شرح لعملية مساعدة الجاذبية Gravity Assist .

.

سردت وكالة الفضاء الأوروبية علي موقعها الإلكتروني الشرح التالي بتاريخ 09 أغسطس 2021 م لفكرة مساعدة الجاذبية Gravity Assist ، وذلك في إطار الحديث عن استخدام ذلك المبدأ خلال رحلة المسبار بيبيكولومبو BepiColombo والذي اُعتبر أول مهمة أوروبية إلى كوكب عطارد Mercury .

 

ترجمة وإعداد/ م. عبد المجيد أمين الجندي

 

مع المقال.

 

على الأرض ، الوقود هو مورد ثمين ومحدود. أما في الفضاء ، نتاجر بالطاقة بحرية مع الكواكب.

 

كما قال آرثر سي كلارك Arthur C. Clarke في عام 1987 م، “Nature always balances her books” ، في إشارة إلى حقيقة أن الطاقة في الكون محفوظة دائمًا: لا يمكن أن تظهر من العدم أو تختفي إلى لا شيء.

 

وبنفس الطريقة ، فإن تحليق المركبات الفضائية عبر النظام الشمسي يعتمد علي الإدارة الذكية للطاقة – سرقة أو إعطاء الطاقة من/إلي الكواكب العابرة حسب المكان الذي نريد الذهاب إليه.

 

هذا النقل للطاقة يسمى مساعدة الجاذبية Gravity Assist ، أو المقلاع Slingshot ، أو التأرجح الكوكبي Planetary Swingby ، أو تحليق الاقتراب Flyby ، وبدونها لم نكن لنتمكن من السفر إلى العديد من أركان النظام الشمسي لدينا اليوم.

.

مع المدارات ، الحجم مهم With orbits, size matters

 

في الفضاء ، يكون “التسريع Speeding Up” أو “التباطؤ Slowing Down” منطقيًا فقط نسبة إلي سرعة جسم آخر. قد يسافر القطار بسرعة 70 كم في الساعة بالنسبة إلى راكب ثابت ، ولكن كما يتضح نسبة إلي الشمس ، فإن حركة القطار تتضمن أيضًا حركة الأرض أثناء دورانها في مدارها ودورانها حول نفسها. إنها كلها مرتبطة.

 

في كثير من الأحيان عندما نتحدث عن تحركات الكواكب والمركبات الفضائية في النظام الشمسي ، فإننا نتحدث عن “طاقتها المدارية Orbital Energy” ، وهي قيمة مرتبطة مباشرة بحجم مدار الجسم. كوكب بلوتو Pluto ، متواجد على حافة النظام الشمسي ، يسافر في مدار أكبر بكثير من كوكب عطارد الذي يعتبر أقرب كوكب إلى الشمس ، مما يعني أن الطاقة المدارية لبلوتو أكبر بكثير من كوكب عطارد.

 

لإيصال مركبة فضائية إلى عطارد ، علينا بالتالي أن نتوافق مع مداره. عندما تم إطلاق مسبار بيبيكولومبو BepiColombo ، كانت طاقته المدارية هي نفس الطاقة المدارية لكوكبنا. لذلك ، يحتاج بيبيكولومبو BepiColombo إما إلى استخدام كمية هائلة من الوقود “للضغط على الفرامل Put on the brakes” ، أو يمكنه التخلص من الطاقة المدارية الزائدة عن طريق الطيران بالقرب من الكواكب المجاورة.

 

مسبار بيبيكولومبو BepiColombo لاستكشاف عطارد

 

نفس الشيء يعمل في الاتجاه المعاكس للرحلة المتجهة إلى النظام الشمسي الخارجي Outer Solar System . للدخول في مدار أكبر وأبعد عن الشمس ، كمركبة فضائية مثل مهمة Juice التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية والمتجهة إلي كوكب المشتري ستسرق الطاقة المدارية من الأرض والزهرة والمريخ.

.

