Маневр (эффект) Оберта — что это?
Маневр Оберта (или эффект Оберта) — это маневр в космической механике, при котором разгон космического аппарата осуществляется вблизи небесного тела, где скорость аппарата относительно этого тела уже велика. В результате эффективность использования топлива значительно возрастает.
Суть маневра Оберта:
Когда двигатель включается вблизи планеты или звезды, где аппарат уже летит быстрее из-за гравитационного притяжения, кинетическая энергия увеличивается сильнее, чем если бы тот же импульс был приложен на большем расстоянии. Это связано с тем, что энергия пропорциональна квадрату скорости:
Если добавить немного скорости к уже высокой скорости, итоговая энергия растет намного сильнее, чем если бы вы добавляли ту же скорость на медленном участке орбиты.
Пример:
- Космический аппарат летит по эллиптической орбите вокруг Земли.
- Он включает двигатель в перигее (ближайшей точке к Земле), где его скорость максимальна.
- Благодаря маневру Оберта, он может эффективнее выйти на траекторию к Луне, Марсу или за пределы Солнечной системы, затратив меньше топлива, чем если бы он разгонялся в апогее (дальней точке орбиты).
Применение маневра Оберта при торможении (обратный маневр)
Маневр Оберта работает не только при разгоне, но и при торможении (уменьшении скорости), если ты тормозишь в том месте орбиты, где скорость наибольшая — то есть в перицентре (перигелии и т. д.).
Почему?
Потому что, как и в случае разгона, эффект на орбиту максимален там, где скорость большая. Если ты сбрасываешь скорость, когда летишь быстро, то ты гораздо эффективнее изменяешь форму орбиты, чем если бы сбрасывал ту же скорость на медленном участке.
Пример:
Космический аппарат летит по вытянутой орбите вокруг планеты:
- В перицентре скорость максимальна.
- Если включить тормозной импульс (в противоположную сторону движения), орбита сильно сожмется — апоцентр сильно снизится.
- Это позволит, например, перейти на круговую низкую орбиту, затратив меньше топлива, чем если бы торможение происходило на большом расстоянии.
На практике:
- При посадке на планету или спутник, если сначала войти в эллиптическую орбиту, то лучше тормозить в перицентре, чтобы максимально эффективно «сбросить» скорость.
- В миссиях с возвращением на Землю торможение также может быть запланировано в низкой точке орбиты для эффективного захвата гравитацией.
Важно:
- Аэроторможение — не относится напрямую к эффекту Оберта, но также часто происходит в перицентре по похожей логике (где атмосфера плотнее).
- Для того чтобы получить пользу от эффекта Оберта, двигатель должен быть способен дать импульс быстро, за короткое время — ионные двигатели, например, не могут использовать этот эффект эффективно из-за слабой тяги.
Кто такой Оберт?
Маневр назван в честь Германна Оберта — немецкого пионера ракетной техники и одного из «отцов» космонавтики. Хотя эффект подробно изучался позже другими учеными, его имя осталось закреплено за этим исследователем.