Amennyiben megfelelő pályán indítunk el egy űrszondát, akkor az más égitest közelében elhaladva, annak gravitációs terét felhasználva extra sebességre vagy annak csökkenésére tehet szert jelentősebb üzemanyag felhasználás nélkül és pályáját is módosíthatjuk ezzel.
A kezdet
A hintamanőver egy részét 1918 – ban az ukrán származású Jurij Kondratyuk (Ukrajna, 1897. június 21. – Oroszország, 1942. február 25.) szovjet fizikus, mérnök, rakétakutató írta le először, mint lehetséges módszert az űrhajók gyorsítására. Munkáján elég sokáig átsiklott a szektor.
Az űrutazás klasszikus elmélete Newton harmadik, erő – ellenerő mozgástörvényén alapult, azaz két test kölcsönhatásakor mindkét test erővel hat a másikra, ezek az erők egyenlő nagyságúak és ellentétes irányúak. Rakétaindításra levetítve a hajtóanyag oxidálószerrel történő elégetésével és az égéstermékek nagy sebességgel egy irányba történő kilökésével ellentétes irányban azonos és ellentétes reakció tolóerő jön létre. Ez a tolóerőt létrehozó elv független a környező közegtől, és akkor működik a legjobban, ha nincs körülvevő közeg, például a tér vákuumja (reakcióhajtás). Minél feljebb haladunk a légkörünkben a világűr felé, annál nagyobb a vákuum és minél messzebbre akarjuk küldeni az adott űreszközt, annál nagyobb meghajtásra van szükségünk, vagyis üzemanyagra. Ez még több súly „emelését” jelenti (még több hellyel), ami még több üzemanyagot követel, ami még több súly „emelését”…
Ördögi kör.
Oberth – effektus
Világossá vált, hogy a fenti módszerrel, kémiai meghajtással NAPRENDSZERÜNK elenyésző részét vagyunk képesek elérni csupán.
Az erre vonatkozó matematikai számítások kidolgozója Hermann Oberth (Erdély, 1894. június 25. – Németország, 1989. december 28.) erdélyi szász származású német fizikus, az űrkutatás egyik úttörője volt. A kiadott értekezései utópisztikusnak bélyegezve sokáig elutasításra kerültek.
Hozzá fűződik egyébként az 1920 – as évekre datált Oberth – effektus. Az akkoriban még csupán Oberth által matematikailag kidolgozott elmélet azt írja le, hogy egy űrhajó hajtóművének megfelelő és legrövidebb időbeni alkalmazása nagyobb sebességet eredményez, ha azt egy gravitációs test közelében, nagy sebességgel haladva működtetjük.
A működéséről szóló egyszerűbb, általánosan használt példából jön a név is. Képzeljünk el egy hintát. Amikor a hintaülés a legmagasabb ponton van, akkor a legkisebb a sebesség. Amikor pedig lefelé halad, akkor gyorsul. Egy űreszköz is így viselkedik, amikor egy bolygó közelében halad el, megfelelő távolságra: a bolygó gravitációjának (gravitációs kút) hatására felgyorsul. És, ha ebben a pillanatban indítjuk a hajtóművet, még gyorsabb lesz. Ezzel csökkentjük az üzemanyag felhasználást, az utazási időt és növeljük az elérhető távokat.
Az Oberth – effektus a hajtómű hatékonyságának növeléséről szól a gravitációs mezőben.
Minovitch
A II. Világháború magával hozta az atomenergia – termelést, ezzel az 1950 – es évektől a nukleáris meghajtás felé fordultunk. Ám a technikai problémákat képtelenek voltunk megoldani arra vonatozóan, hogyan is tudnánk biztonsággal használni a rakétákhoz az atomenergiát. A nukleáris hajtóművek mérnöki kivitelezése lehetetlen volt világszerte.
Az 1961 – ben egy végzős matematikus, Michael Andrew Minovitch (kb. 1936 – 16 September 2022) amerikai matematikus újra felfedezte Jurij elméletét.
Felhasználta az Égi Mechanikában – égitestek mozgásának dinamikája – ismert Háromtest – probléma alapelveit. A Háromtest – probléma annak leírásáról szól, milyen kölcsönhatásban van egymással a 3 test gravitációja Newton mozgási törvényei alapján. A mai napig nem megoldott, nem leírható egyetlen egyenlettel, általánosan, mivel 3 test esetén a lehetséges pályák száma végtelen és kaotikus.
