Космос оказался умнее ракет: найден способ разгонять аппараты за счёт самих планет — будто они работают на нас
В середине XX века идея полётов к дальним планетам казалась почти фантастикой. Инженеры понимали, что химические ракеты смогут дотянуться до Луны, Марса или Венеры, но дальше начинаются такие расстояния, где запасы топлива превращаются в главную проблему. Нужны были нестандартные решения, которые позволили бы летать дальше без гигантских двигателей. Об этом сообщает дзен-канал Живой Космос.
Как студент НАСА нашёл способ ускорять зонды без топлива
В 1961 году аспирант Калифорнийского университета Майкл Минович, работая в Лаборатории реактивного движения NASA, провёл расчёты, которые позже изменили подход к межпланетным миссиям. Он выяснил: если космический аппарат проходит рядом с планетой по ходу её движения вокруг Солнца, то может получить прибавку скорости за счёт гравитации.
Смысл был простым, но революционным. Планета словно "подхватывает" аппарат своим притяжением и уводит его на траекторию с большей скоростью. После пролёта зонд сохраняет этот прирост, а значит, способен быстрее уйти к следующей цели. Если же аппарат пролетает перед планетой, он, наоборот, теряет скорость и может замедлиться.
Минович назвал этот эффект "гравитационной тягой", считая его особым способом движения, который даёт возможность строить цепочки перелётов от одной планеты к другой.
Почему инженеры сначала не поверили расчётам
Многие специалисты, впервые увидев вычисления, решили, что в них скрыта ошибка. Им казалось, будто аппарат получает ускорение бесплатно, нарушая законы физики. Однако объяснение оказалось вполне земным: при ускорении зонда планета теряет микроскопическую долю своего импульса, а при торможении — наоборот, приобретает его.
То есть баланс сохранялся, просто изменения для самой планеты были настолько малы, что практически неуловимы. Сам Минович, по воспоминаниям современников, лучше владел математикой, чем популярными объяснениями, поэтому убедить коллег было непросто.
Поддержка Хантера и появление термина "гравитационный манёвр"
Одним из первых, кто оценил открытие, стал Максвелл Хантер - главный инженер по космическим системам компании Douglas и член Национального совета по аэронавтике и космонавтике. В 1963 году он встретил Миновича на симпозиуме Американского астронавтического общества, посвящённом исследованию Марса.
Хантер понял, что расчёты молодого учёного могут стать ключом к полётам в дальний космос, и начал продвигать идею. В отчёте 1963 года он подробно описал необычные траектории, рассчитанные Миновичем. Позже этот документ стал основой для статей в научных и отраслевых изданиях.
Вскоре закрепился термин "гравитационный манёвр", а выражение "гравитационная тяга" так и не вошло в широкий обиход.
Первая миссия с новым принципом и смена взглядов в NASA
Уже летом 1964 года Лаборатория реактивного движения приступила к планированию миссии "Маринер Венера-Меркурий 1973". В дальнейшем аппарат стал известен как Mariner 10. Именно здесь впервые использовали расчётную траекторию с пролётом мимо Венеры.
Аппарат должен был пройти рядом с Венерой так, чтобы замедлиться, выйти на солнечную орбиту и затем направиться к Меркурию. Это решение позволило отказаться от необходимости ставить чрезмерно мощные двигатели и уменьшить массу аппарата.
Параллельно NASA пересматривало свои идеи о будущем межпланетных перелётов. Ещё в 1962 году инженеры предлагали концепцию 10-тонного атомно-электрического "космического крейсера", но к концу 1964 года подобные проекты стали считать слишком сложными и дорогими.
Как гравитационные манёвры открыли путь к "Вояджерам"
После успеха Mariner 10 гравитационные манёвры стали восприниматься как рабочий инструмент, а не теоретическая экзотика. В последующие годы их использовали в ряде миссий, включая знаменитый Voyager 2, который прошёл по цепочке Юпитер-Сатурн-Уран-Нептун.
Минович рассчитал траекторию такого маршрута, хотя позже её нередко приписывали инженеру Гэри Фландро. В середине 1966 года Фландро опубликовал статью, где называл эту последовательность пролётов уникальной возможностью, которая якобы появляется раз в 176 лет. Но сам Минович утверждал, что такое заявление неверно: массивные планеты способны перенаправлять аппарат практически в любое время.
Интерес к дальним миссиям в итоге привёл к целому поколению проектов, благодаря которым учёные получили детальные данные о газовых гигантах и их спутниках, включая исследования, связанные с тем, как космос влияет на организм человека и его выносливость в долгих экспедициях — например, в материале про здоровье человека в космосе.
Реальные даты пролётов и рекордная миссия длиной 12 лет
Voyager 2 стартовал 20 августа 1977 года с массой около 726 килограммов. Он прошёл мимо Юпитера 9 июля 1979 года на расстоянии 564 тысяч километров, затем пролетел рядом с Сатурном 25 августа 1981 года на расстоянии 102 тысяч километров. Следующей целью стал Уран: 24 января 1986 года аппарат прошёл в 82 тысячах километров от планеты. Финальный пролёт у Нептуна состоялся 25 августа 1989 года на расстоянии всего 5 тысяч километров.
Вся основная научная программа продолжалась чуть более 12 лет и стала одним из самых впечатляющих достижений автоматической космонавтики.
Манёвры, которые спасли миссию "Галилео"
Гравитационные манёвры оказались полезны не только для "Вояджеров". После катастрофы шаттла "Челленджер" 28 января 1986 года запуск аппарата "Галилео" к Юпитеру был отменён, а программа шаттлов остановлена на два года.
Когда полёты возобновились, "Галилео" стартовал 18 октября 1989 года на шаттле "Атлантис". Однако новая схема запуска не позволяла отправить аппарат к Юпитеру напрямую. Тогда инженеры использовали сложную последовательность пролётов: Венера (10 февраля 1990 года), затем Земля (8 декабря 1990 года) и ещё раз Земля (8 декабря 1992 года). Только после этого аппарат смог набрать нужную скорость.
Юпитера "Галилео" достиг 7 декабря 1995 года, а в 2003 году завершил миссию запланированным входом в атмосферу газового гиганта.
Какие миссии используют этот принцип сегодня
Со временем гравитационные манёвры стали стандартным инструментом для дальних экспедиций. Их применяли в миссиях "Кассини", "MESSENGER", "Розетта", "Юнона", "Новые горизонты" и многих других. Особенно активно такие траектории используются при полётах к планетам-гигантам, где можно получить значительный прирост скорости.
На практике это означает, что космические аппараты могут выполнять сложные маршруты, исследовать спутники, астероиды и даже выходить за пределы Солнечной системы без чрезмерных затрат топлива. Подобные технологии напрямую связаны с тем, как человечество изучает структуру Солнечной системы и её объекты — например, через открытия, подобные тем, где астрономы нашли больше 100 новых спутников планет.
