Este greu de imaginat cât de mult combustibil au economisit vehiculele spațiale manevrele gravitaționale. Ele ajută să ajungă în vecinătatea planetelor gigantice și chiar să treacă pentru totdeauna dincolo de sistemul solar. Chiar și pentru studiul cometelor și asteroizilor relativ aproape de noi, cea mai economică traiectorie poate fi calculată folosind manevre gravitaționale. Când a apărut ideea „prăștiei cosmice”? Și când a fost implementat pentru prima dată?

Manevra gravitațională ca fenomen natural a fost descoperită pentru prima dată de astronomii din trecut, care și-au dat seama că schimbările semnificative ale orbitelor cometelor, ale perioadei lor (și, în consecință, ale vitezei lor orbitale) au loc sub influența gravitațională a planetelor. Deci, după tranziția cometelor de scurtă perioadă de la centura Kuiper la partea interioară a sistemului solar, o transformare semnificativă a orbitelor lor are loc tocmai sub influența gravitațională a planetelor masive, în timpul schimbului de moment unghiular cu ele, fără nicio transformare. costurile energiei.

Ideea însăși de a folosi manevre gravitaționale pentru a atinge obiectivul zborului în spațiu a fost dezvoltată de Michael Minovich în anii 60, când, student, făcea un stagiu la Jet Propulsion Laboratory al NASA. Pentru prima dată, ideea unei manevre gravitaționale a fost realizată în calea de zbor a stației interplanetare automate „Mariner-10”, când câmpul gravitațional al lui Venus a fost folosit pentru a ajunge la Mercur.

Într-o manevră gravitațională „pură” se păstrează cu strictețe regula egalității modulului de viteze înainte și după apropierea unui corp ceresc. Câștigul devine evident dacă trecem de la coordonatele planetocentrice la cele heliocentrice. Acest lucru se vede clar în schema prezentată aici, adaptată din cartea lui V. I. Levantovsky „Mecanica zborului în spațiu”. Traiectoria vehiculului este prezentată în stânga, așa cum este văzută de un observator de pe planeta R. Viteza v in la „infinitul local” este egală în valoare absolută cu v out. Tot ceea ce observatorul va observa este o schimbare a direcției aparatului. Cu toate acestea, un observator situat în coordonate heliocentrice va vedea o schimbare semnificativă a vitezei vehiculului. Deoarece se păstrează doar modulul vitezei navei spațiale în raport cu planetă și este comparabil cu modulul vitezei orbitale a planetei în sine, suma vectorială rezultată a vitezelor poate deveni atât mai mare, cât și mai mică decât viteza vehiculului înainte apropiindu-se. În dreapta este o diagramă vectorială a unui astfel de schimb de moment unghiular. V in și v out indică viteze egale de intrare și ieșire ale navei spațiale în raport cu planetă, iar V sbl, V remote și V pl indică vitezele de apropiere și de îndepărtare a navei spațiale și viteza orbitală a planetei în coordonate heliocentrice. Creșterea ΔV este acel impuls de viteză pe care planeta l-a raportat aparatului. Desigur, momentul pe care aparatul însuși îl transmite planetei este neglijabil.

Astfel, printr-o alegere adecvată a căii de întâlnire, se poate nu numai să se schimbe direcția, ci și să se mărească semnificativ viteza aparatului fără nicio cheltuială a surselor sale de energie.

Această diagramă nu arată că la început viteza crește brusc, apoi scade la o valoare finală. De obicei, balisticienilor nu le pasă de acest lucru, ei percep schimbul de moment unghiular ca un „impact gravitațional” al planetei, a cărui durată este neglijabilă în comparație cu durata totală a zborului.

Critice în manevra gravitațională sunt masa planetei M, domeniul țintă d și viteza v in. Interesant este că incrementul de viteză ΔV este maxim atunci când v in este egal cu viteza circulară de lângă suprafața planetei.

Astfel, manevrele planetelor gigantice sunt cele mai avantajoase și scurtează vizibil durata zborului. Se folosesc și manevre în apropierea Pământului și a lui Venus, dar acest lucru crește semnificativ durata călătoriei în spațiu.

De la succesul misiunii Mariner 10, manevrele de asistență gravitațională au fost folosite în multe misiuni spațiale. De exemplu, misiunea navei spațiale Voyager a avut un succes excepțional, cu ajutorul căreia s-au efectuat studii asupra planetelor gigantice și a sateliților acestora. Vehiculele au fost lansate în SUA în toamna anului 1977 și au atins prima țintă a misiunii, planeta Jupiter, în 1979. După finalizarea programului de cercetare în jurul lui Jupiter și explorarea sateliților săi, vehiculele au efectuat o manevră gravitațională (folosind câmpul gravitațional al lui Jupiter), care le-a permis să fie trimise pe traiectorii ușor diferite către Saturn, la care au ajuns în 1980, respectiv 1981. Apoi, Voyager 1 a efectuat o manevră complexă pentru a trece pe o rază de 5.000 km de Titan, luna lui Saturn, și apoi a ajuns pe o traiectorie de ieșire din sistemul solar.

Voyager 2 a efectuat și o altă manevră gravitațională și, în ciuda unor probleme tehnice, a fost îndreptată către a șaptea planetă, Uranus, care a fost întâlnită la începutul anului 1986. După ce s-a apropiat de Uranus, în câmpul său a fost efectuată o altă manevră gravitațională, iar Voyager 2 s-a îndreptat spre Neptun. Aici, manevra gravitațională a permis dispozitivului să se apropie suficient de satelitul Triton al lui Neptun.

În 1986, o manevră gravitațională în apropierea lui Venus a permis navelor spațiale sovietice VEGA-1 și VEGA-2 să întâlnească cometa Halley.

La sfârșitul anului 1995, un nou aparat, Galileo, a ajuns la Jupiter, a cărui cale de zbor a fost aleasă ca un lanț de manevre gravitaționale în câmpurile gravitaționale ale Pământului și Venus. Acest lucru a permis dispozitivului să viziteze centura de asteroizi de două ori în 6 ani și să se apropie de corpurile destul de mari Gaspra și Ida și chiar să se întoarcă pe Pământ de două ori. După ce a fost lansată în SUA în toamna anului 1989, nava spațială a fost trimisă pe Venus, de care s-a apropiat în februarie 1990, iar apoi a revenit pe Pământ în decembrie 1990. Din nou, a fost efectuată o manevră gravitațională, iar dispozitivul a mers în partea interioară a centurii de asteroizi. Pentru a ajunge la Jupiter, în decembrie 1992, Galileo s-a întors din nou pe Pământ și, în cele din urmă, a plecat pe un curs de zbor către Jupiter.

