近年発射された惑星探査機(カッシーニ)は
 一度金星でスイングバイを行い
 その後、地球でもスイングバイにて加速したと聞いてい ます。
でも、どうしてスイングバイで探査機の速度が上がるので しょうか?
確かに、惑星に近ずく時はスピードが上がりますが
 離れる時にはエネルギー保存則にしたがって
 だんだんスピードは下がって、最終的には
 同じスピードになると思うのですが?

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A 回答 (3件)

惑星が静止していたら、確かにご質問のとおり摩擦など何も他に影響がなければ最終的には同じスピードになります。

ところがスイングバイは惑星の公転のスピードを利用しているのです。公転している方向に対して後ろ側から進入して惑星の引力とによる加速を得ますがその時には、地球の公転スピード分も加速されます。
その速度で、地球の側を通り抜け飛んでいくので、それを地球の引力で引き戻しても公転速度分は残ります。という説明でおわかりになられましたでしょうか?
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大雑把な話ですが、


太陽が惑星という腕を使って探査機を放り投げた
というようなイメージではどうでしょうか。
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スイングバイ航法でどうして速度が得れるかは先に答えられたとおりです。



ちょうど図で説明しているページがありますので参考にしてください。

参考URL:http://spaceboy.nasda.go.jp/note/Tansa/J/Tan02c_ …
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Q光の曲がりと惑星探査機のスイングバイについて

重力場による光の曲がりと同様 惑星探査機のスイングバイも重力場による曲がり と言えないのでしょうか? 地球の公転も太陽の重力場による周回運動である と言えないでしょうか?
同じ物理現象ではないのでしたら 違いを教えて下さい。 m(__)m

(もしこれらが同じ物理現象であるのでしたら スイングバイも公転も光と同様「直進運動である」といえますが・・・)

Aベストアンサー

こんばんは.またまた失礼致します.<(__)>
#5さまの御回答ありましたので,若干端折らせて頂きまして以降ですが,

>・「引力」と「空間の歪み」は同じ事象の 
>物理学の分野の違いによる表記の違いではないのでしょうか?

これには相違ありません.

しかしスイングバイでは探査機は惑星から運動量を奪うことで成立します.

例えば,太陽系内には多くの逆行衛星(惑星の自転の向きと逆に公転する衛星)がありますが,
これは惑星に公転の運動量を奪われ,やがて墜落する運命にあります.
(逆に例えば月では,年間3cm程度遠ざかっています.)

同じように,通常のスイングバイと逆向きに軌道を取れば,
探査機は減速されてしまうでしょう.

この現象を説明する為には,自転・公転の向きをパラメータとして含む必要があります.
「距離rで一定だから」と言う点で同じであっても,
向きが違えば結果が異なります.

Q惑星探査機はやぶさが1年かけて地球スイングバイしたそうなのですが1年?

スイングバイの意味は解ります
地球の重力を利用して加速度を得る事と認識しています

疑問に思っているのは1年かけてって事なのですが・・・
一度スイングバイすると軌道が楕円になりますよね?
その楕円を大きくし、なおかつ加速度を得るためって事でしょうか?
つまり何回もスイングバイしたって事なのでしょうか?

詳しい方解説よろしくお願いします

Aベストアンサー

太陽周回軌道を航行させ、イオンエンジンを使用し離心率を拡大して、
軌道エネルギー蓄積させながら、地球を利用してスイングバイを行い、
小惑星イトカワへ向かったので、ロゼッタ彗星探査機の様な(地球-火星-地球スイングバイの)多段階のスイングバイ航法ではありません。

http://www.japa-shibu.jp/okinawa/hayabusa.pdf

Qスイングバイの多用で惑星の軌道は落ちる?

