一、引力弹弓效应是怎么回事

引力弹弓是大质量天体对小质量飞行器的一种加速效应。

这种加速效应基于动量守恒。当一个飞行器经过一个大质量天体,比如行星,运动方向会被天体的引力偏转,如果飞行器速度足够不被天体捕获,那么就会在被天体偏转一定角度后飞离该天体。而飞行器在靠近天体和远离天体时会受到天体重力加速度的加减速,加速和减速是对称的,所以飞行器离开时与靠近时与天体的相对速度是一样的。

弹弓效应,什么是弹弓效应

但是由于天体本身存在速度,比如绕恒星公转的速度和自转的速度,而飞行器最终与天体相对速度不变,因此当与天体运动方向不同方向靠近然后以天体运动方向离开时,就会得到天体的公转速度。

比如用效率最高的情况,飞行器以天体公转反方向进入天体引力场,偏转方向后从天体公转方向离开,那么它将增加天体公转速度两倍的速度,见下图:

由于靠近前和离开后,飞行器与天体的相对速度不变,但是方向相反了,因此速度将变成原有速度V+天体公转速度U×2。

由于动量守恒,飞行器增加的动量将降低天体公转的动量。当然在两者质量相差巨大的情况下,这种变化可以忽略不计。

除了可以通过窃取天体公转动量做引力弹弓,其实也可以通过窃取天体的自转角动量做引力弹弓,只不过一般天体的自转并不太快,质量也不大,产生的空间拖拽效应并不明显。担当有中子星黑洞这样转得快的大质量天体就不一样了。比如电影《星际穿越》里,男主角库珀就利用了黑洞的自转做引力弹弓加速飞船。这是利用了广义相对论的一个现象:参考系拖拽。当大质量天体转动时,会对周围的空间产生拖拽,带动周围的空间跟着旋转,这就使空间产生一个指向转动方向的速度,利用这个就可以为飞行器加速了。

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不过电影里,当时飞船已经在黑洞的引力场里了,所以它并不能直接通过空间拖拽加速后脱离黑洞引力场,而是必须往黑洞自转的反方向抛射质量。结果就是电影看到的,把失去能量的推进器全抛掉,然后飞船才获得足够的动量飞往目标星球。

二、弹弓效应的原理是什么

当宇宙飞船从卫星的“背部”越过时,会获得比围绕主天体运行时更快的飞行速度,也获得更大的轨道能量。这种情形,就像是用弹弓把宇宙飞船抛向一个更大的运行轨道一样。我们也可以

弹弓效应

让宇宙飞船从卫星的“前面”飞过,这样就能减慢它的飞行速度(也降低它的轨道能量)。我们甚至可以让宇宙飞船在卫星的“头顶”或“脚底”飞行,以改变它前进的方向--也就是说,只改变宇宙飞船轨道的轴向和角动量大小。当然,所有的这些调整会造成卫星轨道能量和角动量的逆转换。不过因为卫星的质量很大,因此跟其他影响卫星轨道的作用力相比,弹弓效应造成的变化就显得微不足道了。

三、什么是弹弓效应

弹弓效应:这个名词其实是由太空船而来的,在赛车界也有。同样在球类运动中也有。“弹弓效应”本来是一个物理名词,指的是小天体或航天飞行器借助于大质量天体的重力来获得更大的动能,后来这个概念被推广开来就是借助外界条件来是自己获得加速度的意思。