“要论什么是天体借力?简单来说就是根据牛顿的万有引力定律,当卫星被行星捕获时,必会受到一个显著的天体引力作用。”
“同时,行星本身就在宇宙中不断飘行着,所以卫星可以借助天体引力和天体飞行,来改变自己的速度!”
“这个速度的改变过程,就像拉弹弓一样,因此又叫引力弹弓……”
在甘蓉菲和孟希瑞焦头烂额的计算之时,这道题目的照片早就传遍了公司,一些不懂天体借力的同事七嘴八舌的议论起来。
箭体结构部、动力推进部这些同事,正聚精会神的听赵五征科普。
老赵比划了个拉弹弓的手势,继续道:
“在引力弹弓的过程中,卫星与行星组成的系统也是要遵循能量守恒定律的。”
“卫星靠近行星时,动能大势能小,引力做正功;卫星远离行星时,动能小势能大,引力做负功。”
“但是由于行星的运动,一近一远的两种动能偏差较大,就使卫星获得了额外的动能,于是实现了加速……”
众人听得云里雾里,还是稀里糊涂的问:
“咋加速的啊?”
“就绕着行星晃悠一圈,完成加速了?”
见众人还是不明所以,赵五征言简意赅道:
“你们就想象一根皮筋,每次拉长后,它的长度会增加2厘米;而撒手后皮筋弹回去1厘米,你们说长度累计增加了多少?”
大家齐刷刷点头,“增加了1厘米。”
赵五征打个响指,
“引力弹弓也是这样,卫星动能增大的时候假设是2焦耳的做功、卫星动能减小的时候假设是1焦耳的做功。”
“所以卫星绕着行星从近星点到远星点飞一圈,动能就相差了1焦耳。而这1焦耳是正功,也就意味着动能额外增加了1焦耳、势能多减少了1焦耳……”
讲到这里,赵五征适可而止的打住道:
“这些问题,你们懂个皮毛就行了,你们是造火箭外壳和发动机的,没必要深究引力弹弓。这玩意光是能量守恒定律的变化,就够你们研究的了。”
“总而言之,卫星每绕过行星一圈,你们当做弹簧拉长了1厘米就行了……”
太空探索部的空旷办公区内,甘蓉菲和孟希瑞两人,已经用云尺在草稿纸画起了规范的火星轨道,并计算天体借力的时间段、借力多少等数据。
秦宇很关注她们的方程式,背着手如鬼魅般走来走去,时而拧眉思索、时而啧啧称赞。
天体借力对于近地轨道而言,派不上太大用场,但对深空探索却是至关重要的学科。
尤其是在核聚变火箭实现之前,这是人类唯一能依赖的火箭加速方式。
它能为复杂的霍曼轨道节省大量燃料、时间,可以让卫星在木星、土星获得庞大的加速度冲出太阳系,也能在水星、金星时获得减速抵近太阳……
对于太空探索部而言,这是即刻飞行星辰大海计划的更进一步。
它的负责人必须会熟练掌握行星的力量,才配得到秦宇的认可。
甘蓉菲的计算进度明显要比孟希瑞快了一截,女孩修剪得整整齐齐的指甲,正握着云尺画出一条极具几何学之美的航线!
两位姑娘都干劲十足的算着,工位上充满了无声的硝烟和焦灼的对峙。
秦宇却很轻松的抱肩看热闹,甚至还拿云尺挠了挠发痒的后背。
这令围观的众人大跌眼镜。
这种用来绘制卫星轨道的云尺,自从电脑技术突飞猛进后,便很少再用到了,但它在办公室的地位依旧不可动摇。
就像在这个家家户户拥有小轿车的时代,自行车依然是不可或缺的代步工具。
木质云尺的边缘绘制着精密、优美的弧线,看起来就像艺术家手里的工艺品,而它绘制出来的曲线,在科学家眼里同样也是艺术品。
由它绘制的欧拉螺线,形状是一圈圈向外扩散的螺旋,有点像螺旋dna,极富美感。
而更神奇的是,欧拉螺线是最适合描述天体运动的曲线,沿着这条曲线运动的航天器,不会突然的改变速度,只会稳定的加速或者减速。
至于原因,大概只有莱昂哈德·欧拉,这条曲线方程的创始人才能解释得清其中的奥妙。
甘蓉菲正在用欧拉螺线计算探测器飞往火星之门的弧度,以免探测器因为轨道‘急转弯’而颠的东倒西歪。
她设计的每条螺线的长度和弧度,都有微小的区别,但这些区别放大在宇宙中就成了数万公里的差距!
