Os planetas são separados por distâncias massivas. Apesar do motor mais poderoso da NASA à sua disposição, os cálculos mostraram que a Cassini ainda seria incapaz de cruzar o oceano do espaço escuro e completar sua jornada até Saturno. A queima de mais combustível não é exatamente uma solução bacana, já que o combustível de foguete é terrivelmente caro. Por trás de suas gloriosas qualificações, os engenheiros da NASA são essencialmente seres humanos; eles são frugais quando se trata de comprar um Venti da Starbucks, pagar taxas de entrega ou gastar combustível de foguete. Eles tentam economizar combustível sempre que podem; Para conseguir isso, muitas vezes inventam técnicas idiossincráticas.Por exemplo, a Cassini alcançou Saturno, apesar da falta de poder de fogo. Se não fosse pela Cassini, ficaríamos alheios aos lindos anéis que abraçam o gigante do gás. Foi uma daquelas técnicas estranhas, mencionadas acima, que deram à Cassini o impulso extra. A manobra é chamada de estilingue gravitacional.
Numinosa seria uma palavra apropriada para definir os anéis de Saturno. (Crédito: editar: Nasa.gov)
O que é um estilingue ou um balanço?
O Sol é responsável por aproximadamente 99% da massa em todo o Sistema Solar. Isso contribui para uma quantidade exorbitante de força gravitacional. Essa atração gravitacional, como o atrito terrestre, desacelera as sondas que viajam contra ele para explorar os gigantes gasosos externos. No entanto, essas sondas podem ser reaceleradas pela mesma força que as afundam – a gravidade dos planetas entre elas pode ser explorada para “estilingar” essas sondas e revigorá-las para terminar seu curso definido.
As sondas podem ser lançadas na direção de seu destino ou em direção a outros planetas para passar por outra ou uma série de estilingues. A primeira sonda auxiliada por essa manobra foi a Luna 3 do Soviete, que foi lançada pela gravidade da Terra em direção ao lado escuro da lua. De fato, quando um dos tanques de oxigênio da Apollo 13 explodiu, o capitão abortou a aterrissagem e decidiu abrir caminho pela lua em direção à Terra. Apesar do combustível que diminuía rapidamente e das probabilidades intransponíveis, o estilingue gerava energia suficiente para trazer a tripulação de volta para casa em segurança.
Algumas décadas depois, Cassini voou ao redor de Vênus, Terra e Júpiter antes de chegar a Saturno. A gravidade também pode ser usada para desacelerar as sondas que são progressivamente aceleradas pela atração do Sol enquanto viajam em direção aos planetas terrestres internos. Teria sido impossível para o MENSAGEIRO estabelecer-se na órbita de Mercúrio sem um par de balanços em volta de Vênus, Terra e Mercúrio para perder algum de seu impulso aumentado.
Devido à sua proximidade com o Sol, as sondas que viajam para Mercúrio são aceleradas. (Crédito da foto: NASA / Universidade Johns Hopkins / Wikimedia Commons)
No entanto, parece haver uma ligeira inconsistência – a manobra desafia o primeiro mandamento da ciência – a lei da conservação de energia. A gravidade de um planeta escava um vale íngreme ao redor dele, então quando uma bola entra e desce por este vale, ganha força. Dito isto, ele usa esse mesmo momento para escalar o vale do outro lado e escapar. O produto é vendido ao mesmo preço que foi comprado e o comércio não produz lucro.
No entanto, a sonda faz acumular um lucro porque depois de sair do vale, que é acelerado! O sistema de corpos produz energia a partir essencialmente de nada. A sonda acelera quando viaja na direção do movimento do planeta. O planeta corta por trás do planeta e, à medida que se afasta, observamos um aumento abrupto em sua velocidade.
(Crédito da foto: Rachelz9999 / Wikimedia Commons)
Como isso é possível?
“A sonda rouba parte da energia cinética do planeta”
Enquanto os planetas são estacionários a partir de sua perspectiva, eles estão correndo em círculos a partir da perspectiva do Sol. Da perspectiva do planeta, ou o que é formalmente chamado de quadro de referência, a sonda meramente muda de direção. No entanto, é da perspectiva do Sol que a sonda parece acelerar ou desacelerar.