În octombrie 1997, tot în SUA, nava spațială Cassini a fost lansată pe Saturn. Programul zborului său prevede 4 manevre gravitaționale: două lângă Venus și câte una lângă Pământ și Jupiter. După prima manevră de întâlnire cu Venus (în aprilie 1998), nava spațială a mers pe orbita lui Marte și din nou (fără participarea lui Marte) s-a întors pe Venus. A doua manevră Venus (iunie 1999) l-a returnat pe Cassini pe Pământ, unde a fost efectuată și o manevră de asistență gravitațională (august 1999). Astfel, nava spațială a câștigat suficientă viteză pentru un zbor rapid către Jupiter, unde la sfârșitul lunii decembrie 2000 va fi efectuată ultima sa manevră în drum spre Saturn. Dispozitivul ar trebui să atingă obiectivele în iulie 2004.

L. V. Ksanfomality, doctor în fizică-matematică. Sci., Șef al Laboratorului Institutului de Cercetare Spațială.

vedere convențională

Există corpuri speciale în sistemul solar - comete.
O cometă este un corp mic de câțiva kilometri în mărime. Spre deosebire de un asteroid obișnuit, cometa include diverse gheață: apă, dioxid de carbon, metan și altele. Când cometa intră pe orbita lui Jupiter, aceste gheață încep să se evapore rapid, părăsesc suprafața cometei împreună cu praful și formează așa-numita comă - un nor de gaz și praf care înconjoară miezul solid. Acest nor se extinde la sute de mii de kilometri de la miez. Datorită luminii solare reflectate, cometa (nu însăși, ci doar un nor) devine vizibilă. Și din cauza presiunii ușoare, o parte din nor este atrasă în așa-numita coadă, care se întinde de la cometă pe multe milioane de kilometri (vezi fotografia 2). Din cauza gravitației foarte slabe, toată substanța comei și a cozii se pierde iremediabil. Prin urmare, zburând în apropierea Soarelui, o cometă își poate pierde câteva procente din masă și, uneori, mai mult. Timpul vieții ei după standardele astronomice este neglijabil.
De unde vin cometele noi?

Conform cosmogoniei tradiționale, ele provin din așa-numitul nor Oort. Este general acceptat că la o distanță de o sută de mii de unități astronomice de Soare (jumătate din distanță până la cea mai apropiată stea) există un rezervor imens de comete. Cele mai apropiate stele perturbă periodic acest rezervor, iar apoi orbitele unor comete se schimbă, astfel încât periheliul lor este aproape de Soare, gazele de pe suprafața lui încep să se evapore, formând o comă și o coadă uriașe, iar cometa devine vizibilă printr-un telescop, iar uneori chiar cu ochiul liber. În imagine este celebra Mare Cometă Hale-Bopp, în 1997.

Cum s-a format norul Oort? Răspunsul general acceptat este acesta. Chiar la începutul formării sistemului solar în regiunea planetelor gigantice, s-au format multe corpuri de gheață cu un diametru de zece sau mai mulți kilometri. Unele dintre ele au devenit parte din planetele gigantice și sateliții lor, iar altele au fost ejectate la periferia sistemului solar. Jupiter a jucat rolul principal în acest proces, dar Saturn, Uranus și Neptun și-au aplicat și câmpurile gravitaționale. În termeni cei mai generali, acest proces arăta astfel: o cometă zboară în apropierea câmpului gravitațional puternic al lui Jupiter și își schimbă viteza astfel încât să ajungă la periferia sistemului solar.

Adevărat, acest lucru nu este suficient. Dacă periheliul cometei se află în interiorul orbitei lui Jupiter, iar afeliul se află undeva la periferie, atunci perioada sa, așa cum este ușor de calculat, va fi de câteva milioane de ani. În timpul existenței sistemului solar, o astfel de cometă va avea timp să se apropie de Soare de aproape o mie de ori și tot gazul său care se poate evapora se va evapora. Prin urmare, se presupune că atunci când cometa se află la periferie, atunci perturbațiile de la cele mai apropiate stele își vor schimba orbita, astfel încât periheliul va fi și el foarte departe de Soare.

Deci, există un proces în patru etape. 1. Jupiter aruncă o bucată de gheață la periferia sistemului solar. 2. Cea mai apropiată stea își schimbă orbita astfel încât periheliul orbitei este și el departe de Soare. 3. Pe o astfel de orbită, o bucată de gheață rămâne în siguranță timp de aproape câteva miliarde de ani. 4. O altă stea care trece își perturbă din nou orbita, astfel încât periheliul să fie aproape de Soare. Drept urmare, o bucată de gheață zboară spre noi. Și o vedem ca pe o nouă cometă.

Toate acestea par destul de plauzibile cosmogoniştilor moderni. Dar este? Să aruncăm o privire mai atentă la toți cei patru pași.

MANEVRA GRAVITATII

Prima intalnire

Prima dată m-am familiarizat cu manevra gravitațională în clasa a IX-a la olimpiada regională de fizică. Sarcina era aceasta.
O rachetă este lansată de pe Pământ cu o viteză V (suficientă pentru a zbura din câmpul gravitațional). Racheta are un motor cu tracțiune F, care poate funcționa un timp t. În ce moment trebuie pornit motorul pentru ca viteza finală a rachetei să fie maximă? Ignorați rezistența aerului.

La început mi s-a părut că nu contează când să pornesc motorul. La urma urmei, datorită legii conservării energiei, viteza finală a rachetei trebuie să fie aceeași în orice caz. A rămas de calculat viteza finală a rachetei în două cazuri: 1. pornim motorul la început, 2. pornim motorul după ce părăsim câmpul gravitațional al Pământului. Apoi comparați rezultatele și asigurați-vă că viteza finală a rachetei este aceeași în ambele cazuri. Dar apoi mi-am amintit că puterea este egală cu: forța de tracțiune ori viteza. Prin urmare, puterea motorului rachetei va fi maximă dacă motorul este pornit imediat la pornire, când viteza rachetei este maximă. Deci, răspunsul corect este: pornim imediat motorul, apoi viteza finală a rachetei va fi maximă.

Și deși am rezolvat corect problema, problema a rămas. Viteza finală și, prin urmare, energia rachetei depind de momentul în care motorul este pornit. Pare a fi o încălcare clară a legii conservării energiei. Sau nu? Ce se întâmplă aici? Energia trebuie conservată! Am încercat să răspund la toate aceste întrebări după olimpiade.

