从莱特兄弟发明飞机飞上天空,到苏联发射第一颗人造地球卫星进入太空,不过短短数十年。如今,人类航天器已经飞向太阳系深处,去探索那些遥远的神秘星球。然而,太空中没有空气,飞行器的飞行原理与飞机大不相同,那么人类又是如何解决这些问题的呢?
如果有人问你,人类飞向太空的第一阻力是什么?大多数人会不约而同地回答:是引力。的确如此,人类实现飞天梦的最艰难历程就是克服地球的引力。
我们从中学物理中就学到了如何计算几个宇宙速度,那是人类摆脱地球或太阳引力的束缚冲向太空的几道门槛:如果达到第一宇宙速度(7.9km/s)能让物体围绕地球旋转;如果达到第二宇宙速度(11.2km/s)便可以克服地球引力,绕着太阳转;第三宇宙速度(16.7km/s)标志着能够摆脱太阳的引力羁跘。
不过,想跨越这几个门槛谈何容易?人类努力了几十年,迄今为止发射速度最快的航天器“新事业”(New Horizons),2006年发射时相对地球的速度为16.26 km/s,尚未达到第三宇宙速度。然而,人类于39年前发射的两个“旅行者号”探测器(voyager 1和voyager 2),旅行中的最高速度,却大大超过了这个速度。这其中有何奥秘呢?人造飞行器额外的动能从何而来?
以上问题的答案也是:引力。也就是说,对人类发射的航天飞行器而言,引力有时是阻力,有时又可能成为“推力”,我们可以利用太阳系中各大行星与飞行器间的引力作用,来加速飞行器。换个通俗的说法,让飞行器从高速运动的行星旁边掠过,顺便让自己得到加速度,从行星身上“揩点油”!
这种方法叫做“引力助推”,航天技术中经常用来改变飞行器的轨道和速度,以此节省燃料、时间和成本,这种方法既可用于加速飞行器,也可用于在一定的情况下降低飞行器速度。