ویدئو/ روش «قلاب سنگ گرانشی» چیست؟

بيگ بنگ/ تاکنون شنيده ايد که فضاپيماها مي توانند با انجام مانور “قلاب سنگ گرانشي” سرعت خود را بالاتر ببرند؟ اين روش که براي افزايش سرعت جابجايي در سامانه ي خورشيدي به کار مي رود چگونه انجام مي شود؟ جرمي که از کنار يک سياره ي بي حرکت مي گذرد، با هر سرعتي که به آن نزديک شود، با همان سرعت هم از آن دور مي گردد (در جهت مخالف). ولي اگر سياره در حرکت باشد، سرعت نزديک شدن و دور شدن جرم با هم تفاوت خواهد داشت. يکي از بهترين راه ها براي افزايش سرعت يک فضاپيما، کمک گرفتن از قلاب سنگ گرانشي است که به آن “کمک گرانشي” هم مي گويند. براي نمونه، هنگامي که ويجر به سوي بيرون از سامانه ي خورشيدي مي‌رفت، با گذشتن از کنار سياره هاي مشتري و کيوان، کمک هاي گرانشي دريافت کرد و سرعتش را به اندازه ي کافي براي گريز از گرانش خورشيد بالا برد. خوب اکنون ببينيم شيوه ي کار اين کمک گرانشي چيست؟ احتمالا مي دانيد که در اين روش، فضاپيما بايد به ميزان خطرناکي به يک سياره ي بزرگ نزديک شود. اما اين روش چگونه باعث افزايش سرعت فضاپيما مي شود؟ هنگامي که فضاپيما به سياره نزديک مي شود، سرعتش بالا مي رود. و هنگامي که از آن دور مي شود سرعتش دوباره کاهش مي يابد. چيزي مانند يک اسکيت سوار در يک نيم لوله. برآيند پاياني اين فرآيند صفر است و در واقع فضاپيما با افتادن در چاه گرانشي و بيرون آمدن از آن، هيچ افزايش کلي در سرعتش رخ نمي دهد. پس اين کمک گرانشي که مي گويند چگونه انجام مي شود؟ آنچه گفته شد دربارۀ يک سياره ي ثابت و بي حرکت بود. ولي اگر سياره در حرکت باشد، سرعت نزديک شدن و دور شدن جرم با هم تفاوت خواهد داشت. هر سياره به هنگام گردش به دور خورشيد داراي يک سرعت مداري است. زماني که فضاپيما به سياره نزديک مي شود، چون از سياره سبک تر است به دام گرانش آن افتاده و وارد مدارش مي شود. چيزي که باعث افزايش فوق العاده ي سرعت فضاپيما مي شود، تکانه ي مداري (اندازه حرکت مداري) است که از سوي سياره دريافت مي کند. هر چه فضاپيما بتواند به سياره نزديک تر شود تکانه ي بيشتري دريافت کرده و سرعت دور شدنش از سياره بيشتر خواهد بود. همچنين فضاپيما اگر بخواهد سرعتش از اين هم بيشتر شود، مي تواند در زمان نزديک ترين فاصله از سياره، موتورهايش را هم روشن کند. در اين زمان سرعت بسياري که در رويارويي با سياره به دست آورده کارايي موشک هاي فضاپيما را چند برابر خواهد کرد. اين افزايش سرعت بهايي هم خواهد داشت چرا که يک داد و ستد تکانه رخ مي دهد: مقدار ناچيزي از سرعت مداري سياره کاسته مي شود. اگر فرآيند قلاب سنگ رگانشي را بارها و بارها، در حد ميليون ها بار پيرامون يک سياره انجام دهيد، سرانجام باعث خواهيد شد که سرعت سياره آنقدر کاهش يابد که به سوي خورشيد کشيده شده و به آن برخورد کند. همچنين مي توانيد از فرآيند قلاب سنگ گرانشي براي کاهش سرعت خود فضاپيما نيز بهره ببريد. در اين صورت همه‌ي کارها بايد وارونه انجام شود: بايد در جهتي مخالف جهت گردش سياره به دور خورشيد به آن نزديک شويد. جابجايي تکانه باعث کاهش چشمگير سرعت فضاپيما خواهد شد، و به اندازه ي بسيار ناچيزي هم بر سرعت سياره خواهد افزود. مسير کاوشگر گاليله و تصاوير از اقمار سيارۀ مشتري. اين فضاپيما پس از پرتاب، سه مانور قلاب سنگي پيرامون ناهيد، زمين، و دوباره زمين انجام داد تا به سرعت کافي براي رسيدن به مدار مشتري دست يابد. مسير کاوشگر گاليله و تصاوير از اقمار سيارۀ مشتري. اين فضاپيما پس از پرتاب، سه مانور قلاب سنگي پيرامون ناهيد، زمين، و دوباره زمين انجام داد تا به سرعت کافي براي رسيدن به مدار مشتري دست يابد. فضاپيماي مسنجر ناسا، ۲ بار از کنار زمين گذشت، ۲ بار از کنار ناهيد و ۳ بار هم به دور خود سياره ي عطارد چرخيد تا بتواند سرعتش را به اندازه ي کافي کاهش دهد به گونه اي که بتواند در مدار گردش به دور اين سياره جاي گيرد. اوليس، کاوشگر خورشيدي که در سال ۱۹۹۰ به فضا پرتاب شد، از کمک گرانشي بهره برد تا بتواند مسيرش را به کلي تغيير داده و وارد يک مدار قطبي شمالي-جنوبي به گرد خورشيد شود. و کاسيني هم با گذشتن از کنار ناهيد، زمين و مشتري توانست وارد مسيري کارآمد براي رسيدن به زحل شود. در اين ويدئو شبيه سازي گذر فضاپيماي روزتا از کنار زمين و کمک گرفتن گرانشي در مارس سال ۲۰۰۵ را مي بينيد. اين کاوشگر سه بار از کنار زمين و يک بار از کنار مريخ گذشت تا با حفظ ذخيره ي سوخت، خود را به آن سوي کمربند سيارک ها برساند و با دنباله دار چوريموف ديدار کند: بي شک طبيعت مي کوشد کارها براي ما آسان سازد. قلاب سنگ هاي گرانشي روشي زيبا و موزون براي کاهش سرعت فضاپيماها، کشاندن آنها به مسيري که از هيچ راهي نمي توان واردش شد، يا شتاب دادن و رساندن آن ها به سرعت هاي باورنکردني است. بهره گيري از مکانيک مداري يک رقص زيرکانه براي کمک کردن به کاوش هاي فضايي است. اين نمونه ي درخشاني از نبوغ و استعداد ذهن هايي است که به بشر براي رفتن به ستارگان دوردست ياري مي رسانند. شما چه فکر مي کنيد؟ چه روش هاي ديگري هست که مي توان از آنها براي پيوند ميان واقعيت هاي کاربردي و دانش تخيلي بهره گرفت؟ با کانال تلگرامي «آخرين خبر» همراه شويد