Impingerea rachetei DEPINE de viteza sa. Acesta este un punct important și merită discutat.
Să presupunem că avem o rachetă de masă M cu un motor care creează tracțiune cu forța F. Să plasăm această rachetă în spațiu gol (departe de stele și planete) și să pornim motorul. Cât de repede se va mișca racheta? Cunoaștem răspunsul din a doua lege a lui Newton: accelerația A este egală cu:
A = F/M

Acum să trecem la un alt cadru de referință inerțial, în care racheta se mișcă cu o viteză mare, să zicem, 100 km/sec. Care este accelerația rachetei în acest cadru de referință?
Accelerația NU DEPINE de alegerea cadrului de referință inerțial, deci va fi ACEȘI:
A = F/M
Nici masa rachetei nu se modifică (100 km/s nu este încă un caz relativist), astfel încât forța de tracțiune F va fi ACEȘI.
Și, prin urmare, puterea rachetei DEPINE de viteza acesteia. La urma urmei, puterea este egală cu forța înmulțită cu viteza. Se pare că, dacă o rachetă se mișcă cu o viteză de 100 km/s, atunci puterea motorului său este de 100 de ori mai puternică decât EXACT ACEȘI motor situat pe o rachetă care se deplasează cu o viteză de 1 km/s.

La prima vedere, acest lucru poate părea ciudat și chiar paradoxal. De unde vine puterea uriașă suplimentară? Energia trebuie conservată!
Să ne uităm la această problemă.
O rachetă se mișcă întotdeauna cu jet: aruncă diferite gaze în spațiu cu viteză mare. Pentru certitudine, presupunem că viteza de emisie de gaze este de 10 km/sec. Dacă o rachetă se mișcă cu o viteză de 1 km/sec, atunci motorul său accelerează în principal nu racheta, ci propulsorul. Prin urmare, puterea motorului pentru a accelera racheta nu este mare. Dar dacă racheta se mișcă cu o viteză de 10 km / s, atunci combustibilul ejectat va fi în repaus în raport cu observatorul extern, adică întreaga putere a motorului va fi cheltuită pentru accelerarea rachetei. Și dacă racheta se mișcă cu o viteză de 100 km/s? În acest caz, combustibilul evacuat se va deplasa cu o viteză de 90 km/sec. Adică viteza combustibilului VA Scădea de la 100 la 90 km/s. Și diferența TOT în energia cinetică a combustibilului, datorită legii conservării energiei, va fi transferată rachetei. Prin urmare, puterea motorului rachetei la astfel de viteze va crește semnificativ.

Mai simplu spus, o rachetă cu mișcare rapidă are multă energie cinetică în propulsorul său. Și din această energie, se extrage putere suplimentară pentru a accelera racheta.

Acum rămâne să ne dăm seama cum această proprietate a rachetei poate fi folosită în practică.

O încercare de aplicare practică

Să presupunem că, în viitorul apropiat, veți zbura cu o rachetă către sistemul Saturn de pe Titan (vezi fotografiile 1-3) pentru a studia formele de viață anaerobe. Au zburat pe orbita lui Jupiter și s-a dovedit că viteza rachetei a scăzut aproape la zero. Traiectoria de zbor nu a fost calculată corect sau combustibilul s-a dovedit a fi contrafăcut :) . Sau poate un meteorit a lovit rezervorul de combustibil și aproape tot combustibilul s-a pierdut. Ce să fac?

Racheta are un motor și o cantitate mică de combustibil rămasă. Dar maximul de care este capabil motorul este de a crește viteza rachetei cu 1 km/s. Acest lucru în mod clar nu este suficient pentru a zbura către Saturn. Și acum pilotul oferă o astfel de opțiune.
„Intră în câmpul de atracție al lui Jupiter și cădem pe el. Drept urmare, Jupiter accelerează racheta la o viteză extraordinară - aproximativ 60 km/s. Când racheta accelerează până la această viteză, porniți motorul. Puterea motorului la această turație va crește de multe ori. Apoi decolăm din câmpul de atracție al lui Jupiter. Ca urmare a unei astfel de manevre gravitaționale, viteza rachetei crește nu cu 1 km / s, ci cu mult mai mult. Și putem zbura către Saturn.”
Dar cineva obiectează.
„Da, puterea rachetei de lângă Jupiter va crește. Racheta va primi energie suplimentară. Dar, zburând din câmpul de atracție al lui Jupiter, vom pierde toată această energie suplimentară. Energia trebuie să rămână în putul potențial al lui Jupiter, altfel va exista ceva de genul unei mașini cu mișcare perpetuă, iar acest lucru este imposibil. Prin urmare, nu va exista niciun beneficiu de pe urma manevrei gravitaționale. Doar ne pierdem timpul.”

Deci, racheta nu este departe de Jupiter și este aproape nemișcată în raport cu aceasta. Racheta are un motor cu suficient combustibil pentru a crește viteza rachetei cu doar 1 km/sec. Pentru a crește randamentul motorului, se propune efectuarea unei manevre gravitaționale: „aruncați” racheta pe Jupiter. Ea se va deplasa în câmpul său de atracție de-a lungul unei parabole (vezi foto). Și în punctul cel mai de jos al traiectoriei (marcat cu o cruce roșie în fotografie) se va aprinde l motorul. Viteza rachetei de lângă Jupiter va fi de 60 km/sec. După ce motorul accelerează în continuare, viteza rachetei va crește la 61 km/s. Ce viteză va avea racheta când va părăsi câmpul gravitațional al lui Jupiter?

Această sarcină este în puterea unui elev de liceu, dacă, bineînțeles, cunoaște bine fizica. Mai întâi trebuie să scrieți o formulă pentru suma energiilor potențiale și cinetice. Apoi amintiți-vă formula pentru energia potențială în câmpul gravitațional al mingii. Priviți în cartea de referință, care este constanta gravitațională, precum și masa lui Jupiter și raza acestuia. Folosind legea conservării energiei și efectuând transformări algebrice, obțineți o formulă finală generală. Și, în sfârșit, înlocuind toate numerele în formulă și făcând calculele, obțineți răspunsul. Înțeleg că nimeni (aproape nimeni) nu vrea să se adâncească în niște formule, așa că voi încerca, fără să vă încordez cu vreo ecuație, să explic soluția acestei probleme „pe degete”. Sper că funcționează! :) .

