბრუნდა ვენერაში. ვენერას მეორე მანევრმა (1999 წლის ივნისი) დააბრუნა კასინი დედამიწაზე, სადაც ასევე ჩატარდა გრავიტაციის დამხმარე მანევრი (1999 წლის აგვისტო). ამრიგად, კოსმოსურმა ხომალდმა მოიპოვა საკმარისი სიჩქარე იუპიტერში სწრაფი ფრენისთვის, სადაც 2000 წლის დეკემბრის ბოლოს შესრულდება მისი ბოლო მანევრი სატურნისკენ მიმავალ გზაზე. მოწყობილობამ მიზნებს 2004 წლის ივლისში უნდა მიაღწიოს.

L. V. Ksanfomality, ფიზი.-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი. კოსმოსური კვლევითი ინსტიტუტის ლაბორატორიის გამგე მც.

ჩვეულებრივი ხედი

მზის სისტემაში არის სპეციალური სხეულები - კომეტები.
კომეტა არის რამდენიმე კილომეტრის ზომის პატარა სხეული. ჩვეულებრივი ასტეროიდისგან განსხვავებით, კომეტა მოიცავს სხვადასხვა ყინულს: წყალს, ნახშირორჟანგს, მეთანს და სხვა. როდესაც კომეტა იუპიტერის ორბიტაზე შედის, ეს ყინულები იწყებენ სწრაფ აორთქლებას, ტოვებენ კომეტის ზედაპირს მტვერთან ერთად და ქმნიან ეგრეთ წოდებულ კომას - გაზისა და მტვრის ღრუბელს, რომელიც გარს აკრავს მყარ ბირთვს. ეს ღრუბელი ბირთვიდან ასობით ათასი კილომეტრით არის გადაჭიმული. არეკლილი მზის წყალობით, კომეტა (არა თვითონ, არამედ მხოლოდ ღრუბელი) ხილული ხდება. და მსუბუქი წნევის გამო ღრუბლის ნაწილი ე.წ. ძალიან სუსტი გრავიტაციის გამო, კომა და კუდის მთელი ნივთიერება შეუქცევად იკარგება. ამიტომ, მზესთან ფრენისას კომეტას შეუძლია დაკარგოს მისი მასის რამდენიმე პროცენტი და ზოგჯერ მეტიც. მისი ცხოვრების დრო ასტრონომიული სტანდარტებით უმნიშვნელოა.
საიდან მოდის ახალი კომეტები?

ტრადიციული კოსმოგონიის მიხედვით ისინი მომდინარეობენ ეგრეთ წოდებული ოორტის ღრუბლიდან. ზოგადად მიღებულია, რომ მზიდან ასი ათასი ასტრონომიული ერთეულის მანძილზე (ნახევარი მანძილი უახლოეს ვარსკვლავამდე) არის კომეტების უზარმაზარი რეზერვუარი. უახლოესი ვარსკვლავები პერიოდულად არღვევენ ამ წყალსაცავს, შემდეგ კი ზოგიერთი კომეტის ორბიტა იცვლება ისე, რომ მათი პერიჰელიონი მზესთან ახლოსაა, მის ზედაპირზე აირები იწყებენ აორთქლებას, ქმნიან უზარმაზარ კომას და კუდს, ხოლო კომეტა ხილული ხდება ტელესკოპით. და ზოგჯერ შეუიარაღებელი თვალითაც კი. სურათზე არის ცნობილი დიდი კომეტა ჰეილ-ბოპი, 1997 წელს.

როგორ წარმოიქმნა ოორტის ღრუბელი? ზოგადად მიღებული პასუხი ასეთია. გიგანტური პლანეტების რეგიონში მზის სისტემის ჩამოყალიბების დასაწყისშივე ჩამოყალიბდა მრავალი ყინულის სხეული, რომელთა დიამეტრი ათი ან მეტი კილომეტრია. ზოგიერთი მათგანი გახდა გიგანტური პლანეტების და მათი თანამგზავრების ნაწილი, ზოგი კი მზის სისტემის პერიფერიაზე გადააგდეს. ამ პროცესში მთავარი როლი იუპიტერმა შეასრულა, მაგრამ სატურნი, ურანი და ნეპტუნიც მიმართავდნენ მას თავიანთი გრავიტაციული ველები. ყველაზე ზოგადი თვალსაზრისით, ეს პროცესი ასე გამოიყურებოდა: კომეტა დაფრინავს იუპიტერის მძლავრ გრავიტაციულ ველთან და ის იცვლის სიჩქარეს ისე, რომ მთავრდება მზის სისტემის პერიფერიაზე.

მართალია, ეს საკმარისი არ არის. თუ კომეტის პერიჰელიონი იუპიტერის ორბიტაშია, ხოლო აფელიონი სადღაც პერიფერიაზე, მაშინ მისი პერიოდი, როგორც ადვილი გამოსათვლელია, რამდენიმე მილიონი წელი იქნება. მზის სისტემის არსებობის განმავლობაში, ასეთ კომეტას ექნება დრო, მიუახლოვდეს მზეს თითქმის ათასჯერ და მთელი მისი გაზი, რომელსაც შეუძლია აორთქლდეს, აორთქლდება. მაშასადამე, ვარაუდობენ, რომ როდესაც კომეტა პერიფერიაზეა, მაშინ უახლოესი ვარსკვლავების აურზაური ცვლის მის ორბიტას ისე, რომ პერიჰელიონიც ძალიან შორს იქნება მზიდან.

ასე რომ, არსებობს ოთხი ეტაპის პროცესი. 1. იუპიტერი ისვრის ყინულის ნაჭერს მზის სისტემის პერიფერიაზე. 2. უახლოესი ვარსკვლავი იცვლის ორბიტას ისე, რომ ორბიტის პერიჰელიონიც მზისგან შორს იყოს. 3. ასეთ ორბიტაზე ყინულის ნაჭერი თითქმის რამდენიმე მილიარდი წლის განმავლობაში უსაფრთხოდ რჩება. 4. კიდევ ერთი გამვლელი ვარსკვლავი ისევ არღვევს თავის ორბიტას ისე, რომ პერიჰელიონი მზესთან ახლოს არის. შედეგად, ყინულის ნაჭერი მიფრინავს ჩვენსკენ. და ჩვენ მას ვხედავთ როგორც ახალ კომეტას.

ეს ყველაფერი საკმაოდ დამაჯერებლად გამოიყურება თანამედროვე კოსმოგონისტებისთვის. მაგრამ არის ეს? მოდით, უფრო დეტალურად განვიხილოთ ოთხივე ნაბიჯი.

გრავიტაციის მანევრი

Პირველი შეხვედრა

გრავიტაციულ მანევრს პირველად მე-9 კლასში გავეცანი ფიზიკის რეგიონულ ოლიმპიადაზე. დავალება ეს იყო.
რაკეტა გაშვებულია დედამიწიდან V სიჩქარით (საკმარისია სიმძიმის ველიდან გასაფრენად). რაკეტას აქვს ძრავა ბიძგით F, რომელსაც შეუძლია იმუშაოს ტ დროის განმავლობაში. დროის რომელ მომენტში უნდა ჩართოთ ძრავა, რომ რაკეტის საბოლოო სიჩქარე იყოს მაქსიმალური? უგულებელყოთ ჰაერის წინააღმდეგობა.

თავიდან მომეჩვენა, რომ არ ჰქონდა მნიშვნელობა, როდის უნდა ჩართო ძრავა. ყოველივე ამის შემდეგ, ენერგიის შენარჩუნების კანონის გამო, რაკეტის საბოლოო სიჩქარე ნებისმიერ შემთხვევაში უნდა იყოს იგივე. დარჩა რაკეტის საბოლოო სიჩქარის გამოთვლა ორ შემთხვევაში: 1. ძრავას ჩართავთ დასაწყისში, 2. ძრავას ჩავრთავთ დედამიწის გრავიტაციული ველის დატოვების შემდეგ. შემდეგ შეადარეთ შედეგები და დარწმუნდით, რომ რაკეტის საბოლოო სიჩქარე ორივე შემთხვევაში ერთნაირია. მაგრამ შემდეგ გამახსენდა, რომ ძალა უდრის: წევის ძალა გამრავლებული სიჩქარეზე. ამიტომ, რაკეტის ძრავის სიმძლავრე მაქსიმალური იქნება, თუ ძრავა ჩაირთვება დაწყებისთანავე, როცა რაკეტის სიჩქარე მაქსიმალურია. ასე რომ, სწორი პასუხია: ჩვენ დაუყოვნებლივ ჩავრთავთ ძრავას, მაშინ რაკეტის საბოლოო სიჩქარე იქნება მაქსიმალური.