Speciális esetek azonban vannak. Például, egy bolygó, annak gravitációs mezeje és egy űreszköz.
Mintovitch a 3 test probléma gyakorlati alkalmazása és a NASA – JPL akkori szuperszámítógépe segítségével 1962. áprilisában rájött, hogyan lehetünk képesek eljuttatni akár a Naprendszerünkön túlra is egy űreszközt.
Gravitációs hintamanőverekkel, ami az addigi elméletek mellett kiegészült az űreszköz pályájának gravitáció segítségével történő módosításával. Azaz az űreszköz az adott bolygó mögött elhaladva, annak gravitációját felhasználva módosíthatja pályáját azzal, hogy energiát nyer, vagy veszít.
A gyakorlat
Hogy melyik volt az első űreszköz, aminek útját a hintamanővert alkalmazva terveztek meg… Ez ügyben némi anomália fedezhető fel még a szakirodalmakban is.
Elterjedt nézet szerint (még a NASA ezen űrszonda küldetés profilján is így szerepel) a Mariner – 10 űrszonda volt az. Aztán vannak olyan portálok, amely szerint az 1959. október 4 – én indított szovjet Luna – 3 volt ez az űrszonda. A hintamanőver általános definíciója szerint azonban, a hintamanőver elsődleges célja a sebesség növelése vagy lassítása, nem a pályamódosítás. A Luna – 3 meg csupán pályát módosított a Holdunkat használva. A gravitációjából adódó sebesség változtatás nem volt célja (csupán kalkuláltak a gravitáció adta általános sebességbefolyással, kihasználni nem használták ki). E – szerint a Luna – 3 nem ide sorolandó, hiába…
Időrendben haladva – a Luna – 3 szondát elhagyva – az első űreszköz aminek útja gravitációs hintamanőverrel lett tervezve mind a sebességnövelést és a pályamódosítást is kihasználva, az az 1972. március 2 – án indított Pioneer – 10 űrszonda volt és a Jupiter bolygó gravitációját használta ki és folytatja útját a bolygó vizsgálata után a csillagközi térbe, szintén elsőként.
Utolsó jelét 2003. januárjában küldte több, mint 12 billió kilométerről tőlünk.
Utána másodikként az 1973. április 6 – án indított Pioneer – 11 szonda alkalmazta. A Jupiter után a Szaturnusz, majd a csillagközi tér következett.
1995. szeptemberében szakadt meg a kapcsolat vele.
A Mariner – 10 űrszonda csak utánuk, 1973. november 3 – án indult, harmadjára a sorban, ami alkalmazta a manővert. A szonda a Vénusz bolygó gravitációját 1974. március 16 – án használta sebesség növelésére és pályamódosításra, hogy a Merkúr felé folytathassa útját, amihez később vissza is tért.
És jöttek a VOYAGEREK, amik sorozatos hintamanővereket alkalmazva haladtak bolygóról, bolygóra, majd dolguk végeztével megindultak a csillagközi térbe. A Voyager – 1 1977. szeptember 5 – én indult. Ahogyan a Pioneer – 11, ez a szonda is a Jupiter és Szaturnusz gravitációs mezejét használta. A Voyager – 2 1977. augusztus 20 – án, Jupiter – Szaturnusz – Uránusz – Neptunusz vonalon, végül a csillagközi tér felé vette az irányt.
Manapság
A nemrégiben, 2024. október 16 – án indított Europa Clipper szonda a Jupiter Europa holdját fogja vizsgálni elsőként, és 2025 februárjában fog a Mars gravitációja által hintamanővert végrehajtani, aztán 2026 decemberében a Föld gravitációja által.
Az ezekből a küldetésekből nyert tudományos információk lényegében az első részletes információkat jelentették a Naprendszer szerkezetéről (az asztrofizika, űrtudomány és geológia területén például). A hintamanőver sikeres alkalmazása óta szinte minden, a Földhöz legközelebbi két bolygónál (a Vénusz és a Mars) messzebbre indított űreszköz pályájának tervezéséhez felhasználjuk a bolygók gravitációs mezejét.
Be a Nerdy Bird!
Amennyiben tetszett a cikk és van Instagram fiókod, kérlek nyomj egy szívet visszajelzésként az alábbi posztra. =)