 スイングバイの前後で物体の速度は増加しています。その分のエネルギーは誰が支払っているのか、と考えると対象とした天体(惑星など)が公転している天体(太陽など)に対して軌道を落としていると考えられます。もしそれが本当なら、理屈の上ではどのような経過でそうなるのでしょうか。

Aベストアンサー

 #5さんが書かれているように、弾性衝突であるとみなすことができ、宇宙船の運動エネルギーの増加分は惑星の運動エネルギーから得ます。しかし、宇宙船と惑星の質量の比はケタ違いで(例えば地球の質量は10^24 kg)、宇宙船が一個スイングバイしたぐらいでは惑星の速度変化は測定不可能でしょう。
 理屈の上での話をすれば、もし正円軌道の惑星がある瞬間に運動エネルギーを減少させた(速さが遅くなった)ならば、その地点を遠点とする楕円軌道に変化します。(全体としてより太陽に近い軌道になる。)
 円軌道を保つという何らかの条件(例えば、たくさんの宇宙船が連続的に次々とスイングバイしていって、惑星の軌道が少しずつ変化していく、のような。)の下で考えるならば、エネルギーを失うのですから軌道半径は小さくなっていきます。

>私は外側に「落ちる」と想像しています

 おそらく質問者さんは、軌道半径が大きいほど速度が低いので低エネルギー状態である、と考えておられると推察しますが、それは正しくありません。惑星のエネルギーは運動エネルギーと位置エネルギーの和であり、前者は 1/2 GMm(1/r) であるのに対し、後者は -GMm(1/r) ですので、合計 -(1/2) GMm(1/r) となります。すなわち公転半径が小さいほどトータルとして低エネルギー状態です。

補足1:ちなみに、実際の天体でエネルギーを失いながら公転半径を徐々に小さくしている例としては、降着円盤が該当するでしょう。

補足2:逆の例として、地球の月は、潮汐力という摩擦力で地球の自転を遅くするように働きますが、その結果、月の軌道は徐々に地球から遠ざかっています。ふつうこれは「角運動量の保存」と説明されていますが、同時に、失われた地球の自転エネルギーの一部が月に移動しているとも言えます。

 #5さんが書かれているように、弾性衝突であるとみなすことができ、宇宙船の運動エネルギーの増加分は惑星の運動エネルギーから得ます。しかし、宇宙船と惑星の質量の比はケタ違いで(例えば地球の質量は10^24 kg)、宇宙船が一個スイングバイしたぐらいでは惑星の速度変化は測定不可能でしょう。
 理屈の上での話をすれば、もし正円軌道の惑星がある瞬間に運動エネルギーを減少させた(速さが遅くなった)ならば、その地点を遠点とする楕円軌道に変化します。(全体としてより太陽に近い軌道になる。)
 円軌道を...続きを読む

Q土星探査機カッシーニについて

gooのニュースなどでも出ていますが、カッシーニが撮影した土星の写真が公開されましたよね。

自分は天文学とかまったくの素人なので教えて欲しいのですが、ああいう探査機はどういう方法で目的地に向かって飛んでいるのですか?

月くらいの距離であれば、なんとか出来そうな感じはわかるのですが、10年近くもかかって35億キロも旅しているカッシーニはスゴすぎます。

●その1=目的地へ向かう軌道修正の方法、出力の方法。

●その2=なぜ故障しない? また、未知の空間を飛び続けているのに、様々な起こりうるであろうトラブルをどう想定して設計したのか?

●その3=カッシーニは最終的にはどうなる?

●その4=今回撮影した画像
http://news.goo.ne.jp/news/picture/jiji/20040228/1684501.html
の左の輪に影のような部分があって、輪が途中で切れているように見えるが、これは何? 単純に影ですか?

●その5=土星はなんでこんなにも素敵なんですか?

全部でなくて結構ですので、お答えいただけると嬉しいです。

gooのニュースなどでも出ていますが、カッシーニが撮影した土星の写真が公開されましたよね。

自分は天文学とかまったくの素人なので教えて欲しいのですが、ああいう探査機はどういう方法で目的地に向かって飛んでいるのですか?

