引力弹弓助力，航天器飞向远方如虎添翼

近日，美国露西探测器重返地球附近，借助地球引力弹弓，加速飞向特洛伊小行星群，而该消息也让引力弹弓再次成为热点。
借力天体用处大
引力弹弓又称重力弹射，是一种利用大天体的引力为航天器改变速度的方法，既能加速，又能减速，还可以改变速度方向。
引力弹弓的原理其实并不复杂，我们可以把航天器想象成一个正在跑步的小个子，当他的运动路线和另一个同样在跑步的大个子交叉或接近时，大个子伸出手来拉了他一把，帮助小个子加速、减速或者改变方向。在这里，大个子就是行星之类的大天体，那只手则是引力。

露西探测器探访小行星示意图
那么航天器改变运动状态所需的能量来自哪里呢？不是来自行星的引力场，而是来自行星的动能。也就是说，根据能量守恒定律，当航天器速度改变后，行星速度也会出现相应的变化，但两者的质量相差太大了，行星远比航天器重得多，所以行星速度改变幅度可以忽略不计。
引力弹弓在航天器的星际旅行中用处很大，最重要的好处就是借力更轻松地改变轨道，降低发射能量，节省燃料。
一方面，航天器上堪称“寸土寸金”，携带的燃料越多，对火箭的要求就越高，综合成本也随之上涨，节省燃料可以收获很大的经济效益。另一方面，在目前的技术水平下，在轨航天器补加燃料并不容易，如果想完成扩展任务，或者需要紧急变轨，燃料越多，可操作的空间就越大。
“轨道设计师”很努力
有人难免疑惑：“借力转移”会不会让航天器飞行很多“弯路”，浪费时间？实际上，在某些情况下，引力弹弓反而能缩短航天器星际航行用时。
比如探测器选择最经济的双切椭圆轨道飞行，从地球飞到土星需要约6年，飞到天王星需要约16年，飞抵海王星更是需要31年左右。假如借助木星作为引力“跳板”，探测器从地球飞抵土星只需3～4年,飞到天王星只需8～9年,飞抵海王星附近，用时应不超过12年。