და მართალია პრობლემა სწორად მოვაგვარე, მაგრამ პრობლემა დარჩა. რაკეტის საბოლოო სიჩქარე და, შესაბამისად, ენერგია დამოკიდებულია იმაზე, თუ რომელ მომენტში ჩართულია ძრავა. როგორც ჩანს, ეს არის ენერგიის შენარჩუნების კანონის აშკარა დარღვევა. Თუ არა? რა შუაშია აქ? ენერგია უნდა იყოს შენახული! ყველა ამ კითხვაზე პასუხის გაცემას ოლიმპიადის შემდეგ შევეცადე.

რაკეტის ბიძგი დამოკიდებულია მის სიჩქარეზე. ეს მნიშვნელოვანი საკითხია და განხილვის ღირსია.
დავუშვათ, რომ გვაქვს M მასის რაკეტა ძრავით, რომელიც ქმნის ბიძგს F ძალით. მოდით ეს რაკეტა ცარიელ სივრცეში (ვარსკვლავებისა და პლანეტებისგან მოშორებით) მოვათავსოთ და ჩავრთოთ ძრავა. რამდენად სწრაფად მოძრაობს რაკეტა? ჩვენ ვიცით პასუხი ნიუტონის მეორე კანონიდან: აჩქარება A უდრის:
A = F/M

ახლა გადავიდეთ სხვა ინერციულ საცნობარო სისტემაზე, რომელშიც რაკეტა მოძრაობს დიდი სიჩქარით, ვთქვათ, 100 კმ/წმ. რა არის რაკეტის აჩქარება ამ საცნობარო ჩარჩოში?
აჩქარება არ არის დამოკიდებული მითითების ინერციული ჩარჩოს არჩევანზე, ამიტომ იგივე იქნება:
A = F/M
რაკეტის მასა ასევე არ იცვლება (100 კმ/წმ ჯერ კიდევ არ არის რელატივისტური შემთხვევა), ამიტომ ბიძგების ძალა F იგივე იქნება.
და, შესაბამისად, რაკეტის სიმძლავრე დამოკიდებულია მის სიჩქარეზე. ყოველივე ამის შემდეგ, სიმძლავრე უდრის ძალას გამრავლებული სიჩქარეზე. გამოდის, რომ თუ რაკეტა მოძრაობს 100 კმ/წმ სიჩქარით, მაშინ მისი ძრავის სიმძლავრე 100-ჯერ უფრო ძლიერია, ვიდრე ზუსტად იგივე ძრავა, რომელიც მდებარეობს რაკეტაზე, რომელიც მოძრაობს 1 კმ/წმ სიჩქარით.

ერთი შეხედვით, ეს შეიძლება უცნაურად და პარადოქსულადაც კი ჩანდეს. საიდან მოდის უზარმაზარი დამატებითი ძალა? ენერგია უნდა იყოს შენახული!
მოდით შევხედოთ ამ საკითხს.
რაკეტა ყოველთვის მოძრაობს რეაქტიული ბიძგებით: ის კოსმოსში სხვადასხვა გაზებს დიდი სიჩქარით ისვრის. დაზუსტებისთვის ვივარაუდოთ, რომ აირების გამოყოფის სიჩქარეა 10 კმ/წმ. თუ რაკეტა მოძრაობს 1 კმ/წმ სიჩქარით, მაშინ მისი ძრავა ძირითადად აჩქარებს არა რაკეტას, არამედ საწვავს. ამიტომ, რაკეტის აჩქარების ძრავის სიმძლავრე არ არის მაღალი. მაგრამ თუ რაკეტა მოძრაობს 10 კმ/წმ სიჩქარით, მაშინ ამოღებული საწვავი ისვენებს გარე დამკვირვებელთან შედარებით, ანუ ძრავის მთელი სიმძლავრე დაიხარჯება რაკეტის აჩქარებაზე. და თუ რაკეტა მოძრაობს 100 კმ/წმ სიჩქარით? ამ შემთხვევაში გამოდევნილი საწვავი იმოძრავებს 90 კმ/წმ სიჩქარით. ანუ საწვავის სიჩქარე 100-დან 90 კმ/წმ-მდე შემცირდება. და საწვავის კინეტიკური ენერგიის ყველა სხვაობა, ენერგიის შენარჩუნების კანონის გამო, გადაეცემა რაკეტას. აქედან გამომდინარე, რაკეტის ძრავის სიმძლავრე ასეთ სიჩქარეზე საგრძნობლად გაიზრდება.

მარტივად რომ ვთქვათ, სწრაფად მოძრავ რაკეტას აქვს ბევრი კინეტიკური ენერგია მის საწვავში. და ამ ენერგიიდან, რაკეტის დასაჩქარებლად დამატებითი სიმძლავრე მიიღება.

ახლა რჩება იმის გარკვევა, თუ როგორ შეიძლება რაკეტის ამ თვისების პრაქტიკაში გამოყენება.

პრაქტიკული გამოყენების მცდელობა

დავუშვათ, რომ უახლოეს მომავალში აპირებთ რაკეტის ფრენას სატურნის სისტემაში ტიტანზე (იხილეთ ფოტოები 1-3) ანაერობული სიცოცხლის ფორმების შესასწავლად. გაფრინდნენ იუპიტერის ორბიტაზე და აღმოჩნდა, რომ რაკეტის სიჩქარე თითქმის ნულამდე დაეცა. ფრენის გზა სწორად არ იყო გათვლილი ან საწვავი ყალბი აღმოჩნდა :) . ან იქნებ მეტეორიტი მოხვდა საწვავის ყურეში და თითქმის მთელი საწვავი დაიკარგა. Რა უნდა ვქნა?

რაკეტას აქვს ძრავა და მცირე რაოდენობით საწვავი დარჩენილი. მაგრამ მაქსიმუმი, რაც ძრავას შეუძლია, არის რაკეტის სიჩქარის გაზრდა 1 კმ/წმ-ით. ეს აშკარად არ არის საკმარისი სატურნში ფრენისთვის. ახლა კი პილოტი გვთავაზობს ასეთ ვარიანტს.
„ჩვენ შევდივართ იუპიტერის მიზიდულობის ველში და ვეცემით მასზე. შედეგად, იუპიტერი აჩქარებს რაკეტას უზარმაზარ სიჩქარემდე - დაახლოებით 60 კმ/წმ. როდესაც რაკეტა აჩქარებს ამ სიჩქარეს, ჩართეთ ძრავა. ძრავის სიმძლავრე ამ სიჩქარით ბევრჯერ გაიზრდება. შემდეგ ავფრინდებით იუპიტერის მიზიდულობის ველიდან. ასეთი გრავიტაციული მანევრის შედეგად რაკეტის სიჩქარე იზრდება არა 1 კმ/წმ, არამედ ბევრად მეტით. და ჩვენ შეგვიძლია გავფრინდეთ სატურნში."
მაგრამ ვიღაც ეწინააღმდეგება.
”დიახ, რაკეტის ძალა იუპიტერთან გაიზრდება. რაკეტა დამატებით ენერგიას მიიღებს. მაგრამ, იუპიტერის მიზიდულობის ველიდან გაფრენით, ჩვენ დავკარგავთ მთელ ამ დამატებით ენერგიას. ენერგია უნდა დარჩეს იუპიტერის პოტენციურ ჭაში, წინააღმდეგ შემთხვევაში იქნება რაღაც მარადიული მოძრაობის მანქანის მსგავსი და ეს შეუძლებელია. ამიტომ, გრავიტაციული მანევრისაგან არანაირი სარგებელი არ იქნება. ჩვენ უბრალოდ ვკარგავთ დროს."