Dacă racheta este staționară, energia sa cinetică este zero. Și dacă racheta se mișcă cu o viteză de 1 km/s, atunci vom presupune că energia sa este de 1 unitate. În consecință, dacă racheta se mișcă cu o viteză de 2 km / s, atunci energia sa este de 4 unități, dacă 10 km / s, atunci 100 de unități etc. Acest lucru este clar. Am rezolvat deja jumătate din problemă.
În punctul marcat cu o cruce (vezi fotografia), viteza rachetei este de 60 km/s, iar energia este de 3600 de unități. 3600 de unități sunt suficiente pentru a zbura din câmpul gravitațional al lui Jupiter. După ce racheta a accelerat, viteza ei a devenit 61 km/s, iar energia, respectiv, 61 pătrat (luăm calculatorul) 3721 unități. Când o rachetă zboară din câmpul gravitațional al lui Jupiter, consumă doar 3600 de unități. Au mai rămas 121 de unități. Aceasta corespunde unei viteze (luați rădăcina pătrată) de 11 km/sec. Problema rezolvata. Acesta nu este o aproximare, ci un răspuns EXACT.

Vedem că manevra gravitațională poate fi folosită pentru a obține energie suplimentară. În loc să accelereze racheta la 1 km / s, aceasta poate fi accelerată la 11 km / s (de 121 de ori mai multă energie, eficiență - 12 mii la sută!), Dacă există un corp masiv precum Jupiter în apropiere.

Datorită a ceea ce am primit un câștig URIAș de energie? Datorită faptului că au lăsat combustibilul uzat nu în spațiul gol din apropierea rachetei, ci într-un puț de potențial adânc creat de Jupiter. Combustibilul uzat a primit o energie potențială mare cu semnul MINUS. Prin urmare, racheta a primit o energie cinetică mare cu un semn PLUS.

Rotația vectorială

Să presupunem că zburăm o rachetă lângă Jupiter și dorim să creștem viteza ei. Dar nu avem combustibil. Să spunem că avem niște combustibil pentru a ne corecta cursul. Dar în mod clar nu este suficient să dispersezi racheta în mod vizibil. Putem crește vizibil viteza unei rachete folosind asistența gravitațională?
În forma sa cea mai generală, această sarcină arată astfel. Zburăm în câmpul gravitațional al lui Jupiter cu o oarecare viteză. Apoi zburăm din câmp. Se va schimba viteza noastră? Și cât de mult se poate schimba?
Să rezolvăm această problemă.

Din punctul de vedere al unui observator care se află pe Jupiter (sau mai bine zis, staționar față de centrul său de masă), manevra noastră arată așa. Mai întâi, racheta se află la mare distanță de Jupiter și se deplasează spre ea cu viteza V. Apoi, apropiindu-se de Jupiter, accelerează. În acest caz, traiectoria rachetei este curbă și, după cum se știe, în forma sa cea mai generală este o hiperbolă. Viteza maximă a rachetei va fi la apropierea minimă. Principalul lucru aici nu este să vă prăbușiți în Jupiter, ci să zburați lângă el. După apropierea minimă, racheta va începe să se îndepărteze de Jupiter, iar viteza acesteia va scădea. În cele din urmă, racheta va zbura din câmpul gravitațional al lui Jupiter. Care va fi viteza ei? Exact la fel ca la sosire. Racheta a zburat în câmpul gravitațional al lui Jupiter cu o viteză V și a zburat din ea exact cu aceeași viteză V. S-a schimbat ceva? Nu s-a schimbat. DIRECȚIA vitezei s-a schimbat. Este important. Datorită acestui fapt, putem efectua o manevră gravitațională.

Într-adevăr, ceea ce este important pentru noi nu este viteza rachetei în raport cu Jupiter, ci viteza acesteia în raport cu Soarele. Aceasta este așa-numita viteză heliocentrică. Cu o asemenea viteză, racheta se deplasează prin sistemul solar. Jupiter se mișcă, de asemenea, în jurul sistemului solar. Vectorul viteză heliocentric al rachetei poate fi descompus în suma a doi vectori: viteza orbitală a lui Jupiter (aproximativ 13 km/sec) și viteza rachetei RELATIVE la Jupiter. Nu este nimic complicat aici! Aceasta este regula obișnuită a triunghiului pentru adunarea vectorială, care este predată în clasa a VII-a. Și această regulă este SUFICIENTĂ pentru a înțelege esența manevrei gravitaționale.

Avem patru viteze. U(1) este viteza rachetei noastre în raport cu Soarele ÎNAINTE de asistență gravitațională. V(1) este viteza rachetei în raport cu Jupiter ÎNAINTE de asistența gravitațională. V(2) este viteza rachetei în raport cu Jupiter DUPĂ asistența gravitațională. V(1) și V(2) sunt EGALE ca mărime, dar sunt DIFERITE ca direcție. U(2) este viteza rachetei în raport cu Soarele DUPĂ asistența gravitațională. Pentru a vedea cum sunt legate toate aceste patru viteze, priviți figură.

Săgeata verde AO este viteza lui Jupiter pe orbita sa. Săgeata roșie AB este U(1): viteza rachetei noastre în raport cu Soarele ÎNAINTE de asistență gravitațională. Săgeata galbenă OB este viteza rachetei noastre în raport cu Jupiter ÎNAINTE de manevra gravitațională. Săgeata galbenă OS este viteza rachetei în raport cu Jupiter DUPĂ asistența gravitațională. Această viteză TREBUIE să se afle undeva pe cercul galben al razei OB. Pentru că în sistemul său de coordonate, Jupiter NU POATE schimba valoarea vitezei rachetei, ci o poate roti doar cu un anumit unghi (alfa). Și, în sfârșit, AC este ceea ce avem nevoie: U(2) viteza rachetei DUPĂ asistența gravitațională.

Vezi cât de simplu este. Viteza rachetei DUPĂ asistarea gravitațională AC este egală cu viteza rachetei ÎNAINTE de asistarea gravitațională AB plus vectorul BC. Și vectorul BC este o SCHIMBARE în viteza rachetei în cadrul de referință al lui Jupiter. Deoarece OS - OB = OS + IN = IN + OS = BC. Cu cât vectorul viteză al rachetei se rotește mai mult în raport cu Jupiter, cu atât manevra gravitațională va fi mai eficientă.

Deci, o rachetă FĂRĂ combustibil zboară în câmpul gravitațional al lui Jupiter (sau al altei planete). Mărimea vitezei sale ÎNAINTE și DUPĂ manevra față de Jupiter NU SE MODIFICA. Dar din cauza rotației vectorului viteză în raport cu Jupiter, viteza rachetei în raport cu Jupiter încă se modifică. Și vectorul acestei schimbări este pur și simplu adăugat vectorului viteză al rachetei ÎNAINTE de manevră. Sper că am explicat totul clar.