No referencial do Sol, o ganho resultante em energia vem ao custo do movimento orbital do planeta. A sonda rouba parte da energia cinética do planeta, tornando-a imensamente mais lenta. Devido à diferença de massas, o retardo é insignificante, mas mesmo essa proporção insignificante representa uma enorme mudança no momento da espaçonave. Em 1979, a Voyager 1 diminuiu a velocidade orbital de Júpiter em cerca de 10 vezes a potência de 24 quilômetros por segundo negativos. Ao mesmo tempo, o veículo ganhou 10 quilômetros por segundo – um aumento dramático na velocidade!
Esta descoberta tem uma implicação profunda – se alguém enviar um enorme exército de sondas para balançar por um planeta, a perda de sua energia orbital seria tão grande que acabaria por colapsar no Sol. Da mesma forma, uma sonda transfere sua energia para um planeta quando entra em contato com um planeta a partir da direção oposta. Neste caso, novamente, o ganho na energia orbital do planeta é insignificante, mas a pequena proporção se traduz em uma drástica diminuição na velocidade da sonda. Essa perda permite, por exemplo, estabelecer-se na órbita de um planeta.
A Voyager 1 é o objeto mais distante e mais rápido que o homem já construiu.
Snooker Interplanetário
A procissão de eventos faz parecer que os planetas e as sondas são apenas bolas em um jogo de sinuca espacial. Enquanto os planetas são as bolas vermelhas, a sonda representa a bola branca. A bola branca habilmente altera sua trajetória saltando ou desviando algumas bolas vermelhas espalhadas em seu caminho.
No entanto, a eficácia do tiro não depende necessariamente da destreza do jogador, que é engenheiro da NASA. Como o tiro só pode ser jogado uma vez em um século, sua eficácia também se reduz à paciência – a paciência de esperar pela hora certa. Os planetas não giram em torno do Sol na mesma velocidade, o que os torna desalinhados em relação uns aos outros. Agora, a NASA pode queimar o excesso de combustível para cobrir uma distância maior ou esperar até que os planetas estejam convenientemente alinhados para uma viagem econômica.
Com relação à analogia do snooker, as trajetórias das Voyagers 1 e 2 representam duas das melhores tomadas da história da sinuca.
Tal alinhamento também é responsável pela assistência gravitacional. A Voyager 1 e 2 exploraram o que é chamado de alinhamento do Grand Tour , um alinhamento dos quatro planetas exteriores que ocorre apenas uma vez a cada 175 anos; ocorrerá em seguida, por volta de 2150. As Voyagers foram auxiliadas por cada um dos últimos quatro gigantes a se propelirem para o espaço sideral. No entanto, o alinhamento correto teria sido ineficaz se não fosse pelo gênio sem precedentes dos engenheiros da NASA, que discerniram os ângulos com o mais alto grau de precisão.
A assistência da gravidade não apenas economiza combustível, mas também reduz a duração de uma missão. Uma nave espacial pode transportar apenas uma quantidade limitada de combustível em sua jornada; com a ajuda da gravidade, consegue capacidades extra de manobra e melhorias no curso sem gastar nenhum combustível extra. Além disso, a simplicidade da manobra permite que foguetes ainda mais baratos e menos dinâmicos explorem os corpos celestes ou o espaço profundo.
Antes de se familiarizar com Júpiter, a Voyager 1 não tinha energia suficiente para escapar do nosso Sistema Solar. Ganhou, como mencionado, 10 km / s em Júpiter, mais 5 km / s em Saturno e 2 km / s em Urano. Se não fosse por essa técnica idiossincrática, a Voyager 1 não teria conseguido chegar tão longe – agora é o objeto mais distante e mais rápido que o homem já lançou no espaço. Ele agora recuou 18,8 bilhões de km de nós, enquanto a Voyager 2, que entrou em um caminho um pouco diferente, com 15,3 bilhões de quilômetros, não fica muito atrás.