ასე რომ, რაკეტა არც თუ ისე შორს არის იუპიტერიდან და თითქმის უმოძრაოა მასთან შედარებით. რაკეტას აქვს ძრავა იმდენი საწვავით, რომ რაკეტის სიჩქარე მხოლოდ 1 კმ/წმ-ით გაზარდოს. ძრავის ეფექტურობის გასაზრდელად შემოთავაზებულია გრავიტაციული მანევრის ჩატარება: რაკეტის „ჩაგდება“ იუპიტერზე. იგი გადაადგილდება მის მიზიდულობის ველში პარაბოლის გასწვრივ (იხილეთ ფოტო). და ტრაექტორიის ყველაზე დაბალ წერტილში (ფოტოზე წითელი ჯვრით მონიშნული) ჩაირთვება ლ ძრავა. რაკეტის სიჩქარე იუპიტერთან იქნება 60 კმ/წმ. მას შემდეგ რაც ძრავა კიდევ უფრო აჩქარებს მას, რაკეტის სიჩქარე 61 კმ/წმ-მდე გაიზრდება. რა სიჩქარე ექნება რაკეტას იუპიტერის მიზიდულობის ველის დატოვებისას?

ეს ამოცანა საშუალო სკოლის მოსწავლის ძალაშია, თუ, რა თქმა უნდა, მან კარგად იცის ფიზიკა. ჯერ უნდა დაწეროთ ფორმულა პოტენციური და კინეტიკური ენერგიის ჯამისთვის. შემდეგ გაიხსენეთ ბურთის გრავიტაციულ ველში პოტენციური ენერგიის ფორმულა. საცნობარო წიგნში ნახეთ რა არის გრავიტაციული მუდმივი, ასევე იუპიტერის მასა და რადიუსი. ენერგიის შენარჩუნების კანონის გამოყენებით და ალგებრული გარდაქმნების შესრულებით, მიიღეთ ზოგადი საბოლოო ფორმულა. და ბოლოს, ჩაანაცვლეთ ყველა რიცხვი ფორმულაში და გააკეთეთ გამოთვლები, მიიღეთ პასუხი. მესმის, რომ არავის (თითქმის არავის) არ სურს რაღაც ფორმულებში ჩაღრმავება, ამიტომ ვეცდები, ყოველგვარი განტოლებით დაძაბვის გარეშე, აგიხსნა ამ პრობლემის გადაწყვეტა „თითებზე“. იმედია მუშაობს! :) .

თუ რაკეტა სტაციონარულია, მისი კინეტიკური ენერგია ნულის ტოლია. და თუ რაკეტა მოძრაობს 1 კმ/წმ სიჩქარით, მაშინ ჩავთვლით, რომ მისი ენერგია 1 ერთეულია. შესაბამისად, თუ რაკეტა მოძრაობს 2 კმ/წმ სიჩქარით, მაშინ მისი ენერგია არის 4 ერთეული, თუ 10 კმ/წმ, მაშინ 100 ერთეული და ა.შ. ეს გასაგებია. პრობლემის ნახევარი უკვე მოვაგვარეთ.
ჯვრით მონიშნულ წერტილში (იხ. ფოტო) რაკეტის სიჩქარეა 60 კმ/წმ, ენერგია კი 3600 ერთეული. 3600 ერთეული საკმარისია იუპიტერის მიზიდულობის ველიდან გასაფრენად. რაკეტის აჩქარების შემდეგ მისი სიჩქარე გახდა 61 კმ/წმ, ხოლო ენერგია, შესაბამისად, 61 კვადრატი (ვიღებთ კალკულატორს) 3721 ერთეული. როდესაც რაკეტა იუპიტერის მიზიდულობის ველიდან გაფრინდება, ის მოიხმარს მხოლოდ 3600 ერთეულს. დარჩენილია 121 ერთეული. ეს შეესაბამება სიჩქარეს (აიღეთ კვადრატული ფესვი) 11 კმ/წმ. პრობლემა მოგვარებულია. ეს არ არის მიახლოება, არამედ ზუსტი პასუხი.

ჩვენ ვხედავთ, რომ გრავიტაციული მანევრი შეიძლება გამოყენებულ იქნას დამატებითი ენერგიის მისაღებად. იმის მაგივრად, რომ რაკეტა აჩქარდეს 1 კმ/წმ-მდე, ის შეიძლება აჩქარდეს 11 კმ/წმ-მდე (121-ჯერ მეტი ენერგია, ეფექტურობა - 12 ათასი პროცენტი!), თუ ახლოს არის იუპიტერის მსგავსი მასიური სხეული.

იმის გამო, რის გამოც მივიღეთ უზარმაზარი ენერგიის მოგება? იმის გამო, რომ მათ დახარჯული საწვავი დატოვეს არა რაკეტასთან ახლოს ცარიელ სივრცეში, არამედ იუპიტერის მიერ შექმნილ ღრმა პოტენციურ ჭაში. დახარჯულმა საწვავმა მიიღო დიდი პოტენციური ენერგია მინუს ნიშნით. ამიტომ რაკეტამ მიიღო დიდი კინეტიკური ენერგია PLUS ნიშნით.

ვექტორული როტაცია

დავუშვათ, რომ იუპიტერთან რაკეტას მივფრინავთ და გვინდა მისი სიჩქარის გაზრდა. მაგრამ საწვავი არ გვაქვს. ვთქვათ, გვაქვს საწვავი ჩვენი კურსის გამოსასწორებლად. მაგრამ აშკარად არ არის საკმარისი რაკეტის შესამჩნევად დაშლა. შეგვიძლია შესამჩნევად გავზარდოთ რაკეტის სიჩქარე გრავიტაციის დამხმარე დახმარებით?
მისი ყველაზე ზოგადი ფორმით, ეს ამოცანა ასე გამოიყურება. იუპიტერის გრავიტაციულ ველში გარკვეული სიჩქარით ვფრინავთ. მერე მინდვრიდან გავფრინდებით. შეიცვლება ჩვენი სიჩქარე? და რამდენად შეიძლება შეიცვალოს?
მოვაგვაროთ ეს პრობლემა.

დამკვირვებლის თვალსაზრისით, რომელიც იმყოფება იუპიტერზე (უფრო სწორად, სტაციონარული მისი მასის ცენტრის მიმართ), ჩვენი მანევრი ასე გამოიყურება. ჯერ რაკეტა დიდ მანძილზეა იუპიტერიდან და მისკენ მოძრაობს V სიჩქარით. შემდეგ იუპიტერთან მიახლოებისას ის აჩქარებს. ამ შემთხვევაში რაკეტის ტრაექტორია მრუდია და, როგორც ცნობილია, მისი ყველაზე ზოგადი ფორმით არის ჰიპერბოლა. რაკეტის მაქსიმალური სიჩქარე იქნება მინიმალურ მიდგომაზე. აქ მთავარია არა იუპიტერში შეჯახება, არამედ მის გვერდით ფრენა. მინიმალური მიახლოების შემდეგ რაკეტა დაიწყებს იუპიტერს დაშორებას და მისი სიჩქარე შემცირდება. საბოლოოდ რაკეტა იუპიტერის მიზიდულობის ველიდან გაფრინდება. როგორი იქნება მისი სიჩქარე? ზუსტად იგივე, რაც იყო ჩამოსვლისას. რაკეტა იუპიტერის გრავიტაციულ ველში V სიჩქარით გაფრინდა და მისგან ზუსტად იგივე V სიჩქარით გაფრინდა. შეიცვალა რამე? არა შეიცვალა. შეიცვალა სიჩქარის მიმართულება. Ეს არის მნიშვნელოვანი. ამის წყალობით ჩვენ შეგვიძლია შევასრულოთ გრავიტაციული მანევრი.

მართლაც, ჩვენთვის მნიშვნელოვანია არა რაკეტის სიჩქარე იუპიტერთან მიმართებაში, არამედ მისი სიჩქარე მზესთან მიმართებაში. ეს არის ეგრეთ წოდებული ჰელიოცენტრული სიჩქარე. ასეთი სიჩქარით რაკეტა მზის სისტემაში მოძრაობს. იუპიტერი ასევე მოძრაობს მზის სისტემის გარშემო. რაკეტის ჰელიოცენტრული სიჩქარის ვექტორი შეიძლება დაიშალოს ორი ვექტორის ჯამად: იუპიტერის ორბიტალური სიჩქარე (დაახლოებით 13 კმ/წმ) და რაკეტის სიჩქარე იუპიტერთან შედარებით. აქ არაფერია რთული! ეს არის ვექტორის შეკრების ჩვეულებრივი სამკუთხედის წესი, რომელიც ისწავლება მე-7 კლასში. და ეს წესი საკმარისია სიმძიმის მანევრის არსის გასაგებად.

