探索太空，有时得向行星借力

来源:科技日报
还记得去年八月开启“奔日”旅程的“帕克”太阳探测器吗？它正跋涉在逐步靠近太阳的旅途上。按照计划，它已于近日抵达第二个轨道近日点。而在整个飞行过程中，它将7次利用金星的引力弹弓作用，一次次靠近太阳，直至“触摸”太阳。
虽然“帕克号”遥不可及，但引力弹弓对人们已不是个陌生词汇。在电影《流浪地球》中，人类将地球送出太阳系的过程中便用到了木星的引力弹弓效应。随着电影的热映，引力弹弓已然成为观众最为关注的“硬核”科技之一。
那么，出现在深空探测实践和科幻电影中引力弹弓到底是什么？什么情况下才需要借助引力弹弓完成任务呢？
推进系统“差劲” 玩转引力才行
“所谓引力弹弓就是航天器在飞行过程中有意靠近行星等天体，借用天体引力改变航天器的速度大小和方向，从而有目的地改变航天器的运行轨道。”清华大学航天航空学院航天动力学与控制实验室副教授龚胜平说，引力弹弓只是一个比较形象的“昵称”。执行深空探测任务的航天器往往先要大幅加速才能飞出地球引力空间，又要大幅减速才能被目标天体捕获，飞行途中还要多次进行轨道修正，整个过程耗费大量燃料。如果任务的能量需求超出航天器推进系统能力，往往就要借助引力弹弓来给航天器“加把劲儿”。
“事实上，宇宙中天体的运行轨道被其他天体引力改变是常见的天文现象，原理就是牛顿第二定律和开普勒运动定律。”中国科学院国家天文台平劲松研究员在接受科技日报记者采访时表示，比如火星的两个卫星——火卫一和火卫二，关于其来源的一种猜测就是它们是被火星引力捕获的小行星。再比如太阳系中的彗星，其运行轨道的焦点应该是太阳系的平均质心，但太阳引力会对距离较近的彗星造成扰动，使其偏离理论轨道。此外，我们经常在新闻中看到，有小行星与地球擦肩而过，险些撞击地球，这些小行星的运行轨道往往也会因地球引力而改变。也就是说，宇宙中本身就存在引力弹弓效应。
“引力弹弓不仅能实现电影中的加速作用，也能使航天器减速。”龚胜平介绍，美国国家航空航天局（NASA）在1977年开始的“壮丽旅程”计划就利用了引力弹弓的加速作用，旨在将航天器送出太阳系。其中“旅行者1号”只经过木星和土星的两次加速就达到了太阳系逃逸速度，“旅行者2号”更是利用了木星、土星、天王星、海王星的四次加速。1974年美国发射的人类历史上首个水星探测器“水手10号”则通过飞越金星减速，实现靠近水星的目的。