Иногда знание о силе гравитации помогает решить некоторые проблемы. Так, сила притяжения планет позволяет увеличивать скорость межпланетных аппаратов. Например, зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2» смогли разогнаться за счет падения на Юпитер и Сатурн так, что улетели от Солнца в межзвездную среду. Интересен случай с американо-гонконгским спутником связи AsiaSat 3. При запуске аппарата в 1997 году двигатели разгонного блока смогли вывести аппарат на эллиптическую орбиту для перехода на круговую, более удаленную от Земли. Но когда повторно потребовалось совершить для этого разгон, двигатели проработали одну секунду вместо запланированных 130. Естественно, этого было недостаточно, чтобы выйти на расчетный уровень. AsiaSat 3 отделился от неисправного разгонного блока. На спутнике были собственные двигатели, правда, с куда меньшим запасом топлива. Ученые нашли гениальное решение: спутник отправили в совершенно другую сторону – к Луне.
Естественный спутник Земли своим притяжением начал разгонять искусственный. Это помогло значительно сэкономить топливо. Хотя аппарат получил достаточную и даже бо́льшую скорость, он стал перемещаться по траектории, напоминающей восьмерку, – то вокруг Земли, то вокруг Луны, но топливо еще оставалась. В какой-то момент, когда AsiaSat 3 двигался к Земле и пролетал мимо нужной орбиты, его слегка затормозили и вывели в расчетную точку.
Также гравитацию сейчас используют для геологических исследований. Разные точки на Земле имеют разную гравитацию. В силу этого спутники меняют свою орбиту, пусть и ненамного. Так что космические аппараты летают не совсем по кругу или эллипсу. Когда спутник летит над залежами тяжелых пород, например металлической руды, он слегка приближается к Земле, и наоборот, когда пролетает над пустотами, удаляется от нее. Для Луны этот эффект также оказался очень заметным и важным. Советская межпланетная станция «Луна-10», первый искусственный спутник Луны, за один оборот отклонялась на полкилометра от рассчитанной траектории. Правда, эта ошибка в расчетах сильно на миссии не сказалась, а как раз позволила открыть необычную особенность – гравитационную неоднородность ночного светила. Позже регионы с повышенной или пониженной силой притяжения стали называть масконами.
Карта гравитационных аномалий Луны. NASA
Американским астронавтам миссии «Аполлон-11» этот эффект немало потрепал нервы. Знаменитый «Орел» с Нилом Армстронгом и Баззом Олдрином смог прилуниться только в 6 км от предполагаемого безопасного места посадки. Астронавты заметно отклонились от плановой траектории, да еще возникли проблемы с компьютером. Удалось сесть буквально на последних 5 % выделенного для этого топлива. Во второй миссии такой опыт учли, и точность посадки составляла уже около 160 м. Так как Луна очень неоднородна, то и впоследствии случались ошибки в расчетах, хотя инженерам была известна суть проблемы. Например, американский спутник Луны PFS-2 должен был проработать полтора года, но из-за масконов упал уже на 35-й день.
Для расчета околоземных орбит куда более важно учитывать неравномерность распределения массы не в планете, а в спутнике, как искусственном, так и естественном. С Луной, например, уже произошло следующее: она теперь повернута к нашей планете одной стороной. Правда, тут еще играют роль приливы, которые Земля вызывает у своей спутницы. Известно, что Луна образует своим притяжением водяной горб на поверхности нашей планеты. Однако приливное взаимодействие работает и в другую сторону. Гравитация Земли тоже образует на Луне горб, причем из-за большей массы и эффект сильнее. Правда, воды на естественном спутнике нет, но силы было достаточно, чтобы вытянуть всю Луну (в те времена, когда она была молодая и пластичная). Образовавшийся горб на естественном спутнике имеет свое притяжение, и на него тоже действует гравитация Земли. Из-за этой деформации Луна начала замедляться. Этот процесс шел, пока Луна не оказалась повернута одной стороной к Земле.
Такие же проблемы не раз возникали и у ракет. Так, если космический аппарат был плохо сбалансирован, то он начинал вращаться. Земля сильнее притягивала к себе его более тяжелую часть. Жидкое топливо в силу различных причин перемещалось в баке. Это приводило к потере баланса и перевороту ракеты-носителя. Так, например, было при втором пуске ракеты-носителя Р-16 в 1960 году. В результате ее вторая ступень потеряла управление и улетела в сторону Китая. Для решения подобной проблемы сейчас повсеместно применяются механические демпферы колебаний жидкости.