引力弹弓助力，航天器飞向远方如虎添翼(2)

新视野号探测器探访遥远的冥王星示意图
当然，航天器要借助外星球引力变轨，不是那么简单的，需要计算出合适的变轨时间和位置，以保证航天器最终能到达目标轨道，最好在整个变轨过程中耗费燃料最少。
同时，深空探测器的航程往往很漫长，途中要考虑的变量很多，比如行星、恒星的引力及它们之间的相互作用，太阳光压摄动，借力飞行的时间范围和轨道参数等。
航天科研人员需要充当“轨道设计师”，事先建立轨道动力学模型，根据航天器状态，一步步进行推算，并借助计算机对轨道参数进行反复迭代和优化，可以说是技术含量很高的工作。
航天器长期受益多
正是由于具备多种优势，科研人员很早就开始求助于引力弹弓。一般认为，航天器第一次利用引力弹弓发生在1959年，当时苏联月球3号探测器从月球南极附近飞过，借助月球引力，绕到月球背面，拍摄了第一幅月背图像。
之后，美国“先驱者10号”“先驱者11号”在20世纪70年代分别借助木星和木星、土星的引力弹弓，首次探测外太阳系。“旅行者2号”更是利用了多颗行星的引力弹弓，尝试“触摸”太阳系边缘。

美国旅行者系列探测器追寻遥远深空示意图
还有美欧合作的卡西尼-惠更斯号土星探测器，利用行星引力弹弓抵达土星后，又多次利用土卫六的引力弹弓效应，进行各种“花式变轨”，帮助人类对土星及其卫星系统有了更深入全面的认知。
除了加速外，引力弹弓也多次帮助航天器“悬崖勒马”。航天器一旦向太阳飞去，就会受到太阳的强大引力而不断加速。在探测水星或者太阳时，航天器一不小心，不但无法进入预定轨道，还会被“拉”进太阳的酷热环境中。凭借现有技术（如推进器反向减速等）不可能使航天器直接“刹车”并留在目标轨道上，所以需要利用引力弹弓效应及时减速，综合借助地球、金星、水星的作用，反复调整轨道，再加上航天器发动机“拼尽全力”，航天器才有可能完美地进入轨道。例如，2020年2月升空的美欧“环日轨道器”规划借助引力弹弓减速达9次之多。
至于文章开头提到的露西探测器，同样是利用引力弹弓的“高手”。2021年10月16日发射升空后，“露西”预计在12年内行程64亿公里，探索8颗小行星，由此将成为单次任务探测小行星数量最多的航天器。飞行途中，“露西”规划了3次利用地球引力弹弓效应提速，首次就是今年10月16日经过澳大利亚上空300多公里高度的轨道，未来再进行2次借力加速，最终将在2025年与第一颗目标小行星相逢。