Pentru a înțelege mai bine esența manevrei gravitaționale, o vom analiza folosind exemplul Voyager 2, care a zburat lângă Jupiter pe 9 iulie 1979. După cum se poate observa din grafic (vezi fotografia), a zburat până la Jupiter cu o viteză de 10 km/s și a zburat din câmpul gravitațional cu o viteză de 20 km/s. Doar două numere: 10 și 20.
Veți fi surprins cât de multe informații pot fi extrase din aceste numere:
1. Vom calcula ce viteză avea Voyager 2 când a părăsit câmpul gravitațional al Pământului.
2. Să aflăm unghiul la care aparatul s-a apropiat de orbita lui Jupiter.
3. Calculați distanța minimă pe care Voyager 2 a zburat până la Jupiter.
4. Să aflăm cum arăta traiectoria ei în raport cu un observator situat pe Jupiter.
5. Găsiți unghiul în care nava spațială a deviat după întâlnirea cu Jupiter.

Nu vom folosi formule complexe, ci vom face calculele, ca de obicei, „pe degete”, uneori folosind desene simple. Cu toate acestea, răspunsurile pe care le primim vor fi corecte. Să spunem că s-ar putea să nu fie exacte, deoarece numerele 10 și 20 sunt cel mai probabil să nu fie exacte. Sunt luate din diagramă și rotunjite. În plus, vor fi rotunjite și alte numere pe care le vom folosi. La urma urmei, este important pentru noi să înțelegem manevra gravitațională. Prin urmare, vom lua numerele 10 și 20 exact, astfel încât să existe ceva pe care să construim.

Să rezolvăm prima problemă.
Să fim de acord că energia Voyager-2 care se mișcă cu o viteză de 1 km/sec este de 1 unitate. Viteza minimă de plecare din sistemul solar de pe orbita lui Jupiter este de 18 km/sec. Graficul acestei viteze este în fotografie, dar se află așa. Este necesar să se înmulțească viteza orbitală a lui Jupiter (aproximativ 13 km/s) cu rădăcina a doi. Dacă Voyager 2, când se apropie de Jupiter, ar avea o viteză de 18 km/s (energie 324 unități), atunci energia sa totală (suma cinetică și potențială) în câmpul gravitațional al Soarelui ar fi EXACT egală cu zero. Dar viteza lui Voyager 2 a fost de numai 10 km/s, iar energia a fost de 100 de unități. Adică mai puțin de:
324-100 = 224 de unități.
Această lipsă de energie este CONȚINUTĂ pe măsură ce Voyager 2 călătorește de la Pământ la Jupiter.
Viteza minimă de plecare din sistemul solar de pe orbita Pământului este de aproximativ 42 km/s (puțin mai mult). Pentru a-l găsi, trebuie să înmulțiți viteza orbitală a Pământului (aproximativ 30 km/s) cu rădăcina a doi. Dacă Voyager 2 s-ar îndepărta de Pământ cu o viteză de 42 km/sec, energia sa cinetică ar fi de 1764 de unități (42 pătrate) și totalul ar fi ZERO. După cum am aflat deja, energia Voyager 2 a fost mai mică de 224 de unități, adică 1764 - 224 = 1540 de unități. Luăm rădăcina acestui număr și aflăm viteza cu care Voyager 2 a zburat din câmpul gravitațional al Pământului: 39,3 km/s.

Când o navă spațială este lansată de pe Pământ în partea exterioară a sistemului solar, atunci este lansată, de regulă, de-a lungul vitezei orbitale a Pământului. În acest caz, viteza de mișcare a Pământului se ADĂUGĂ vitezei aparatului, ceea ce duce la un câștig uriaș de energie.

Și cum se rezolvă problema cu DIRECȚIA vitezei? Foarte simplu. Ei așteaptă până când Pământul atinge partea dorită a orbitei sale, astfel încât direcția vitezei sale să fie cea necesară. Să spunem, atunci când lansați o rachetă pe Marte, există o mică „fereastră” în timp în care este foarte convenabil să o lansați. Dacă, dintr-un motiv oarecare, lansarea a eșuat, atunci următoarea încercare, poți fi sigur, nu va fi mai devreme de doi ani mai târziu.

Când la sfârșitul anilor 70 ai secolului trecut planetele gigantice s-au aliniat într-o anumită ordine, mulți oameni de știință - specialiști în mecanică cerească au sugerat să profite de un accident fericit în locația acestor planete. A fost propus un proiect despre cum să desfășurați Marele Tur la un cost minim - o călătorie la TOATE planetele gigantice deodată. Ceea ce s-a făcut cu succes.
Dacă am avea resurse și combustibil nelimitat, am putea zbura oriunde vrem, oricând dorim. Dar, din moment ce energia trebuie economisită, oamenii de știință efectuează doar zboruri eficiente din punct de vedere energetic. Puteți fi sigur că Voyager 2 a fost lansat pe direcția mișcării Pământului.
După cum am calculat mai devreme, viteza sa față de Soare a fost de 39,3 km/sec. Când Voyager 2 a zburat către Jupiter, viteza sa a scăzut la 10 km/s. Unde a fost trimisă?
Proiecția acestei viteze pe viteza orbitală a lui Jupiter poate fi găsită din legea conservării momentului unghiular. Raza orbitei lui Jupiter este de 5,2 ori mai mare decât a orbitei Pământului. Deci, trebuie să împărțiți 39,3 km/s la 5,2. Obținem 7,5 km/s. Adică, cosinusul unghiului de care avem nevoie este de 7,5 km / s (proiecția vitezei Voyager) împărțit la 10 km / s (viteza Voyager), obținem 0,75. Unghiul în sine este de 41 de grade. În acest unghi, Voyager 2 a zburat pe orbita lui Jupiter.

Cunoscând viteza lui Voyager 2 și direcția mișcării sale, putem desena o diagramă geometrică a asistenței gravitaționale. Se face așa. Selectăm punctul A și desenăm din acesta vectorul vitezei orbitale a lui Jupiter (13 km/s pe scara selectată). Sfârșitul acestui vector (săgeata verde) este notat cu litera O (vezi fotografia 1). Apoi din punctul A desenăm vectorul viteză al lui Voyager 2 (10 km/s pe scara selectată) la un unghi de 41 de grade. Sfârșitul acestui vector (săgeata roșie) este notat cu litera B.
Acum construim un cerc (culoare galbenă) cu un centru în punctul O și raza |OB| (vezi fotografia 2). Sfârșitul vectorului viteză atât înainte, cât și după manevra gravitațională poate să se afle numai pe acest cerc. Acum desenăm un cerc cu o rază de 20 km/sec (în scara aleasă) centrat în punctul A. Aceasta este viteza Voyager după asistența gravitațională. Se intersectează cu cercul galben într-un punct C.

