太空旅行：引力弹弓是怎么发挥作用的？引力弹弓——让人类实现飞天

引力弹弓——让人类实现飞天梦

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（图源:基里尔·库德里亚夫采夫摄/法新社/盖蒂图片社）
什么是引力助推原理或称之为引力弹弓？它的内在运作机制和规律是怎样的？这一问题最早出现在美国知识共享问答网站Quora上，这个网站邀请了有很多专业人士为一些专业技术问题提供令人信服的解答。
针对上一问题，获得物理学和哲学双学位，其中物理学为博士学位的保罗·梅伍德，在Quora网上做出回答：引力弹弓通常被解释为一个小型天体（如太空探测器）利用一个大型天体（如行星）的引力来加速自身。

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（图源:网络图片，引力弹弓示意图）
随着科技发展，现在我们来看这个答案是错误的（或者至少是并不完全准确），我们很容易发现其中的问题。引力势是相对的，当探测器落入大天体的引力井时，它能获得动能；但当它离开这一引力井时，它获得的能量将丢失。这也就意味着，当探测器飞离行星时其速度并不会增加。
那么，引力弹弓效应是如何产生作用的呢？

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事实上，引力弹弓是利用引力来获取行星的一些动量并将之转移至自身，促使自身动量增加、速度提升。因此，这种效应也会相应降低行星的动量，引发行星速度的稍微减慢（因为探测器的质量相对行星非常渺小，所以这种减慢的速度微乎其微）。

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（图解：美国航天局黎明号引力弹弓轨道图，地球-火星霍曼转移轨道-火星引力弹弓加速-灶神星霍曼转移轨道-灶神星捕获及环绕轨道-灶神星引力弹弓加速-灶神星-谷神星霍曼转移轨道-谷神星环绕轨道；图源:NASA ，我是科学家，鸑鷟鹓鶵汉化）
鉴于再怎么深入研究矢量图也没有实际实验来的直观，我们来做一个较为类似的实验来帮助大家理解一下这个原理：
首先，让一辆大卡车以60英里/小时的速度笔直的向你驶来；
其次，拿一些网球，向卡车正面扔过去；
然后，观察网球向你弹回来的速度，如果你观察的比较仔细，很容易可以看到这些球弹回来的速度远比你将它们扔向卡车的速度快。卡车为网球反向加速弹回提供了动能，但因为动量是守恒的，所以每一个网球都使卡车稍微减速（尽管网球带来的减速微乎其微，不被我们察觉）。

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最后，别忘了在适当的时候离开卡车的前方，避免被撞。
反复重复以上实验，直到你完全理解动力转移加速带来的效果，或被卡车撞倒。
这个实验呈现效果的内在原理与引力弹弓非常类似，只是将动能从行星传递给太空探测器的不是像卡车碰撞网球一样的接触的力，而是行星对探测器的引力。
【太空旅行：引力弹弓是怎么发挥作用的？】另外，在实际案例中，轨道力学并不像面对面的碰撞那样简单的受力，整个运作过程必须仔细研究计算。但通过引力弹弓的方式，特别是太空探测器连续对好几个行星通过这种方式，可以获得巨大的动能，实现速度飞跃式的提升。

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最终造成的结果是，太空探测器获取了极大的速度，飞向更广阔的宇宙，留下了太阳系内只有在显微镜下才能勉强看出些微减速的行星们。

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（图解:太空探测器太空飞行意向图；图源：网络图片）
空间研究是通过发展壮大空间科技来进一步发现和探索地外空间的天体结构。虽然空间研究主要是由天文学家们利用天文望远镜观测进行，但对地外空间的物理探索主要是通过无人空间探测器和人类太空飞行来进行。
虽然对地外空间的观测研究，也即天文学，出现的远比人类历史记载的要早。但直至20世纪中期，大型运载火箭技术的发展，才使人类高效探索宇宙空间成为现实。探索太空可以推进国家科技进步、提高国家威望、促进不同国家的沟通交流与团结、为人类未来走向太空延续文明增加筹码，同时也有助于抢占军事战备制高点，在与其他国家的对抗中占据优势地位。