كل هذا يتوقف على الإطار المرجعي الخاص بك It all depends on your frame of reference

 

إذن ما الفرق بين سرقة الطاقة من كوكب والتبرع له؟ كل هذا يتوقف على الحركة النسبية للمركبة الفضائية والكوكب.

 

من منظور كوكب يتم التحليق بالقرب منه ، فإن المركبة الفضائية تتجه نحوه وتغادر بالسرعة نفسها ، ولكن مسارها فقط قد انحرف. (لقد أدت المركبة الفضائية أيضًا إلى انحراف كوكب الأرض ، ولكن بمقدار ضئيل للغاية لدرجة أنها أصبح مقدار مهمل لا يكاد يذكر. ومع ذلك ، فقد تم الحفاظ على قانون نيوتن الثالث للحركة: “لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومضاد له في الإتجاه”.)

 

لكن تذكر أن الكوكب نفسه يتحرك حول الشمس ، ويدور بكمية هائلة من الزخم أو عزم الدوران Momentum . كما يتضح من منظور الشمس ، فإن المركبة الفضائية لا يحدث انحراف فقط في مسارها ولكنها إضافة إلي ذلك ستلتقط أو تسقط الطاقة المدارية اعتمادًا على هندسة عملية الإلتقاء بينهما.

 

لزيادة السرعة نسبة إلي الشمس ، تطير المركبة الفضائية مع اتجاه حركة الكوكب ، وتكتسب بعضًا من الطاقة المدارية للكوكب في هذه العملية ؛ بينما لتقليل السرعة نسبة إلي الشمس ، تحلق المركبة الفضائية عكس حركة الكوكب لنقل بعض طاقتها المدارية إلى الكوكب.

 

في كلتا الحالتين ، الطاقة المنقولة من أو إلى الكوكب لا تكاد تذكر ، لكنها تحدث فرقًا كبيرًا لمركبتنا الفضائية الصغيرة. سيحتاج الأمر مركبة فضائية أكبر بمليارات المرات من تلك التي لدينا اليوم لدفع كوكب ما بشكل ملموس!

.

ميكانيكا المدارات Orbital Mechanics : دمج الطبيعة والعلم

 

تتطلب الرحلة عبر النظام الشمسي أكثر من مجرد صاروخ Rocket ومحركات دفع Thrusters ووقود Propellant . يتعين على فرقنا المكونة من خبراء ديناميكيات الطيران Flight Dynamics وفرق التحكم في الطيران Flight Control في مركز عمليات وكالة الفضاء الأوروبية أن تفهم وتعمل وتحصل على أفضل النتائج من حركات الكواكب وقوانين الطبيعة التي لا مفر منها.

 

تعرف على مساعدة الجاذبية Gravity Assist المزدوجة لكوكب الزهرة في الفترة من 9 إلى 10 أغسطس ، حيث استخدم كل من مسبار BepiColombo و مسبار Solar Orbiter الكوكب لتغيير مداراتهما ، مما جعلهما أقرب إلى عطارد والشمس.

*

اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوكو 

************************************

 

مواضيع ذات صلة

.

• مهمة بيبيكولومبو BepiColombo الأوروبية اليابانية إلي عطارد

.

• كتاب مسابير الفضاء Space Probes – الإصدار الأول (نسخة تجريبية)

.

• المركبات الفضائية الروبوتية Robotic Spacecraft

.

• المستوى المداري Orbital Plane

.

• المدارات Orbits الفضائية وأنواعها

.

• الانزلاق المعزز Boost-glide

.

• نافذة الإطلاق Launch Window

.

• الطقس للإطلاق Weather to Launch

.

• الطائرة المروحية المريخية إنجينويتي Ingenuity

.

• بعثة المريخ Mars2020

.

• مسبار الأمل الإماراتي إلي المريخ UAE Hope Mars Probe

.

• كل شئ عن مسبار الصين إلي المريخ تيانون Tianwen-1

.

• البعثة الفضائية إنسايت InSight لاستكشاف باطن المريخ

.