Am desenat asistența gravitațională efectuată de Voyager 2 pe 9 iulie 1979. AO este vectorul vitezei orbitale al lui Jupiter. AB este vectorul viteză la care Voyager 2 s-a apropiat de Jupiter. Unghiul OAB este de 41 de grade. AC este vectorul viteză al lui Voyager 2 DUPĂ asistența gravitațională. Din desen se poate observa că unghiul OAC este de aproximativ 20 de grade (jumătate din unghiul OAB). Dacă se dorește, acest unghi poate fi calculat exact, deoarece sunt date toate triunghiurile din desen.
OB este vectorul viteză la care Voyager 2 se apropia de Jupiter, DIN PUNTUL DE VEDERE al unui observator de pe Jupiter. OS - Vectorul viteză al lui Voyager după manevra relativ la observatorul de pe Jupiter.

Dacă Jupiter nu se rotește și ai fi în partea subsolară (Soarele este la zenit), atunci ai vedea Voyager 2 mișcându-se de la vest la est. Mai întâi, a apărut în partea de vest a cerului, apoi, apropiindu-se, a ajuns la Zenit, zburând lângă Soare, apoi a dispărut în spatele orizontului din Est. Vectorul său viteză s-a întors, după cum se vede din desen, cu aproximativ 90 de grade (unghi alfa).

Nava Voyager este cel mai îndepărtat obiect creat de om de Pământ. Se grăbește prin spațiu de 40 de ani, și-a îndeplinit de mult obiectivul principal - studiul lui Jupiter și Saturn. Fotografii cu planete îndepărtate ale sistemului solar, celebrelePalid albastru punctși „Family Photo”, un disc de aur cu informații despre Pământ – toate acestea sunt pagini glorioase din istoria Voyager și a astronauticii mondiale. Dar astăzi nu vom cânta imnuri celebrului dispozitiv, ci vom analiza una dintre tehnologii, fără de care zborul de patruzeci de ani pur și simplu nu ar fi avut loc. Întâlnește: Majestatea Sa manevra gravitațională.

Interacțiunea gravitațională, cea mai puțin înțeleasă dintre cele patru disponibile, dă tonul tuturor astronauticii. Unul dintre principalele elemente de cheltuieli în timpul lansării unei nave spațiale este costul forțelor necesare pentru a depăși câmpul gravitațional al Pământului. Și fiecare gram de sarcină utilă de pe o navă spațială este combustibil suplimentar într-o rachetă. Se dovedește un paradox: pentru a lua mai mult, ai nevoie de mai mult combustibil, care și el cântărește. Adică, pentru a crește masa, trebuie să creșteți masa. Desigur, aceasta este o imagine foarte generalizată. În realitate, calculele precise vă permit să luați sarcina necesară și să o măriți după cum este necesar. Dar gravitația, așa cum spunea Sheldon Cooper, este încă o târfă fără inimă.

Așa cum se întâmplă adesea, în orice fenomen stă o natură duală. Același lucru este valabil și în legătură cu gravitația și astronautică. Omul a reușit să folosească atracția gravitațională a planetelor în beneficiul zborurilor sale spațiale și, din această cauză, Voyager a aratat spațiul interstelar timp de patruzeci de ani fără a cheltui combustibil.

Nu se știe cine a venit primul cu ideea unei manevre gravitaționale. Dacă te gândești bine, poți ajunge la primii astronomi din Egipt și Babilon, care, în nopțile sudice înstelate, au urmărit cum cometele își schimbă traiectoria și viteza, trecând pe lângă planete.

Prima idee oficializată a unei manevre gravitaționale a venit de pe buzele lui Friedrich Arturovici Zander și Yuri Vasilyevich Kondratyuk în anii 1920 și 30, în era cosmonauticii teoretice. Yuri Vasilyevich Kondratyuk (numele real - Alexander Ivanovich Shargey) - un inginer și om de știință sovietic remarcabil care, independent de Ciolkovski, a creat el însuși schemele unei rachete cu oxigen-hidrogen, a propus să folosească atmosfera planetei pentru frânare, a dezvoltat un proiect pentru un vehicul de coborâre. pentru aterizarea pe un corp ceresc, care a fost ulterior folosit de NASA pentru misiunea lunară. Friedrich Zander este unul dintre acei oameni care au stat la originile astronauticii ruse. El a fost și timp de câțiva ani a prezidat GIRD - Rocket Propulsion Research Group, o comunitate de ingineri entuziaști care au construit primele prototipuri de rachete cu propulsie lichidă. În lipsa completă a oricărui interes material, GIRD a fost uneori descifrat în glumă ca un Grup de ingineri care lucrează pentru nimic.

Iuri Vasilievici Kondratyuk
Sursa: wikimedia.org

Au trecut aproximativ cincizeci de ani între propunerile făcute de Kondratyuk și Zander și implementarea practică a manevrei gravitaționale. Nu este posibil să se stabilească cu exactitate primul aparat accelerat de gravitație - americanii susțin că acesta este Mariner 10 în 1974. Spunem că a fost Luna 3 în anul 1959. Aceasta este o chestiune de istorie, dar ce este mai exact o manevră gravitațională?

Esența manevrei gravitaționale

Imaginați-vă un carusel obișnuit în curtea unei case obișnuite. Apoi rotește-l mental până la o viteză de x kilometri pe oră. Apoi luați o minge de cauciuc în mână și aruncați-o în caruselul care se învârte cu o viteză de y kilometri pe oră. Ai grijă doar de capul tău! Și ce vom obține ca rezultat?

Este important de înțeles aici că viteza totală nu va fi determinată în mod absolut, ci relativ la punctul de observare. Din carusel și din poziția ta, mingea va sări de pe carusel cu o viteză x + y - totalul pentru carusel și minge. Astfel, caruselul transferă o parte din energia sa cinetică (mai precis, impuls) mingii, accelerând-o astfel. Mai mult, cantitatea de energie pierdută din carusel este egală cu cantitatea de energie transferată mingii. Dar datorită faptului că caruselul este mare și din fontă, iar mingea este mică și cauciucă, mingea zboară cu viteză mare în lateral, iar caruselul doar încetinește puțin.