ჩვენ გვაქვს ოთხი სიჩქარე. U(1) არის ჩვენი რაკეტის სიჩქარე მზესთან შედარებით გრავიტაციულ დახმარებამდე. V(1) არის რაკეტის სიჩქარე იუპიტერთან შედარებით გრავიტაციის დამხმარემდე. V(2) არის რაკეტის სიჩქარე იუპიტერთან შედარებით, გრავიტაციული დახმარების შემდეგ. V(1) და V(2) სიდიდით ტოლია, მაგრამ მიმართულებით ისინი განსხვავდებიან. U(2) არის რაკეტის სიჩქარე მზესთან შედარებით გრავიტაციული დახმარების შემდეგ. იმის სანახავად, თუ როგორ არის დაკავშირებული ეს ოთხივე სიჩქარე, შეხედეთ ფიგურას.

მწვანე ისარი AO არის იუპიტერის სიჩქარე მის ორბიტაზე. წითელი ისარი AB არის U(1): ჩვენი რაკეტის სიჩქარე მზესთან შედარებით გრავიტაციის დამხმარემდე. ყვითელი ისარი OB არის ჩვენი რაკეტის სიჩქარე იუპიტერთან შედარებით გრავიტაციულ მანევრამდე. ყვითელი OS ისარი არის რაკეტის სიჩქარე იუპიტერთან შედარებით გრავიტაციული დახმარების შემდეგ. ეს სიჩქარე უნდა იყოს სადღაც OB რადიუსის ყვითელ წრეზე. იმის გამო, რომ თავის კოორდინატთა სისტემაში იუპიტერს არ შეუძლია შეცვალოს რაკეტის სიჩქარის მნიშვნელობა, მაგრამ შეუძლია მისი ბრუნვა მხოლოდ გარკვეული კუთხით (ალფა). და ბოლოს, AC არის ის, რაც ჩვენ გვჭირდება: U(2) რაკეტის სიჩქარე გრავიტაციის დახმარების შემდეგ.

ნახეთ რა მარტივია. რაკეტის სიჩქარე გრავიტაციული დამხმარე AC-ის შემდეგ უდრის რაკეტის სიჩქარეს, სანამ გრავიტაციული დახმარება AB პლუს ვექტორი BC. და BC ვექტორი არის რაკეტის სიჩქარის ცვლილება იუპიტერის მითითების სისტემაში. რადგან OS - OB = OS + IN = IN + OS = BC. რაც უფრო მეტი ბრუნავს რაკეტის სიჩქარის ვექტორი იუპიტერთან მიმართებაში, მით უფრო ეფექტური იქნება გრავიტაციული მანევრი.

ასე რომ, რაკეტა საწვავის გარეშე დაფრინავს იუპიტერის (ან სხვა პლანეტის) გრავიტაციულ ველში. მისი სიჩქარის სიდიდე მანევრის წინ და შემდეგ იუპიტერთან შედარებით არ იცვლება. მაგრამ იუპიტერთან მიმართებაში სიჩქარის ვექტორის ბრუნვის გამო, რაკეტის სიჩქარე იუპიტერთან მიმართებაში მაინც იცვლება. და ამ ცვლილების ვექტორი უბრალოდ ემატება რაკეტის სიჩქარის ვექტორს მანევრამდე. იმედია ყველაფერი გარკვევით ავხსენი.

გრავიტაციული მანევრის არსის უკეთ გასაგებად, ჩვენ გავაანალიზებთ მას Voyager 2-ის მაგალითის გამოყენებით, რომელიც იუპიტერთან 1979 წლის 9 ივლისს გაფრინდა. როგორც გრაფიკიდან ჩანს (იხ. ფოტო), ის იუპიტერამდე 10 კმ/წმ სიჩქარით აფრინდა და თავისი გრავიტაციული ველიდან 20 კმ/წმ სიჩქარით გაფრინდა. მხოლოდ ორი რიცხვი: 10 და 20.
გაგიკვირდებათ, რამდენი ინფორმაციის მოპოვება შეიძლება ამ ნომრებიდან:
1. ჩვენ გამოვთვლით რა სიჩქარე ჰქონდა ვოიაჯერ 2-ს დედამიწის გრავიტაციული ველის დატოვებისას.
2. ვიპოვოთ ის კუთხე, რომლითაც აპარატი მიუახლოვდა იუპიტერის ორბიტას.
3. გამოთვალეთ მინიმალური მანძილი, რომელიც ვოიაჯერ 2-მა გაფრინდა იუპიტერამდე.
4. მოდით გავარკვიოთ, როგორ გამოიყურებოდა მისი ტრაექტორია იუპიტერზე მდებარე დამკვირვებლის მიმართ.
5. იპოვეთ კუთხე, რომლითაც კოსმოსური ხომალდი გადაიხარა იუპიტერთან შეხვედრის შემდეგ.

ჩვენ არ გამოვიყენებთ რთულ ფორმულებს, მაგრამ გავაკეთებთ გამოთვლებს, როგორც ყოველთვის, "თითებზე", ზოგჯერ მარტივი ნახატების გამოყენებით. თუმცა, პასუხები, რომლებსაც მივიღებთ, ზუსტი იქნება. მოდით ვთქვათ, რომ ისინი შეიძლება არ იყოს ზუსტი, რადგან რიცხვები 10 და 20, სავარაუდოდ, ზუსტი არ არის. ისინი აღებულია სქემიდან და მრგვალდება. გარდა ამისა, სხვა რიცხვები, რომლებსაც ჩვენ გამოვიყენებთ, ასევე დამრგვალდება. ყოველივე ამის შემდეგ, ჩვენთვის მნიშვნელოვანია გრავიტაციული მანევრის გაგება. მაშასადამე, 10 და 20 რიცხვებს ზუსტად ავიღებთ, რომ რაღაც ავაშენოთ.

მოვაგვაროთ პირველი პრობლემა.
შევთანხმდეთ, რომ Voyager-2-ის ენერგია 1 კმ/წმ სიჩქარით მოძრავი არის 1 ერთეული. მზის სისტემიდან იუპიტერის ორბიტიდან გამგზავრების მინიმალური სიჩქარეა 18 კმ/წმ. ამ სიჩქარის გრაფიკი არის ფოტოზე, მაგრამ ის მდებარეობს ასე. აუცილებელია იუპიტერის ორბიტალური სიჩქარის (დაახლოებით 13 კმ/წმ) გამრავლება ორის ფესვზე. თუ ვოიაჯერ 2-ს იუპიტერთან მიახლოებისას ჰქონდა 18 კმ/წმ სიჩქარე (ენერგია 324 ერთეული), მაშინ მისი მთლიანი ენერგია (კინეტიკური და პოტენციალის ჯამი) მზის გრავიტაციულ ველში იქნება ზუსტად ნულის ტოლი. მაგრამ Voyager 2-ის სიჩქარე იყო მხოლოდ 10 კმ/წმ, ხოლო ენერგია 100 ერთეული. ანუ ნაკლებია:
324-100 = 224 ერთეული.
ენერგიის ეს ნაკლებობა შენარჩუნებულია, რადგან ვოიაჯერ 2 მოგზაურობს დედამიწიდან იუპიტერამდე.
მზის სისტემიდან დედამიწის ორბიტიდან გამგზავრების მინიმალური სიჩქარეა დაახლოებით 42 კმ/წმ (ოდნავ მეტი). მის საპოვნელად, თქვენ უნდა გაამრავლოთ დედამიწის ორბიტალური სიჩქარე (დაახლოებით 30 კმ/წმ) ორის ფესვზე. თუ ვოიაჯერ 2 დედამიწას 42 კმ/წმ სიჩქარით შორდებოდა, მისი კინეტიკური ენერგია იქნება 1764 ერთეული (42 კვადრატი) და ჯამი იქნება ნული. როგორც უკვე გავარკვიეთ, ვოიაჯერ 2-ის ენერგია 224 ერთეულზე ნაკლები იყო, ანუ 1764 - 224 = 1540 ერთეული. ჩვენ ვიღებთ ამ რიცხვის ფესვს და ვპოულობთ სიჩქარეს, რომლითაც Voyager 2 გაფრინდა დედამიწის გრავიტაციული ველიდან: 39,3 კმ/წმ.

როდესაც კოსმოსური ხომალდი გაშვებულია დედამიწიდან მზის სისტემის გარე ნაწილში, მაშინ ის გაშვებულია, როგორც წესი, დედამიწის ორბიტალური სიჩქარის გასწვრივ. ამ შემთხვევაში, დედამიწის მოძრაობის სიჩქარე ემატება აპარატის სიჩქარეს, რაც იწვევს ენერგიის უზარმაზარ მატებას.

