אתם שאלתם, המומחים של “סיינטיפיק אמריקן” השיבו לכם
מאט קולינס, סיינטיפיק אמריקן
ג'רמי ב' ג'ונס, מנהל צוות הניווט של החללית קסיני במעבדות ההנעה הסילונית (JPL) בפסדינה שבקליפורניה, מסביר:
העקרונות העומדים בבסיסו של הסיוע הגרוויטציוני שבו משתמשות חלליות לשינוי מסלולן, עומדים גם בבסיס השינויים המסלוליים המתרחשים דרך קבע בין ירחים וגופים קטנים יותר במערכת השמש. שביטים מאזורים חיצוניים, לדוגמה, נזרקים לעתים קרובות לעבר מערכת השמש הפנימית על ידי כוכבי הלכת הגדולים, בעיקר צדק.
בהעדר כל השפעה אחרת, ירח או חללית נעים במסלול אליפטי סביב גוף גדול יותר, המכונה הגוף העיקרי, עם אנרגיה מסלולית ותנע זוויתי קבועים. אך כשחללית מתקרבת לירח המקיף גם הוא את אותו גוף עיקרי, שני הגופים הקטנים יותר מחליפים אנרגיה מסלולית ותנע זוויתי. מכיוון שהאנרגיה המסלולית הכוללת נשארת קבועה, אם החללית מקבלת אנרגיה מסלולית, זו של הירח פוחתת. יש יחס ישר בין אורך המחזור המסלולי, שהוא פרק הזמן הנדרש להשלמת סיבוב אחד סביב הגוף העיקרי, לבין האנרגיה המסלולית. ולכן, כשהמחזור המסלולי של החללית מתארך (אפקט הקלע), המחזור של הירח מתקצר.
הואיל וחלליות קטנות בהרבה מירחים, ההשפעה על מסלולן גדולה בהרבה מהשפעתן על מסלול הירח. לדוגמה, מסת החללית קסיני שנשלחה לשבתאי היא כ-3,000 ק”ג, בעוד מסתו של טיטאן, הגדול שבירחי שבתאי, היא כ-10 בחזקת 23 ק”ג. ההשפעה של תמרון קלע על קסיני גדולה לפיכך בכ-20 סדרי גודל מהשפעתו על טיטאן.
חללית העוברת “מאחורי” הירח מקבלת תוספת מהירות (ואנרגיה מסלולית) ביחס לגוף העיקרי, דבר היוצר מראית עין של קלע המשליך אותה למסלול גבוה יותר. אנחנו יכולים גם להטיס את החללית “לפני” ירח כדי להקטין את מהירותה (ואת האנרגיה המסלולית שלה). יותר מזה, טיסה “מעל” או לירח “מתחתיו” מאפשרת לשנות רק את כיוון התנועה של החללית, תוך שינוי זווית המסלול (וגודל התנע הזוויתי). טיסות יעף במסלול משולב מאפשרות לשנות גם את האנרגיה וגם את התנע הזוויתי. כל הכוונונים האלה גורמים, כמובן, לשינוי הפוך באנרגיה ובתנע הזוויתי של הירח, אך בשל מסתו הגדולה יותר השינויים קטנים כל כך עד שאי אפשר להבחין בהם בין כל הכוחות האחרים המשפיעים על מסלולו של הירח.
החללית קסיני החוקרת את שבתאי וירחיו נעזרת בירחים האלה כדי לנווט סביב כוכב הלכת. אבל בטיסות בין-פלנטריות משמשת השמש כגוף עיקרי, והסיוע הגרוויטציוני מנצל מעברים בקרבת כוכבי הלכת. כך למעשה הגיעה קסיני לשבתאי. – העורכים
