前言不写了,这篇只是给引力弹弓进行最大程度的计算简化。
本篇文章将会转成视频的形式发布。
如果要看前言部分,请去这篇文章中寻找。
(资料图片仅供参考)
引力弹弓中,最重要的主要是两个因素:时间与速度位置矢量。时间可以直接使用开普勒方程解决,但速度位置矢量需要不断地切换坐标系来进行。
为了方便运算,这里的所有参考系的坐标轴方向一致,且不旋转。
这张图中,可以看出,在始末引力势能相同时,离心率矢量与速度矢量改变的方向相反。也就是说,图中有以下关系:①
首先,需要得到离心率矢量的表达式。
由于过于复杂,这里不予展出,详细请见这里:https://sat.huijiwiki.com/wiki/离心率#离心率矢量
最终,可以得到离心率矢量的表达式:
显然,对于①中的k,有这个关系:
因此,只需要求出即可。
对于图中的几何关系,我们有:
以及:
可以得到:
由于等一会需要θ的余弦值,以使用余弦定理,因此让两边同时取余弦,可以得到:
因为,所以:
②
把图放大,对这个矢量三角形使用余弦定理:
对于轨道上的任意点,真近点角φ满足以下关系:③
将③代入:
④
把④代入①中,便可得到:
这个式子很丑陋,而根号里的这个平方项实际上就是真近点角的余弦值cosφ。这也就是说,我们可以通过确定轨道的初始的速度位置矢量即可得到末速度矢量。
对于,则更加简单。
通过观察,很容易得到:
而根据两矢量同向,很容易得到m为两矢量模长比,进而得到:
同样地,可以得到和一样的结论。对于时间,只是简单地套一下开普勒方程,只是注意,这里的平近点角M的表达式:。剩下的部分不再叙述。
这样,对于一次引力弹弓,需要的数据全部齐全。需要控制的量只有6个:初始的速度位置矢量,而其它的量均可由这6个量间接得到。首要得到的数据是角动量和近拱点——后者是引力弹弓中主要的限制因素,尤其是在数据较极限时,要求很严格。
下期是一次练习,来检验一下水平。
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