

引力辅助——飞掠——非常巧妙。这些精密的操作涉及到利用行星的引力来加速和引导航天器前往目的地。它常常被比作弹弓动作,好像行星抓住并把飞过的航天器抛了出去。但实际上,飞掠更像是把一个乒乓球扔进吊扇的叶片。叶片会击中球,让它更快地飞走,方向也不同。现在想象一下,以一种方式把乒乓球扔进吊扇,然后球又击中了你旁边的墙壁上的一个标记。这就是行星飞掠。

行星的引力远比航天器强,这意味着当航天器飞过行星时,行星对航天器的引力远大于航天器对行星的引力。行星在引力的作用下将航天器拉入并抛出,在这个过程中将一部分动量转移给经过的飞行器。同时,航天器实际上也从行星那里夺走了一点动量。但还不止这些。行星并非静止不动;它们围绕太阳公转,并围绕自身的轴线旋转。因此,当航天器经过行星时,行星的自转有助于弯曲航天器的轨迹。
飞掠本质上是为了增加航天器太阳轨道的能量,使其速度超越运载火箭所能达到的速度。以 旅行者号任务 为例,这两次任务的目标行星都是土星。发射这两艘航天器的 Titan-III/Centaur 火箭只有足够的能量将它们送往木星。如果没有木星的存在,这两艘航天器将进入一个永久的椭圆形太阳轨道,距离太阳最近时与地球轨道相当,最远时则到达木星轨道。但是,这颗巨大的行星就在那里,当航天器穿越它的轨道时,被行星的引力所吸引。它们没有减速到足以留在木星,而是从这颗气态巨行星获得了动量,开始前往土星的旅程。旅行者号航天器在到达土星后分道扬镳,因为它们的飞掠轨迹略有不同。旅行者1号穿过土星系统时,其轨迹使其飞出了黄道面;而旅行者2号穿过该系统时,其轨迹被弯曲指向了天王星的方向。
反之亦也成立。一次瞄准得当的飞掠可以减速航天器,使其速度降低到足以被另一个天体的引力捕获。美国宇航局的伽利略号探测器曾飞掠木星的卫星木卫一以减速,这意味着任务需要携带稍少的燃料来进行减速点火,将其送入绕木星运行的轨道。
引力辅助对于深空机器人任务极其有用,在20世纪60年代,美国宇航局就探索过(不幸的是,仅限于概念任务)利用它 一次飞行同时让宇航员访问金星和火星 的方法。这将是一项漫长但非常有趣的任务。
来源: NASA