航天器在”重力助推”作用下实现能量增益

最近发表在《EPJ特别专题》一篇论文中，巴西圣何塞·多斯·坎波斯国家航天局西班牙空间研究所的博士后研究员Jhonathan O. MurciaPiñeros及其共同作者绘制了航天器在“重力辅助”（AGA）演示中运行的能量变化图。一种通过行星或其他天体的大气层和引力与该天体亲密接触而给予航天器能量增益的技术。

2019年，”旅行者2号 “成为继 “旅行者1号 “之后第二个离开日光层进入星际空间的人造物体。携带这些探测器的能量是通过与太阳系巨行星的相互作用获得的–这是一个纯重力辅助操纵的例子。

本文涉及的主题以前曾从多个角度解决，但研究小组采用了一种新颖的方法，即考虑行星大气内部的通道以及航天器执行这种操纵时的旋转效应。 在模拟围绕地球的160,000次AGA演习过程中，研究小组调整了质量，大小和角动量等参数，以了解这将如何影响航天器的“阻力”，从而改变了所传递的能量。

研究人员发现，他们在模型中采用的面积与质量比（A/m–面积密度的倒数）值越大，探测器受到的阻力就越大，因此，由于这种阻力，它所承受的能量损失也就越大，其速度也因此而降低，但由于航天器的速度旋转幅度较大，它可能会增加来自重力的能量收益。同样的效应也增加了发生能量损失的区域，同时减少了可以达到最大速度的区域。

他们的结果表明，由于这是面积密度的倒数，而密度在较高的高度下降，因此可以通过将飞行器带入较高高度的轨迹来减少阻力。这最终可以接近纯重力辅助AGA给出的轨迹值。这有可能将人类送出太阳系之外，进入更广阔的银河系。