引力彈弓是什麼意思？

引力彈弓是指利用行星或其他天體的相對運動和引力來改變太空探測器的軌道和速度，以此來節省燃料、時間和計劃成本。

一般人會説：當飛行器朝向行星飛行時，由於受到行星的引力，因此能夠加速，這好理解；但難以理解的是，當飛行器飛過行星以後，即飛離行星時，行星的引力會使其減速，正負抵消，似乎不可能起到加速作用。但其實利用彈弓效應時，飛行器並不是直線飛掠過行星，而是會在行星引力作用下繞着行星轉一個彎，被行星帶着向前飛一段，類似衞星繞行星運動。衞星圍繞行星運動時，除了自身的速度外，它還和行星以同樣的速度一起向前運動，當衞星運動方向與行星一致時，衞星的運動速度就是兩者速度相加。

不僅如此，精確的計算還會利用上行星的引力對飛行器加速，由於飛行器是作曲線運動，可使飛近和飛離行星的引力作用不一樣大，因此不會產生上面所説直線運動完全抵消的情況，即使得加速作用大於減速作用。

準確計算好角度、距離和速度，就可使得飛行器不會被行星捕獲成為其衞星，只是被其帶着向前飛一段，然後由於引力使速度增加，離心力也增加，故飛行器又被甩出去，但這時飛行器被甩出去的速度就是加上了行星運動的速度以及引力增加的速度。

想象你奔跑着跳上一輛運動的火車（是那種一塊平板的貨車），上了車你仍以慣性向前跑，可你沒想到，火車這時正好進入轉彎，被火車帶着向前運動了一小段後你又被離心力甩出了火車，此時你被甩出去的速度就是你原來跑的速度加上火車的速度。這個問題的核心在於「碰撞」，是「碰撞」的過程給了航天器以能量。

有的讀者可能會疑惑：航天器分明沒有撞上天體啊，為什麼要稱其為碰撞呢？

所謂「引力彈弓」，就是讓航天器進入某個行星的引力範圍之內，繞着它轉半圈，然後從相反方向飛走，走的時候，速度就疊加上來行星的速度，從而大大提高了航天器的速度。這種技術常常用在行星際旅行之中，比如如果要想飛出太陽系，就需要利用一些大質量天體，例如木星，來加速。

我們先考慮一個日常能夠見到的模型：乒乓球和汽車。我們知道，汽車的質量遠遠大於乒乓球，所以乒乓球撞到汽車上，汽車的速度變化幾乎可以忽略。然而乒乓球則不同：相對地面1m/s的乒乓球，撞上1m/s駛來的汽車，會反彈回來，而且速度是2m/s。也就是説，在這個近似完全彈性的碰撞之中，乒乓球從汽車那裏吸收了一點點能量，大大提高了自己的速度。

同時，汽車也失去了一點點能量，然而由於其本身質量很大，所以速度並沒有可見的變化。這就給我們了一個啟示：既然行星都在以極高的速度運動，那隻要將航天器與它進行「彈性碰撞」就可以了。然而傳統意義上的碰撞顯然是不可行的——那將會摧毀航天器。

這時，就需要考慮更廣義層面的「碰撞」了。在處理粒子相互作用的時候，常常也會用到碰撞的概念，而由於粒子很難真正的碰到一起，所以這裏的「碰撞」，其實指的是其中一個粒子的運動軌跡受到了另一個粒子的影響。

在這裏，恰恰如此，航天器從天體的後方繞過，又折返回來，就如同是被撞回來了一樣，在這個過程中，就吸收了行星自身的動能。也就是所謂「引力彈弓效應」。

引力彈弓這是一種非常成熟的航天技術，現實中有着廣泛的應用。人類第一次利用引力彈弓效應發生在1959年，當時蘇聯的月球3號探測器從月球南極後方飛過，藉助月球的引力繞到月球背面並拍攝了人類第一幅月球背面的圖像。這次的引力助推不但改變了探測器的飛行軌道平面，也少許增加了速度。

1977年，NASA著名的旅行者1號和旅行者2號發射升空，各攜帶帶有人類信息的金唱片飛往宇宙深處。目前，旅行者1號和旅行者2號分別於2013年和2018年先後成為進入星際空間的人類探測器。這兩枚探測器就充分利用過引力彈弓效應，旅行者1號在飛掠木星和土星時，利用了這兩顆大行星進行了加速，然後才達到了太陽的逃逸速度。旅行者2號利用了木星、土星以及天王星的加速，但在接近海王星時，為了探測海王星的衞星”海衞一“，飛掠海王星的角度導致了相反的引力彈弓效應，速度下降了一些。導致最終速度旅行者1號比旅行者2號要快，首先進入星際空間。