引力弹弓是什么意思

精简回答

引力弹弓是指利用行星或其他天体的相对运动和引力来改变空间探测器的轨道和速度，从而节省燃料、时间和规划成本。

相信很多人都听过重力弹弓这个词，但可能知道它具体概念和含义的人并不多。所以我们要讲讲重力弹弓是什么意思。

详细介绍方法/步骤

普通人会说：飞机飞向行星时，由于行星的引力可以加速，这很好理解；但是很难理解，飞机飞过一颗行星，也就是飞离它的时候，行星的引力会使它减速，而加速似乎是不可能的。但实际上，在使用弹弓效应时，飞行器并不是直线飞过行星，而是在行星的引力作用下绕着行星转，由行星携带前进，类似于卫星绕着行星的运动。当卫星绕着一颗行星运动时，除了自身的速度外，它也以同样的速度随行星向前运动。当卫星与行星同向运动时，卫星的速度就是两个速度之和。

不仅如此，精确的计算还会利用上行星的引力来加速飞机。因为飞机是曲线运动的，所以接近和离开行星的引力效应是不同的，所以上述直线运动不会完全抵消，即使加速效应大于减速效应。

通过精确计算角度、距离和速度，飞机不会被行星作为其卫星捕获，而只会随其向前飞行，然后由于重力作用速度会增大，离心力也会增大，于是飞机又会被甩出去，但是飞机被甩出去的速度是行星运动的速度和重力增大的速度。

想象你在一辆行驶的火车(是一种平板车)上奔跑跳跃。上了火车，你还是带着惯性往前跑，却没想到火车这时候刚好进入弯道。被火车向前抬了一小段时间后，你被离心力甩出了火车。这个时候你被甩出去的速度就是你原来的跑步速度加上火车的速度。这个问题的核心在于碰撞，碰撞给航天器提供能量。

有些读者可能会疑惑：飞船明明没有撞上天体，为什么要叫碰撞？所谓引力弹弓，就是让飞船进入一颗行星的引力范围，绕着它转半圈，然后从相反的方向飞走。离开时速度会叠加在行星的速度上，从而大大提高飞船的速度。这项技术经常用于星际旅行。比如你想飞出太阳系，需要用一些质量大的物体，比如木星，来加速。

让我们考虑一个日常可见的模型：乒乓球和汽车。我们知道，车的质量远远大于乒乓球，所以乒乓球打在车上，车的变速几乎可以忽略不计。但乒乓球就不一样了：离地1m/s的乒乓球以1m/s的速度撞向迎面而来的汽车时会反弹，速度为2m/s，也就是说在这个几乎完全有弹性的碰撞中，乒乓球从汽车上吸收了一点能量，大大提高了速度。同时车也损失了一点能量，但是由于自身质量的原因，速度没有明显的变化。这给了我们一个启示：既然行星是以极高的速度运动的，那么飞船只需要与它发生弹性碰撞即可。但是传统意义上的碰撞显然不可行，会破坏飞船。

此时需要在更广的层面考虑碰撞问题。在处理粒子之间的相互作用时，经常使用碰撞的概念。因为粒子很难真正相遇，这里的碰撞实际上是指一个粒子的轨迹受到另一个粒子的影响。在这里，就像这样，飞船绕过了天体的后部，又折返回来，就像被打回去一样。在这个过程中，它吸收了行星本身的动能。所谓的引力弹弓效应。

重力弹弓是一项非常成熟的航天技术，在现实中应用广泛。人类第一次使用重力弹弓效应发生在1959年，当时苏联的月球3号探测器在月球南极后面飞行，借助月球的重力绕月球背面盘旋，拍摄了第一张月球背面的图像。这种重力推进不仅改变了探测器的飞行轨道平面，还略微提高了速度。

1977年，nasa著名的航海家1号和航海家2号发射升空，各载有人类信息的金唱片，飞往深处。目前，旅行者1号和旅行者2号分别在2013年和2018年成为人类进入星际空间的探测器。这两个探测器充分利用了引力弹弓效应。旅行者1号飞越木星和土星时，利用这两颗大行星加速，然后达到太阳逃逸速度。旅行者2号利用了木星、土星和天王星的加速度，但在接近海王星时，为了探测海王星的卫星“海卫一”，海王星的飞行角度导致了相反的引力弹弓效应，速度下降了一点。结果航海家1号的比较终速度比航海家2号快，先进入星际空间。