Acum să transferăm situația în spațiu. Imaginați-vă un Jupiter normal într-un sistem solar normal. Apoi rotește-l mental... deși, oprește-te, acest lucru nu este necesar. Imaginează-ți Jupiter. O navă spațială zboară pe lângă el și, sub influența gigantului, își schimbă traiectoria și viteza. Această schimbare poate fi descrisă ca o hiperbolă - viteza crește mai întâi pe măsură ce te apropii și apoi scade pe măsură ce te îndepărtezi. Din punctul de vedere al unui potențial locuitor al lui Jupiter, nava noastră spațială a revenit la viteza inițială prin simpla schimbare a direcției. Dar știm că planetele se învârt în jurul Soarelui și chiar și cu viteză mare. Jupiter, de exemplu, cu o viteză de 13 km/s. Și când dispozitivul zboară, Jupiter îl prinde cu gravitația și îl trage de-a lungul, aruncându-l înainte cu o viteză mai mare decât era înainte! Acest lucru se întâmplă dacă zburați în spatele planetei în raport cu direcția mișcării acesteia în jurul Soarelui. Dacă zburați în fața lui, atunci viteza, respectiv, va scădea.

manevra gravitațională. Sursa: wikimedia.org

O astfel de schemă amintește de aruncarea cu pietre dintr-o praștie. Prin urmare, un alt nume pentru manevră este „sling gravitațional”. Cu cât viteza planetei și masa acesteia sunt mai mari, cu atât poți accelera sau încetini mai mult câmpul gravitațional. Există și un mic truc - așa-numitul efect Orbet.

Numit după Hermann Orbet, acest efect poate fi descris în termenii cei mai generali astfel: un motor cu reacție care se mișcă la viteză mare face o muncă mai utilă decât același care se mișcă lent. Adică, motorul navei spațiale va fi cel mai eficient în punctul „cel mai jos” al traiectoriei, unde gravitația îl va trage cel mai mult. Pornit în acest moment, va primi un impuls mult mai mare de la combustibilul ars decât ar primi de la corpurile gravitatoare.

Punând toate acestea într-o singură imagine, putem obține o accelerație foarte bună. Jupiter, de exemplu, cu propria viteză de 13 km/s, poate accelera teoretic nava cu 42,7 km/s, Saturn - cu 25 km/s, planetele mai mici, Pământul și Venus - cu 7-8 km/s. Aici imaginația se aprinde imediat: ce se va întâmpla dacă lansăm un aparat teoretic ignifug către Soare și ne accelerăm departe de acesta? Într-adevăr, acest lucru este posibil, deoarece Soarele se învârte în jurul centrului de masă. Dar haideți să gândim mai larg - ce se va întâmpla dacă vom zbura pe lângă o stea neutronă, așa cum eroul lui McConaughey a zburat pe lângă Gargantua (o gaură neagră) în Interstellar? Va exista o accelerație de aproximativ 1/3 din viteza luminii. Deci, dacă am avea la dispoziție o navă adecvată și o stea neutronică, atunci o astfel de catapultă ar putea lansa o navă în regiunea Proxima Centauri în doar 12 ani. Dar aceasta este încă doar o fantezie sălbatică.

Manevrele Voyager

Când am spus la începutul articolului că nu vom cânta imnuri pentru Voyager, am mințit. Cel mai rapid și mai îndepărtat aparat al omenirii, care sărbătorește și anul acesta 40 de ani, vedeți, este demn de menționat.

Însăși ideea de a merge pe planete îndepărtate a fost posibilă prin manevre gravitaționale. Ar fi nedrept să nu mai vorbim de studentul absolvent de la UCLA, Michael Minovich, care a calculat efectele unei praștii gravitaționale și i-a convins pe profesorii de la Jet Propulsion Laboratory că, chiar și cu tehnologia disponibilă în anii 60, era posibil să zboare pe planete îndepărtate.

Fotografia lui Jupiter făcută de Voyager

Manevra gravitațională pentru a accelera un obiect Manevra gravitațională pentru a încetini un obiect Manevra gravitațională pentru a accelera, decelera sau schimba direcția de zbor al unei nave spațiale, sub influența câmpurilor gravitaționale ale corpurilor cerești ... ... Wikipedia

Manevra gravitațională pentru a accelera un obiect Manevra gravitațională pentru a încetini un obiect Manevra gravitațională pentru a accelera, decelera sau schimba direcția de zbor al unei nave spațiale, sub influența câmpurilor gravitaționale ale corpurilor cerești ... ... Wikipedia

- ... Wikipedia

Acesta este unul dintre principalii parametri geometrici ai obiectelor formate prin intermediul unei secțiuni conice. Cuprins 1 Elipsa 2 Parabola 3 Hiperbola ... Wikipedia

Un satelit artificial este o manevră orbitală, al cărei scop (în cazul general) este de a transfera satelitul pe o orbită cu o înclinare diferită. Există două tipuri de astfel de manevre: Schimbarea înclinării orbitei față de ecuator. Produs prin includere ... ... Wikipedia

O ramură a mecanicii cerești care studiază mișcarea corpurilor spațiale artificiale: sateliți artificiali, stații interplanetare și alte nave spațiale. Sfera sarcinilor astrodinamicii include calculul orbitelor navelor spațiale, determinarea parametrilor ... ... Wikipedia

Efectul Oberth în astronautică este efectul că un motor de rachetă care se mișcă la viteză mare produce mai multă energie utilizabilă decât același motor care se mișcă lent. Efectul Oberth este cauzat de faptul că atunci când ...... Wikipedia

Client... Wikipedia

Și suprafețele echipotențiale ale unui sistem de două corpuri puncte Lagrange, puncte de librare (lat. librātiō balansare) sau puncte L ... Wikipedia

Cărți

• Lucruri ale secolului XX în desene și fotografii. Înainte în spațiu! Descoperiri și realizări. Set de 2 carti,. „Înainte, în spațiu! Descoperiri și realizări” Din cele mai vechi timpuri, omul a visat să se desprindă de pământ și să cucerească cerul, iar apoi spațiul. În urmă cu mai bine de o sută de ani, inventatorii se gândeau deja să creeze...
• Mai departe în spațiu! Descoperiri și realizări, Klimentov Vyacheslav Lvovich, Sigorskaya Yulia Alexandrovna. Din cele mai vechi timpuri, omul a visat să se desprindă de pământ și să cucerească cerul, iar apoi spațiul. În urmă cu mai bine de o sută de ani, inventatorii se gândeau deja la crearea de nave spațiale, dar începutul spațiului...