და სიჩქარის DIRECTION-ის საკითხი როგორ წყდება? Ძალიან მარტივი. ისინი ელოდებიან, სანამ დედამიწა მიაღწევს ორბიტის სასურველ ნაწილს, რათა მისი სიჩქარის მიმართულება იყოს საჭირო. ვთქვათ, მარსზე რაკეტის გაშვებისას დროში არის პატარა „ფანჯარა“, რომელშიც ძალიან მოსახერხებელია გაშვება. თუ რაიმე მიზეზით გაშვება ვერ მოხერხდა, მაშინ შემდეგი მცდელობა, შეგიძლიათ დარწმუნებული იყოთ, არ იქნება უადრეს ორი წლის შემდეგ.

როდესაც გასული საუკუნის 70-იანი წლების ბოლოს გიგანტური პლანეტები გარკვეული თანმიმდევრობით განლაგდნენ, ბევრმა მეცნიერმა - ციური მექანიკის სპეციალისტმა შესთავაზა ამ პლანეტების მდებარეობაზე ბედნიერი შემთხვევის გამოყენება. შემოგვთავაზეს პროექტი, თუ როგორ უნდა განხორციელდეს გრანდ ტური მინიმალური ხარჯებით - მოგზაურობა ყველა გიგანტურ პლანეტაზე ერთდროულად. რაც წარმატებით გაკეთდა.
შეუზღუდავი რესურსი და საწვავი რომ გვქონდეს, შეგვეძლო გავფრინდეთ სადაც გვინდა, როცა გვინდა. მაგრამ რადგან ენერგიის დაზოგვაა საჭირო, მეცნიერები მხოლოდ ენერგოეფექტურ ფრენებს ახორციელებენ. შეგიძლიათ დარწმუნებული იყოთ, რომ ვოიაჯერ 2 დედამიწის მოძრაობის მიმართულებით გაუშვა.
როგორც ადრე გამოვთვალეთ, მისი სიჩქარე მზესთან შედარებით იყო 39,3 კმ/წმ. როდესაც ვოიაჯერ 2 იუპიტერში გაფრინდა, მისი სიჩქარე 10 კმ/წმ-მდე დაეცა. სად გაგზავნეს იგი?
ამ სიჩქარის პროექცია იუპიტერის ორბიტალურ სიჩქარეზე შეიძლება ვიპოვოთ კუთხური იმპულსის შენარჩუნების კანონიდან. იუპიტერის ორბიტის რადიუსი 5,2-ჯერ აღემატება დედამიწის ორბიტას. ასე რომ, თქვენ უნდა გაყოთ 39.3 კმ/წმ 5.2-ზე. ვიღებთ 7,5 კმ/წმ. ანუ ჩვენთვის საჭირო კუთხის კოსინუსი არის 7,5 კმ/წმ (ვოიაჯერის სიჩქარის პროექცია) გაყოფილი 10 კმ/წმ-ზე (ვოიაჯერის სიჩქარე), მივიღებთ 0,75-ს. თავად კუთხე 41 გრადუსია. ამ კუთხით ვოიაჯერ 2 იუპიტერის ორბიტაზე გაფრინდა.

ვიცით Voyager 2-ის სიჩქარე და მისი მოძრაობის მიმართულება, შეგვიძლია დავხატოთ გრავიტაციის დამხმარე გეომეტრიული დიაგრამა. კეთდება ასე. ვირჩევთ A წერტილს და მისგან ვიღებთ იუპიტერის ორბიტალური სიჩქარის ვექტორს (13 კმ/წმ შერჩეულ შკალაზე). ამ ვექტორის ბოლო (მწვანე ისარი) აღინიშნება ასო O-ით (იხ. ფოტო 1). შემდეგ A წერტილიდან ვხატავთ Voyager 2-ის სიჩქარის ვექტორს (10 კმ/წმ შერჩეული მასშტაბით) 41 გრადუსიანი კუთხით. ამ ვექტორის ბოლო (წითელი ისარი) აღინიშნება ასო B-ით.
ახლა ჩვენ ვაშენებთ წრეს (ყვითელი ფერი) ცენტრით O წერტილში და რადიუსით |OB| (იხ. ფოტო 2). სიჩქარის ვექტორის დასასრული გრავიტაციულ მანევრამდე და მის შემდეგ შეიძლება იყოს მხოლოდ ამ წრეზე. ახლა ჩვენ ვხატავთ წრეს 20 კმ/წმ რადიუსით (არჩეულ შკალაში) ცენტრით A წერტილში. ეს არის ვოიაჯერის სიჩქარე გრავიტაციის დამხმარეების შემდეგ. ის კვეთს ყვითელ წრეს C რაღაც წერტილში.

ჩვენ დავხატეთ გრავიტაციული დახმარება, რომელიც Voyager 2-მა შეასრულა 1979 წლის 9 ივლისს. AO არის იუპიტერის ორბიტალური სიჩქარის ვექტორი. AB არის სიჩქარის ვექტორი, რომლითაც ვოიაჯერ 2 მიუახლოვდა იუპიტერს. კუთხე OAB არის 41 გრადუსი. AC არის ვოიაჯერ 2-ის სიჩქარის ვექტორი გრავიტაციის დახმარების შემდეგ. ნახაზიდან ჩანს, რომ კუთხე OAC არის დაახლოებით 20 გრადუსი (OAB კუთხის ნახევარი). თუ სასურველია, ეს კუთხე შეიძლება ზუსტად გამოითვალოს, რადგან ნახაზში ყველა სამკუთხედია მოცემული.
OB არის სიჩქარის ვექტორი, რომლითაც ვოიაჯერ 2 უახლოვდებოდა იუპიტერს, იუპიტერზე დამკვირვებლის ხედვის წერტილიდან. OS - ვოიაჯერის სიჩქარის ვექტორი მანევრის შემდეგ იუპიტერზე დამკვირვებლის მიმართ.

იუპიტერი რომ არ ბრუნავდეს და თქვენ იმყოფებოდით მზის ქვეშ (მზე ზენიტშია), მაშინ დაინახავდით ვოიაჯერ 2-ს, რომელიც მოძრაობს დასავლეთიდან აღმოსავლეთში. ჯერ ცის დასავლეთ ნაწილში გამოჩნდა, შემდეგ, მიახლოებით, მიაღწია ზენიტს, დაფრინავდა მზესთან ახლოს, შემდეგ კი გაქრა ჰორიზონტის მიღმა აღმოსავლეთში. მისი სიჩქარის ვექტორი შემობრუნებულია, როგორც ნახატიდან ჩანს, დაახლოებით 90 გრადუსით (კუთხე ალფა).

კოსმოსური ხომალდი „ვოიაჯერი“ დედამიწისგან ადამიანის მიერ შექმნილი ყველაზე შორეული ობიექტია. ის უკვე 40 წელია ჩქარობს კოსმოსს, დიდი ხანია შეასრულა თავისი მთავარი მიზანი - იუპიტერისა და სატურნის შესწავლა. მზის სისტემის შორეული პლანეტების ფოტოები, ცნობილიფერმკრთალი ლურჯი წერტილიდა „ოჯახური ფოტო“, ოქროს დისკი დედამიწის შესახებ ინფორმაციით - ეს ყველაფერი დიდებული გვერდებია ვოიაჯერისა და მსოფლიო ასტრონავტიკის ისტორიაში. მაგრამ დღეს ჩვენ არ ვიმღერებთ საგალობლებს ცნობილ მოწყობილობაზე, მაგრამ გავაანალიზებთ ერთ-ერთ ტექნოლოგიას, რომლის გარეშეც ორმოცწლიანი ფრენა უბრალოდ არ შესრულდებოდა. შეხვდით: მისი უდიდებულესობა გრავიტაციის მანევრი.