月くらいの距離であれば、なんとか出来そうな感じはわかるのですが、10年近くもかかって35億キロも旅しているカッシーニはスゴすぎます。

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●その2=なぜ故障しない? また、未知の空間を飛び続けているのに、様々な...続きを読む

Aベストアンサー

●1
大きく軌道変更する場合は,天体の重力を用います.
地球や金星などの大きな天体の近くを通過する際に,
その重力で加速しつつ方向を変えます.「スイングバイ」と言います.
細かい軌道修正は探査機についているエンジンで行います.
出力としてはプルトニウム電池を積んでいます.
土星までいくと,太陽電池はあまり役に立たないので.

●2
全てのトラブルを予期することは不可能ですが,
簡単に言えば,
過去に沢山行われた探査計画の結果を生かしている,
と言うのが適当でしょう.

●3
探査機自体がどのくらい持つのかにも依りますが,
土星に突入することになるでしょう,
#木星探査機ガリレオは,最期は木星に突入しました.

●4
影です.土星本体の影がリングにかかっています.

●5
ある意味最大の疑問ですね.
土星の特徴はその大きなリングにあると言えますが,
これは小天体の破片と言われています.

ではとりいそぎ.

Q土星探査機カッシーニの最大速度はどのくらい?

ニュートンを読むと6年8ヶ月かけて35億キロメートルの道のりを進んだと書いてありました。自分で計算すると平均速度が時速約6万キロ、秒速約16.6kmになったのですがスカイバイを利用しているのでスタート時の速度はもっと遅かったと思います。

そこでお聞きしたいのですがカッシーニの最大速度は時速どのくらいでしょうか?

なかなか難しいとは思いますが。

Aベストアンサー

>スタート時の速度はもっと遅かったと思います。
>そこでお聞きしたいのですがカッシーニの
>最大速度は時速どのくらいでしょうか?

いえ,むしろ逆で,打ち上げてから金星や地球をスウィング・バイしていた時の方が太陽に対する速度は大きいです.

太陽から離れて行くような飛行では,速度エネルギが位置エネルギに変換されて行くので,ロケット等で加速しない限りどんどん減速します.

これは,丁度地上で上向きにボールを投げるのと同じです.

それで考えるに,カッシーニが太陽に対する相対速度が最大になるのは,恐らく1999年8月18日に2回目の地球スウィング・バイを実施した際ではないかと思います.

なぜならば,このスウィング・バイの後カッシーニはひとまず木星に向けて飛行することになりますので,この時点で少なくとも地球の軌道平均速度約30km/sよりも速くなっている必要があるからです.

また,地球軌道上で太陽系を脱出する速度は約42.12km(下記サイト参照)ですから,地球スウィング・バイの際にはこれよりも遅くないとそのまま太陽系外まで出て行ってしまいます.

http://www002.upp.so-net.ne.jp/a-cubed/astro/solar_entry-j.html

よって,カッシーニの最大速度は30~40km/sの間と見て良いかと思います.

と,色々探してましたら,以下のpdfの38ページに,カッシーニの最大速度が約32km/sと書いてありました.

http://saturn1.jpl.nasa.gov/education/pdfs/questions_answers.pdf

参考URL:http://www002.upp.so-net.ne.jp/a-cubed/astro/solar_entry-j.html

>スタート時の速度はもっと遅かったと思います。
>そこでお聞きしたいのですがカッシーニの
>最大速度は時速どのくらいでしょうか?

いえ,むしろ逆で,打ち上げてから金星や地球をスウィング・バイしていた時の方が太陽に対する速度は大きいです.

太陽から離れて行くような飛行では,速度エネルギが位置エネルギに変換されて行くので,ロケット等で加速しない限りどんどん減速します.

これは,丁度地上で上向きにボールを投げるのと同じです.

それで考えるに,カッシーニが太陽に対する相対速度...続きを読む


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