Există o altă modalitate de a accelera un obiect la o viteză apropiată de viteza luminii - de a folosi „efectul sling”. Când trimite sonde spațiale către alte planete, NASA le face uneori să manevreze în jurul unei planete vecine pentru a folosi „sling-ul”. efect" pentru a dispersa și mai mult dispozitivul. Acesta este modul în care NASA economisește combustibil valoros pentru rachete. Așa a reușit sonda spațială Voyager 2 să zboare către Neptun, a cărui orbită se află chiar la marginea sistemului solar.

Freeman Dyson, un fizician la Princeton, a făcut o sugestie interesantă. Dacă într-o zi într-un viitor îndepărtat, omenirea reușește să detecteze în spațiu două stele neutronice care se învârt în jurul unui centru comun cu viteză mare, atunci o navă terestră, care zboară foarte aproape de una dintre aceste stele, poate, datorită unei manevre gravitaționale, să ridice un viteza egală cu aproape o treime din viteza luminii. Ca rezultat, nava ar accelera până la viteze apropiate de lumina din cauza gravitației. Teoretic, acest lucru s-ar putea întâmpla.

Doar în realitate acest mod de accelerare cu ajutorul gravitației nu va funcționa. (Legea conservării energiei spune că un cărucior de tip roller coaster, accelerând la coborâre și încetinind la urcare, ajunge în vârf cu exact aceeași viteză ca la început - nu există o creștere a energiei. În mod similar, înfășurarea în jurul Soarelui staționar, vom termina exact cu aceeași viteză cu care am început manevra.) Metoda Dyson cu două stele neutronice ar putea funcționa în principiu, dar numai pentru că stelele neutronice se mișcă rapid. O navă spațială care folosește o manevră gravitațională primește o creștere a energiei datorită mișcării unei planete sau stele. Dacă sunt nemișcați, o astfel de manevră nu va funcționa.

Și sugestia lui Dyson, deși ar putea funcționa, nu îi va ajuta pe oamenii de știință de astăzi de pe Pământ - la urma urmei, pentru a vizita stelele neutronice care se rotesc rapid, mai întâi trebuie să construiți o navă.

De la pistol la cer

Un alt mod ingenios de a lansa o navă în spațiu și de a o accelera la viteze fantastice este să o împuști dintr-un „pistol” electromagnetic șinoi, pe care Arthur C. Clarke și alți autori de science fiction l-au descris în lucrările lor. Acest proiect este în prezent considerat serios ca o posibilă parte a scutului antirachetă Star Wars.

Metoda constă în folosirea energiei electromagnetismului pentru a accelera racheta la viteze mari în locul combustibilului pentru rachete sau a prafului de pușcă.

Cel mai simplu, un pistol de șină este două fire paralele sau șine; proiectilul rachetă, sau racheta, „stă” pe ambele șine, formând o configurație în formă de U. Chiar și Michael Faraday știa că o forță acționează asupra unui cadru cu un curent electric într-un câmp magnetic. (În general, toate motoarele electrice funcționează pe acest principiu.) Dacă un curent electric de milioane de amperi este trecut prin șine și proiectil, în jurul întregului sistem va apărea un câmp magnetic extrem de puternic, care, la rândul său, va conduce proiectil de-a lungul șinelor, accelerați-l la o viteză extraordinară și aruncați-l în spațiu de la capătul sistemului de șine.

În timpul testelor, pistoalele electromagnetice montate pe șine au tras cu succes obiecte metalice la viteze extraordinare, accelerându-le pe o distanță foarte scurtă. În mod remarcabil, în teorie, un tun obișnuit cu șină este capabil să tragă un proiectil metalic la o viteză de 8 km / s; acest lucru este suficient pentru a-l pune pe orbita joasă a Pământului. În principiu, întreaga flotă de rachete NASA ar putea fi înlocuită cu tunuri cu șine, care ar trage o sarcină utilă pe orbită direct de pe suprafața Pământului.

Pistolul cu șină are avantaje semnificative față de tunurile chimice și rachetele. Când trageți cu o armă, viteza maximă la care gazele în expansiune pot împinge glonțul din țeavă este limitată de viteza undei de șoc. Jules Berne în romanul clasic „De la Pământ la Lună” a împușcat un proiectil cu astronauți către Lună folosind praf de pușcă, dar de fapt este ușor de calculat că viteza maximă pe care o încărcătură cu pulbere o poate oferi unui proiectil este de multe ori mai mică decât viteza necesară pentru a zbura spre Lună . Pistolul, pe de altă parte, nu folosește expansiunea explozivă a gazelor și, prin urmare, nu depinde în niciun fel de viteza de propagare a undei de șoc.

Dar pistolul cu șine are propriile sale probleme. Obiectele de pe el accelerează atât de repede încât tind să fie aplatizate din cauza coliziunii... cu aerul. Sarcina utilă este grav deformată atunci când pistolul cu șină este tras din bot, deoarece atunci când proiectilul lovește aerul, este ca și cum ar lovi un zid de cărămidă. În plus, în timpul accelerației, proiectilul experimentează o accelerație extraordinară, care în sine este capabilă să deformeze foarte mult sarcina. Șinele trebuie înlocuite în mod regulat, deoarece proiectilul le deformează și la mișcare. În plus, supraîncărcările într-un tun cu șină sunt fatale pentru oameni; oasele umane pur și simplu nu pot rezista la o astfel de accelerare și prăbușire.

O soluție este să puneți un pistol pe lună. Acolo, în afara atmosferei terestre, proiectilul va putea să accelereze nestingherit în vidul spațiului cosmic. Dar chiar și pe Lună, proiectilul în timpul accelerării va experimenta supraîncărcări enorme care pot deteriora și deforma sarcina utilă. Într-un anumit sens, un gun rail este antiteza unei pânze laser, care crește treptat viteza în timp. Limitările pistolului șinelor sunt determinate tocmai de faptul că acesta transferă energie enormă corpului la o distanță scurtă și într-un timp scurt.

Un pistol cu ​​șină capabil să tragă o navă în cele mai apropiate stele ar fi o construcție foarte scumpă. Astfel, unul dintre proiecte prevede construirea în spațiu deschis a unui tun șină cu o lungime de două treimi din distanța de la Pământ la Soare. Acest pistol ar trebui să stocheze energia solară și apoi să o consume pe toată o dată, accelerând o sarcină utilă de zece tone la o viteză egală cu o treime din viteza luminii. În acest caz, „proiectila” va suferi o supraîncărcare de 5000 g. Desigur, doar cele mai rezistente nave robotizate vor putea „supraviețui” unei astfel de lansări.