紧接着甘蓉菲用云尺的另一面,又画出一条平滑的曲线。
她将欧拉螺线上的每个数据点连接在一起,逐渐形成了探测器的航线。
秦宇背着手驻足观望,非常欣赏这些线条的美感,仿佛面前这些草稿纸画的不是一根根欧拉螺线,而是张择端的清明上河图。
其余围观的同事们,也都流露出赞许和钦佩的神情,心道不愧是能被秦总亲自点将的工程师,这画图的功底一看就是高手。
就在孟希瑞也拿起云尺步入画图流程后,没想到甘蓉菲已经开始画坐标了。
与地球上的经纬度表达位置一样,探测器在宇宙中的位置也有坐标,利用轨道根数来表示,以半长轴、偏心率、倾角、升交点赤经、近地点幅角、平近点角6个要素组成。
轨道根数可以表示一艘航天器,在宇宙中的唯一位置。
在这道题目中为了简化计算,秦宇用笛卡尔坐标作为惯性参考系,给两人省略了不少步骤。
只见甘蓉菲拿起一支削好的4h自动铅笔,在特制的坐标纸上按照自己画的轨道,一点点标注上数值。
从地球到火星的这条路很长,即使用的是‘行星借力’而非‘常规霍曼轨道’的复杂方式,也依旧很麻烦。
尤其是当这条长达2亿公里的轨道,呈现在坐标纸上时,一群人瞠目结舌!
甘蓉菲却气定神闲的一点点标注数值,长长的坐标纸每写完一大截,前面的纸就会耷拉到地上。
她不得不跑过去折叠起来,然后将后面的纸铺平在桌子上,继续写。
为了方便两人做题,在秦宇的示意下,同事们给甘蓉菲和孟希瑞分别搬来了几张桌子,前后拼接起来。
这样的话,她们每写完一部分坐标,就可以拽着黄色坐标纸继续往后写。
就这样,桌子越拼越长,整个办公区域里形成一幅壮观景象——
两个女孩在过道两侧,分别聚精会神的拽着坐标纸,把一个个点用4h铅笔描上去;
一大群探头探脑的同事,互相捂住嘴巴争先恐后的眺望,又不敢发出动静,生怕惊扰了二人的计算;
而站在过道中央的男人,穿着正装的身躯挺然修拔,脸庞尽显锋锐,赞许的勾着嘴角来回打量;
他抱肩跟着两位女孩,一点点倒退着、看着她们写出来的东西……
足足花了一个半小时,甘蓉菲率先将自己算出来的数据,一点点填满了黄色的坐标纸。
这些数据最终成为坐标纸上一个不起眼的铅点。
站在远处观察,就会发现这些坐标点是逐渐升高、并趋于稳定;
紧接着再度升高、又趋于稳定的;
就像一阶阶整齐的楼梯。
坐标点越来越高,就像火神幽灵搭乘着星火四号,距离地球越来越远。
最后,甘蓉菲把这些坐标点,用云尺连接起来。
一幅不输于欧拉螺线的坐标图!
秦宇露出赞赏的神色,这道题目是他亲自出的,所以甘蓉菲的计算有哪些可取之处、有哪些缺陷之处,他一眼就能看出来。
并且相对于孟希瑞,这女孩的计算思路非常新,或者说非常‘大胆’。
而秦宇就喜欢这种敢于大胆创新的工程师。