Wie funktioniert eine Schwerkraftschleuder tatsächlich?

Nach dem, was ich über elliptische Bahnen weiß, beschleunigt sich ein Objekt in der Nähe der Periapsis und verlangsamt sich an der Apoapsis, ähnlich wie wir in der Physik der High School gelernt haben, wie eine Kugel in einem reibungslosen Vakuum ein Tal hinunter- und zurückrollt: Die Höhe ist umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit.

Das "Schwerkraft-Schleuder" -Manöver, das wir in Science-Fiction gesehen und sogar von unserem eigenen Raumschiff verwendet haben, basiert auf der Physik hyperbolischer Umlaufbahnen, bei denen ein Objekt die Umlaufbahn sowohl betritt als auch verlässt, bevor es eine einzelne Runde um den Planeten / Mond / etc. . Sollte die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht bei (zum Beispiel) 1 Megameter vor der Periapsis gleich sein wie bei 1 Megameter danach, da die Schwerkraft das Fahrzeug sowohl auf den Körper zu als auch von diesem weg drückt? Wenn ja, sollte das Schwerkraft-Schleudermanöver nur den Endzweck haben, die Flugbahn des Fahrzeugs umzulenken, nicht seine Geschwindigkeit zu erhöhen, wie der Name schon sagt.

Mein Verständnis in einem einfachen Diagramm:

Das Diagramm befindet sich im Rest des Planeten. Nehmen wir nun an, ein Raumschiff verlangsamt sich im Rahmen des Sonnensystems. Ein Planet befindet sich in der Nähe, daher beschleunigt er aufgrund seiner Schwerkraft und gewinnt an Geschwindigkeit. Diese Geschwindigkeitssteigerung wird nun zu einer Komponente der Bewegungsgeschwindigkeit des Planeten hinzugefügt, wenn er auf der anderen Seite herauskommt (diese hinzugefügte Komponente kann durch Ändern des Winkels geändert werden, aus dem er sich dem Planeten nähert, um den Schleudereffekt zu maximieren ). Sobald sich das Raumschiff dem Einfluss des Planeten entzogen hat, hat es die gleiche Geschwindigkeit wie zuvor sowie eine Komponente der Bewegung des Planeten, die es ihm ermöglicht, sich weiter nach außen zu bewegen. Dies ist der Schleudereffekt.

Wenn Sie versuchen, dies auf eine andere Weise zu betrachten, berücksichtigen Sie den Drehimpuls des Raumfahrzeugs. Solange es nur unter dem Einfluss der Sonne steht, kann sich sein Drehimpuls nicht ändern. Sobald es jedoch unter dem Einfluss eines anderen Planeten steht, addieren sich die beiden Drehimpulse - einer für die Sonne und einer für den Planeten (aufgrund ihrer relativen Bewegung) - und einmal außerhalb des Gravitationseinflusses des Planeten können ihre relativen Komponenten angepasst werden (basierend auf dem Annäherungswinkel zum Planeten und dem Winkel, in dem er nach der Schleuder wegfliegt), um den Drehimpuls der Sonne zu erhöhen, was sie wiederum in eine größere Umlaufbahn bringt und es ihr ermöglicht, sich weiter zu bewegen weg als zuvor.

Hier ist ein intuitives Verständnis ohne mathematische oder physikalische Erklärungen (andere werden das hier bereitstellen):

Sie haben Recht, dass das Annähern und Verlassen der Umgebung eines Planeten an sich zu einem Null-Effekt führt. Schwerkraftunterstützung ist der Effekt, mit der Bewegung des Planeten "mitgeschleppt" zu werden. Wenn sich ein Raumschiff in seiner Umlaufbahn dem Planeten von hinten nähert, wird es mitgeschleppt und beschleunigt. Wenn sich ein Raumschiff vor dem Planeten in seiner Umlaufbahn nähert, wird das Raumschiff langsamer, wenn das sich bewegende Schwerefeld des sich treffenden Planeten es nach hinten zieht.

Sie haben Recht, dass die Ausgangsgeschwindigkeit einer Hyperbel in Bezug auf den Körper, der im Fokus der Hyperbel liegt, der Eingangsgeschwindigkeit entspricht. Die Richtung wird geändert.

In Bezug auf einen anderen Körper kann die Richtungsänderung jedoch eine Geschwindigkeitsänderung bedeuten.

Hier ist ein Diagramm, wie der Mond beim Einfangen eines Asteroiden verwendet werden könnte, um seine hyperbolische Umlaufbahn in Bezug auf die Erde auf eine Einfangbahn um die Erde zu reduzieren: