卡西尼号土星探测器-世界未解之谜官方网站-中国科普知识

　　为了准确利用借力飞行，科学家事先确定了探测器飞入行星的高度和角度，并进行跟踪、监测和调整，只要确切掌握探测器在任何时刻的位置和速度，就能对它的轨道进行必要的调整，保证探测器不被行星捕获，又能顺利获得加速。　　

那么探测器是如何借到了那么多速度的呢？或许简化在一个平面上来探讨这个问题更好理解，如果以静止的行星为参照，飞船切入行星轨道前并不受行星引力作用，因此速度是一个定量。当顺势切入行星轨道时，由于受到行星引力作用而加速飞行，当达到行星的逃逸边缘后，行星引力消失，飞船速度大小又回复到飞入行星时的定量。这个过程和我们骑自行车上下一个U坡的情形相似。当我们骑车从坡顶向坡底行进时，由于地球引力作用，速度会越来越快，到坡底时达到最大速度，但是当我们接着从坡底冲上对面的坡面的时候，速度又会逐渐地降下来，等到达对面的坡顶的时候，速度又回来原来的下坡前的速度。但这个时候我们的行进方向却产生了改变，原来我们是向下而行，而现在是向上而行。

　　如果真是这么简单的过程，那么何来引力加速呢？秘密就在于行星并非真的静止不动，它以巨大的角动量绕太阳转动。如果我们把太阳系的运动看成一个整体，那么在太阳系整体的角动量中，太阳自身的角动量只占2%，其它98%的角动量都被围绕太阳的星体占有，可以想象，行星的角动量是大得惊人的！飞船切入行星轨道后，像行星的其它卫星一样也同时分得了行星的一部分角动量，如图所示，这个角速度分别加在了飞船飞入和飞出行星时的速度里，如果以太阳为参照，飞船最终飞出行星的速度不仅改变了方向，同时也增加了大小。行星损失了极小一部分角动量，对它本身来说微不足道，可是飞船得到的这些角动量对它可是意义非凡，这些能量足以支撑它飞抵下一个加油站，顺利到达目的地。

　　而且，引力助推技术也能减少飞船的轨道运行动力，比如像“伽利略”号就有过那样的经历。伽利略号曾在木星的最大的卫星爱莪前面作定点飞越，由于是从爱莪卫星前面定点飞越而不是从其后翼，所以情况和前面提到的正好相反。当飞船飞离时，其运行方向也会改变，但速度却降低了，这就如同我们骑车上下一个∩形的坡一样。在分析这个情况时，请大家别忘了，爱莪卫星也不是一个固定不变的点，只是它不是围绕太阳转动，而是围绕木星运行。这样，伽利略号就能利用引力助推降低飞行速度。

　　怪异的飞行曲线
　　根据引力助推原理，科学家们为“卡西尼”号设计了一条通往土星的智慧曲线，这条智慧曲线的奇特之处在于：首先是它没有直接向土星飞去，而是先向内跑到了金星上空；其次是它围绕地球绕了好几个圈子，才把目的地对准土星，整个行程达到了35.2亿千米，是地球与土星的实际距离的2.5倍以上。它的飞行轨迹是一条旋转的曲线，是若干条双曲线截线的组合，看起来就像田螺背上的螺旋。

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