გრავიტაციული ურთიერთქმედება, რომელიც ყველაზე ნაკლებად ესმით ოთხიდან, აყალიბებს ტონს ყველა ასტრონავტიკისთვის. კოსმოსური ხომალდის გაშვებისას ერთ-ერთი მთავარი ხარჯი არის ძალების ღირებულება, რომელიც საჭიროა დედამიწის გრავიტაციული ველის დასაძლევად. კოსმოსურ ხომალდზე ტვირთის ყოველი გრამი დამატებითი საწვავია რაკეტაში. გამოდის პარადოქსი: მეტის მისაღებად საჭიროა მეტი საწვავი, რომელიც ასევე იწონის. ანუ მასის გასაზრდელად საჭიროა მასის გაზრდა. რა თქმა უნდა, ეს ძალიან განზოგადებული სურათია. სინამდვილეში, ზუსტი გათვლები საშუალებას გაძლევთ აიღოთ საჭირო დატვირთვა და გაზარდოთ იგი საჭიროებისამებრ. მაგრამ გრავიტაცია, როგორც შელდონ კუპერმა თქვა, მაინც უგულო, აჰა, ძუა.

როგორც ხშირად ხდება, ნებისმიერ ფენომენში ორმაგი ბუნებაა. იგივე ეხება გრავიტაციასა და ასტრონავტიკას. ადამიანმა მოახერხა პლანეტების გრავიტაციული ძალის გამოყენება კოსმოსური ფრენების სასარგებლოდ და ამის გამო ვოიაჯერი ორმოცი წელია ვარსკვლავთშორის სივრცეს საწვავის დახარჯვის გარეშე ხნავს.

უცნობია ვის გაუჩნდა პირველად გრავიტაციული მანევრის იდეა. თუ დაფიქრდებით, შეგიძლიათ მიაღწიოთ ეგვიპტისა და ბაბილონის პირველ ასტრონომებს, რომლებიც ვარსკვლავური სამხრეთის ღამეებში უყურებდნენ როგორ ცვლიდნენ კომეტები თავიანთ ტრაექტორიას და სიჩქარეს პლანეტების გვერდით გავლისას.

გრავიტაციული მანევრის პირველი ოფიციალური იდეა წარმოიშვა ფრიდრიხ არტუროვიჩ ზანდერისა და იური ვასილიევიჩ კონდრატიუკის ტუჩებიდან 1920-30-იან წლებში, თეორიული კოსმონავტიკის ეპოქაში. იური ვასილიევიჩ კონდრატიუკი (ნამდვილი სახელი - ალექსანდრე ივანოვიჩ შარგეი) - გამოჩენილი საბჭოთა ინჟინერი და მეცნიერი, რომელიც ციოლკოვსკისგან დამოუკიდებლად, თავად შექმნა ჟანგბად-წყალბადის რაკეტის სქემები, შესთავაზა პლანეტის ატმოსფეროს გამოყენება დამუხრუჭებისთვის, შეიმუშავა პროექტი დაღმავალი მანქანისთვის. ციურ სხეულზე დაშვებისთვის, რომელიც შემდგომში ნასამ გამოიყენა მთვარის მისიისთვის. ფრიდრიხ ზანდერი ერთ-ერთი იმ ადამიანთაგანია, ვინც რუსული ასტრონავტიკის საწყისებზე იდგა. ის იყო და რამდენიმე წლის განმავლობაში თავმჯდომარეობდა GIRD - Rocket Propulsion Research Group, ენთუზიასტი ინჟინრების საზოგადოებას, რომლებმაც ააშენეს პირველი თხევადი საწვავი რაკეტების პროტოტიპები. რაიმე მატერიალური ინტერესის სრული არარსებობის გამო, GIRD ზოგჯერ ხუმრობით იყო გაშიფრული, როგორც არაფრისთვის მომუშავე ინჟინრების ჯგუფი.

იური ვასილიევიჩ კონდრატიუკი
წყარო: wikimedia.org

დაახლოებით ორმოცდაათი წელი გავიდა კონდრატიუკისა და ზანდერის წინადადებებსა და გრავიტაციის მანევრის პრაქტიკულ განხორციელებას შორის. გრავიტაციით აჩქარებული პირველი აპარატის ზუსტად დადგენა შეუძლებელია - ამერიკელები ამტკიცებენ, რომ ეს არის Mariner 10 1974 წელს. ჩვენ ვამბობთ, რომ ეს იყო Luna 3 1959 წელს. ეს ისტორიის საკითხია, მაგრამ კონკრეტულად რა არის გრავიტაციული მანევრი?

გრავიტაციული მანევრის არსი

წარმოიდგინეთ ჩვეულებრივი კარუსელი ჩვეულებრივი სახლის ეზოში. შემდეგ გონებრივად დაატრიალეთ იგი x კილომეტრ საათში სიჩქარემდე. შემდეგ ხელში აიღეთ რეზინის ბურთი და გადააგდეთ მბრუნავ კარუსელში y კილომეტრი საათში სიჩქარით. უბრალოდ იზრუნე შენს თავზე! და რას მივიღებთ შედეგად?

აქ მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ მთლიანი სიჩქარე განისაზღვრება არა აბსოლუტურად, არამედ დაკვირვების წერტილთან შედარებით. კარუსელიდან და თქვენი პოზიციიდან ბურთი ამოვარდება კარუსელიდან x + y სიჩქარით - კარუსელისა და ბურთის ჯამი. ამრიგად, კარუსელი თავისი კინეტიკური ენერგიის ნაწილს (უფრო ზუსტად, იმპულსს) გადასცემს ბურთს, რითაც აჩქარებს მას. უფრო მეტიც, კარუსელიდან დაკარგული ენერგიის რაოდენობა უდრის ბურთზე გადაცემული ენერგიის რაოდენობას. მაგრამ იმის გამო, რომ კარუსელი არის დიდი და თუჯის, და ბურთი პატარა და რეზინის, ბურთი დიდი სიჩქარით მიფრინავს გვერდზე და კარუსელი მხოლოდ ოდნავ ანელებს.

ახლა გადავიტანოთ სიტუაცია სივრცეში. წარმოიდგინეთ ნორმალური იუპიტერი ნორმალურ მზის სისტემაში. შემდეგ გონებრივად დაატრიალეთ... თუმცა, შეჩერდით, ეს არ არის საჭირო. წარმოიდგინეთ იუპიტერი. მის გვერდით კოსმოსური ხომალდი მიფრინავს და გიგანტის გავლენით ცვლის ტრაექტორიას და სიჩქარეს. ეს ცვლილება შეიძლება შეფასდეს, როგორც ჰიპერბოლა - სიჩქარე ჯერ იზრდება, როგორც კი მიუახლოვდებით, შემდეგ კი მცირდება, როცა შორდებით. იუპიტერის პოტენციური მკვიდრის თვალსაზრისით, ჩვენი კოსმოსური ხომალდი დაუბრუნდა პირვანდელ სიჩქარეს უბრალოდ მიმართულების შეცვლით. მაგრამ ჩვენ ვიცით, რომ პლანეტები ბრუნავენ მზის გარშემო და თანაც დიდი სიჩქარით. მაგალითად, იუპიტერი 13 კმ/წმ სიჩქარით. და როდესაც მოწყობილობა მიფრინავს, იუპიტერი იჭერს მას თავისი გრავიტაციით და მიათრევს და წინ აგდებს უფრო დიდი სიჩქარით, ვიდრე ადრე იყო! ეს ხდება იმ შემთხვევაში, თუ თქვენ დაფრინავთ პლანეტის უკან მზის გარშემო მისი მოძრაობის მიმართულების მიმართ. თუ თქვენ დაფრინავთ მის წინ, მაშინ სიჩქარე, შესაბამისად, დაეცემა.

სიმძიმის მანევრი. წყარო: wikimedia.org

ასეთი სქემა მოგვაგონებს სლინგიდან ქვების სროლას. მაშასადამე, მანევრის სხვა სახელია „გრავიტაციული სლინგი“. რაც უფრო დიდია პლანეტის სიჩქარე და მისი მასა, მით მეტი შეგიძლიათ დააჩქაროთ ან შეანელოთ მისი გრავიტაციული ველი. არის პატარა ხრიკიც - ორბეტის ეფექტი ე.წ.

ჰერმან ორბეტის სახელით დასახელებული ეს ეფექტი შეიძლება აღწერილი იყოს ყველაზე ზოგადი ტერმინებით შემდეგნაირად: რეაქტიული ძრავა, რომელიც მოძრაობს მაღალი სიჩქარით, უფრო სასარგებლო სამუშაოს ასრულებს, ვიდრე იგივე ნელი მოძრაობს. ანუ ხომალდის ძრავა ყველაზე ეფექტური იქნება ტრაექტორიის „ყველაზე დაბალ“ წერტილზე, სადაც მას ყველაზე მეტად მიზიდავს გრავიტაცია. ამ მომენტში ჩართული, დამწვარი საწვავისგან გაცილებით დიდ იმპულსს მიიღებს, ვიდრე გრავიტაციული სხეულებისგან.

ამ ყველაფრის ერთ სურათში გადაყვანით, შეგვიძლია მივიღოთ ძალიან კარგი აჩქარება. მაგალითად, იუპიტერს საკუთარი სიჩქარით 13 კმ/წმ, თეორიულად შეუძლია გემის აჩქარება 42,7 კმ/წმ-ით, სატურნს - 25 კმ/წმ-ით, პატარა პლანეტებს, დედამიწას და ვენერას - 7-8 კმ/წმ-ით. აქ ფანტაზია მაშინვე ირთვება: რა მოხდება, თუ თეორიულ ცეცხლგამძლე აპარატს მზისკენ გავუშვებთ და მისგან დავაჩქარებთ? მართლაც, ეს შესაძლებელია, რადგან მზე ბრუნავს მასის ცენტრის გარშემო. მაგრამ მოდით უფრო ფართოდ ვიფიქროთ - რა მოხდება, თუ ნეიტრონულ ვარსკვლავს გავფრინდებით, როგორც მაკკონაჰის გმირი გაფრინდა გარგანტუას (შავ ხვრელს) ვარსკვლავთშორისში? იქნება სინათლის სიჩქარის დაახლოებით 1/3 აჩქარება. ასე რომ, თუ ჩვენ ხელთ გვექნებოდა შესაფერისი ხომალდი და ნეიტრონული ვარსკვლავი, მაშინ ასეთ კატაპულტს შეეძლო გემის გაშვება პროქსიმა კენტაურის რეგიონში სულ რაღაც 12 წელიწადში. მაგრამ ეს ჯერ კიდევ მხოლოდ ველური ფანტაზიაა.

ვოიაჯერის მანევრები

როცა სტატიის დასაწყისში ვთქვი, რომ ვოიაჯერს საგალობლებს არ ვუმღერებდით, ვიცრუე. აღნიშვნის ღირსია კაცობრიობის უსწრაფესი და შორეული აპარატი, რომელიც ასევე წელს 40 წელს აღნიშნავს.

შორეულ პლანეტებზე წასვლის იდეა შესაძლებელი გახდა გრავიტაციული მანევრების შედეგად. უსამართლო იქნებოდა, არ ვახსენოთ მაშინდელი UCLA-ს კურსდამთავრებული მაიკლ მინოვიჩი, რომელმაც გამოთვალა გრავიტაციული სლინგის ეფექტი და დაარწმუნა რეაქტიული ძრავის ლაბორატორიის პროფესორები, რომ 60-იან წლებში არსებული ტექნოლოგიითაც კი შესაძლებელი იყო შორეულ პლანეტებზე ფრენა.

იუპიტერის ფოტო გადაღებულია ვოიაჯერის მიერ

გრავიტაციული მანევრი ობიექტის დასაჩქარებლად გრავიტაციული მანევრი ობიექტის შესანელებლად გრავიტაციული მანევრი კოსმოსური ხომალდის ფრენის აჩქარების, შენელების ან მიმართულების შესაცვლელად, ციური სხეულების გრავიტაციული ველების გავლენის ქვეშ ... ... ვიკიპედია

გრავიტაციული მანევრი ობიექტის დასაჩქარებლად გრავიტაციული მანევრი ობიექტის შესანელებლად გრავიტაციული მანევრი კოსმოსური ხომალდის ფრენის აჩქარების, შენელების ან მიმართულების შესაცვლელად, ციური სხეულების გრავიტაციული ველების გავლენის ქვეშ ... ... ვიკიპედია

- ... ვიკიპედია

ეს არის კონუსური მონაკვეთის საშუალებით წარმოქმნილი ობიექტების ერთ-ერთი მთავარი გეომეტრიული პარამეტრი. სარჩევი 1 ელიფსი 2 პარაბოლა 3 ჰიპერბოლა ... ვიკიპედია

ხელოვნური თანამგზავრი არის ორბიტალური მანევრი, რომლის მიზანი (ზოგად შემთხვევაში) არის თანამგზავრის სხვა დახრილობის ორბიტაზე გადატანა. ასეთი მანევრის ორი ტიპი არსებობს: ორბიტის დახრილობის შეცვლა ეკვატორისკენ. დამზადებულია ინკლუზიით ... ... ვიკიპედია

ციური მექანიკის ფილიალი, რომელიც შეისწავლის ხელოვნური კოსმოსური სხეულების მოძრაობას: ხელოვნური თანამგზავრები, პლანეტათაშორისი სადგურები და სხვა კოსმოსური ხომალდები. ასტროდინამიკის ამოცანების სფერო მოიცავს კოსმოსური ხომალდის ორბიტების გამოთვლას, პარამეტრების განსაზღვრას ... ... ვიკიპედია

ობერტის ეფექტი ასტრონავტიკაში არის ეფექტი იმისა, რომ რაკეტის ძრავა, რომელიც მოძრაობს მაღალი სიჩქარით, გამოიმუშავებს უფრო გამოსაყენებელ ენერგიას, ვიდრე იგივე ძრავა, რომელიც ნელა მოძრაობს. Oberth ეფექტი გამოწვეულია იმით, რომ როდესაც ... ... ვიკიპედია

კლიენტი ... ვიკიპედია

და ორი სხეულის სისტემის თანაბარი პოტენციური ზედაპირები ლაგრანჟის წერტილები, ლიბტაციის წერტილები (ლათ. librātiō ქანაობა) ან L წერტილები ... ვიკიპედია

წიგნები

• მეოცე საუკუნის საგნები ნახატებსა და ფოტოებში. წინ კოსმოსში! აღმოჩენები და მიღწევები. კომპლექტი 2 წიგნი,. "წინ, კოსმოსში! აღმოჩენები და მიღწევები" უძველესი დროიდან ადამიანი ოცნებობდა დედამიწიდან მოშორებაზე და ცის, შემდეგ კი კოსმოსის დაპყრობაზე. ასზე მეტი წლის წინ გამომგონებლები უკვე ფიქრობდნენ შექმნაზე ...
• წინ კოსმოსში! აღმოჩენები და მიღწევები, კლიმენტოვი ვიაჩესლავ ლვოვიჩი, სიგორსკაია იულია ალექსანდროვნა. უძველესი დროიდან ადამიანი ოცნებობდა დედამიწიდან დაშორებაზე და ცის, შემდეგ კი კოსმოსის დაპყრობაზე. ასზე მეტი წლის წინ გამომგონებლები უკვე ფიქრობდნენ კოსმოსური ხომალდების შექმნაზე, მაგრამ კოსმოსის დასაწყისი ...

არსებობს ობიექტის სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით აჩქარების კიდევ ერთი გზა - "სლინგის ეფექტის" გამოყენება. კოსმოსური ზონდების სხვა პლანეტებზე გაგზავნისას, NASA ზოგჯერ აიძულებს მათ მანევრირებას მეზობელ პლანეტაზე, რათა გამოიყენონ "სლინგი". ეფექტი" მოწყობილობის შემდგომი დასაშლელად. ასე ზოგავს NASA ძვირფას სარაკეტო საწვავს. ასე მოახერხა კოსმოსურმა ხომალდმა ვოიაჯერ 2-მა ნეპტუნისკენ ფრენა, რომლის ორბიტაც მზის სისტემის კიდეზეა.

ფრიმენ დაისონმა, პრინსტონის ფიზიკოსმა, საინტერესო წინადადება გააკეთა. თუ ოდესმე შორეულ მომავალში კაცობრიობა მოახერხებს კოსმოსში ორი ნეიტრონული ვარსკვლავის აღმოჩენას, რომლებიც ბრუნავენ საერთო ცენტრის ირგვლივ დიდი სიჩქარით, მაშინ დედამიწის ხომალდს, რომელიც ძალიან ახლოს მიფრინავს ერთ-ერთ ვარსკვლავთან, შეუძლია გრავიტაციული მანევრის გამო აიღოს სიჩქარე უდრის სინათლის სიჩქარის თითქმის მესამედს. შედეგად, ხომალდი სიმძიმის გამო აჩქარდებოდა სინათლის სიჩქარით. თეორიულად, ეს შეიძლება მოხდეს.

მხოლოდ სინამდვილეში ეს გზა გრავიტაციის დახმარებით არ იმუშავებს. (ენერგიის შენარჩუნების კანონი ამბობს, რომ ატრაქციონის ურიკა, რომელიც დაღმართზე აჩქარებს და ასვლისას ნელდება, ზევით მთავრდება ზუსტად იმავე სიჩქარით, როგორც თავიდანვე - ენერგიის ზრდა არ ხდება. ანალოგიურად, შეფუთვა. სტაციონარული მზის გარშემო ჩვენ დავასრულებთ ზუსტად იმავე სიჩქარით, როგორც დავიწყეთ მანევრი.) დაისონის მეთოდი ორი ნეიტრონული ვარსკვლავით, პრინციპში, შეიძლება იმუშაოს, მაგრამ მხოლოდ იმიტომ, რომ ნეიტრონული ვარსკვლავები სწრაფად მოძრაობენ. კოსმოსური ხომალდი, რომელიც იყენებს გრავიტაციულ მანევრს, იღებს ენერგიის ზრდას პლანეტის ან ვარსკვლავის მოძრაობის გამო. თუ ისინი უმოძრაოა, ასეთი მანევრი არ გამოდგება.

და დაისონის წინადადება, მიუხედავად იმისა, რომ ის შეიძლება იმუშაოს, არ დაეხმარება დღევანდელ მეცნიერებს დედამიწაზე, რადგან სწრაფად მბრუნავი ნეიტრონული ვარსკვლავების მონახულება პირველ რიგში მოითხოვს ვარსკვლავური ხომალდის აშენებას.

იარაღიდან ცამდე

გემის კოსმოსში გაშვებისა და მისი ფანტასტიკური სიჩქარის აჩქარების კიდევ ერთი გენიალური გზაა მისი სროლა სარკინიგზო ელექტრომაგნიტური „იარაღიდან“, რომელიც არტურ კლერკმა და სხვა სამეცნიერო ფანტასტიკის ავტორებმა აღწერეს თავიანთ ნაშრომებში. ეს პროექტი ამჟამად სერიოზულად განიხილება, როგორც ვარსკვლავური ომების სარაკეტო ფარის შესაძლო ნაწილად.

მეთოდი მოიცავს ელექტრომაგნიტიზმის ენერგიის გამოყენებას რაკეტის მაღალ სიჩქარეებამდე აჩქარების მიზნით, სარაკეტო საწვავის ან დენთის ნაცვლად.

უმარტივესად, სარკინიგზო იარაღი არის ორი პარალელური მავთული ან რელსი; რაკეტის ჭურვი, ანუ რაკეტა, „ზის“ ორივე ლიანდაგზე და ქმნის U-ს ფორმის კონფიგურაციას. მაიკლ ფარადეიმაც კი იცოდა, რომ ჩარჩოზე ძალა მოქმედებს ელექტრული დენით მაგნიტურ ველში. (ზოგადად რომ ვთქვათ, ყველა ელექტროძრავა მუშაობს ამ პრინციპით.) თუ მილიონობით ამპერის ელექტრული დენი გაივლის რელსებსა და ჭურვებს, მთელ სისტემაში წარმოიქმნება უკიდურესად ძლიერი მაგნიტური ველი, რომელიც, თავის მხრივ, ამოძრავებს ჭურვი რელსების გასწვრივ, დააჩქარეთ იგი უზარმაზარ სიჩქარემდე და გადააგდეთ კოსმოსში სარკინიგზო სისტემის ბოლოდან.

ტესტების დროს, ლიანდაგზე დამონტაჟებული ელექტრომაგნიტური იარაღი წარმატებით ისროდა ლითონის საგნებს უზარმაზარი სიჩქარით, აჩქარებდა მათ ძალიან მცირე მანძილზე. აღსანიშნავია, რომ თეორიულად, ჩვეულებრივ სარკინიგზო იარაღს შეუძლია ლითონის ჭურვის გასროლა 8 კმ/წმ სიჩქარით; ეს საკმარისია დედამიწის დაბალ ორბიტაზე გადასატანად. პრინციპში, NASA-ს მთელი სარაკეტო ფლოტი შეიძლება შეიცვალოს სარკინიგზო თოფებით, რომლებიც პირდაპირ დედამიწის ზედაპირიდან ორბიტაზე გაისროლებენ ტვირთს.

სარკინიგზო იარაღს აქვს მნიშვნელოვანი უპირატესობა ქიმიურ იარაღთან და რაკეტებთან შედარებით. იარაღს სროლისას მაქსიმალური სიჩქარე, რომლითაც გაფართოებულ გაზებს შეუძლიათ ტყვია ლულის გარეთ გამოძევება, შემოიფარგლება დარტყმითი ტალღის სიჩქარით. ჟიულ ბერნმა კლასიკურ რომანში "დედამიწიდან მთვარემდე" ესროლა ჭურვი ასტრონავტებთან ერთად მთვარეზე დენთის გამოყენებით, მაგრამ სინამდვილეში ადვილია გამოთვალოთ, რომ მაქსიმალური სიჩქარე, რომელსაც ფხვნილის მუხტმა შეიძლება მისცეს ჭურვი, ბევრჯერ ნაკლებია. მთვარეზე ფრენისთვის საჭირო სიჩქარე. მეორეს მხრივ, რკინიგზა არ იყენებს აირების ფეთქებადი გაფართოებას და, შესაბამისად, არანაირად არ არის დამოკიდებული დარტყმითი ტალღის გავრცელების სიჩქარეზე.

მაგრამ სარკინიგზო თოფს აქვს თავისი პრობლემები. მასზე მყოფი ობიექტები ისე სწრაფად აჩქარებენ, რომ შეჯახების გამო ისინი ბრტყელდებიან... ჰაერთან. სარკინიგზო თოფის მჭიდიდან სროლისას ტვირთამწეობა ძლიერ დეფორმირდება, რადგან როდესაც ჭურვი ჰაერში ხვდება, ეს აგურის კედელს ჰგავს. გარდა ამისა, აჩქარების დროს ჭურვი განიცდის უზარმაზარ აჩქარებას, რასაც თავისთავად შეუძლია დატვირთვის დიდი დეფორმაცია. რელსები რეგულარულად უნდა შეიცვალოს, რადგან ჭურვი მათ ასევე დეფორმირებს მოძრაობისას. მეტიც, რკინიგზის იარაღში გადატვირთვა საბედისწეროა ადამიანისთვის; ადამიანის ძვლები უბრალოდ ვერ უძლებს ასეთ აჩქარებას და ნგრევას.

ერთი გამოსავალი არის მთვარეზე თოფის დადება. იქ, დედამიწის ატმოსფეროს გარეთ, ჭურვი შეძლებს შეუფერხებლად აჩქარდეს გარე კოსმოსის ვაკუუმში. მაგრამ მთვარეზეც კი, ჭურვი აჩქარების დროს განიცდის უზარმაზარ გადატვირთვას, რამაც შეიძლება დააზიანოს და დეფორმირება მოახდინოს ტვირთამწეობაზე. გარკვეული გაგებით, სარკინიგზო თოფი არის ლაზერული აფრების ანტითეზა, რომელიც დროთა განმავლობაში თანდათან მატებს სიჩქარეს. სარკინიგზო იარაღის შეზღუდვები განისაზღვრება ზუსტად იმით, რომ იგი უზარმაზარ ენერგიას გადასცემს სხეულს მცირე მანძილზე და მოკლე დროში.

რკინიგზის თოფი, რომელსაც შეუძლია გემის სროლა უახლოეს ვარსკვლავებზე, ძალიან ძვირი კონსტრუქცია იქნება. ამრიგად, ერთ-ერთი პროექტი ითვალისწინებს ღია სივრცეში სარკინიგზო იარაღის მშენებლობას, რომლის სიგრძეა დედამიწიდან მზემდე მანძილის ორი მესამედი. ამ იარაღს უნდა შეენახოს მზის ენერგია და შემდეგ დახარჯოს იგი ერთდროულად, აჩქარებს ათი ტონიანი ტვირთის სიჩქარეს, რომელიც უდრის სინათლის სიჩქარის მესამედს. ამ შემთხვევაში, "ჭურვი" განიცდის 5000 გ გადატვირთვას. რა თქმა უნდა, მხოლოდ ყველაზე გამძლე რობოტი გემები შეძლებენ "გადარჩენას" ასეთ გაშვებას.