米诺维奇与引力弹弓效应

米诺维奇与引力弹弓效应

迈克尔·米诺维奇

迈克尔·安德鲁·米诺维奇 (约1936年一今)是一名美国数学家。他改变了普遍对火箭推进飞行器如何在太阳和星际空间航行的理解。1961年，米诺维奇还是加利福尼亚大学洛杉矶分校的一名研究生，米诺维奇使用了当时最快的计算机IBM 7090来解决三体问题。

IBM-7090体型巨大，但计算速度很慢虽然是当时最快的计算机，但是却比今天最差的笔记本电脑还要差得远。光是慢也就罢了，它用起来还特别贵。一旦开机，一小时就得花掉1000美元。米诺维奇利用该计算机进行了多次模拟，并在1962年阐述了他自己的答案。首次发现了引力弹弓( 又名重力助推) 技术。

什么是引力弹弓效应?

引力弹弓效应是利用行星或其他天体的相对运动和引力来改变飞行器的轨道和速度，以此来节省燃料、时间和计划成本。引力弹弓既用于加速飞行器，也能用于降低飞行器速度，在太阳系中，由于飞往内行星的飞行器的轨道方向是朝向太阳的，所以其可以获得加速度;而飞往外行星的飞行器由于是背向太阳飞行的，故其速度会逐渐降低。

通常使用火箭助推是为飞行器加减速的重要方法之一。但是火箭助推需要燃料，燃料具有重量，而即使是增加很少量的负载也必须考虑使用更大的火箭引擎将飞行器发射出地球。而使用引力助推法则飞行器无需携带额外的燃料就可实现加减速。

此外，条件适宜的情况下，大气制动也可用来实现飞行器的减速。如果可能，两种方法可以结合起来使用，以最大程度地节省燃料。

什么是引力弹弓效应?

更为通俗的说，当航天器靠近一颗行星的时候，会被它的引力所吸引。由于行星本身也在以很高的速度绕着太阳旋转，它就会拖着航天器和它一起跑，从而把自己的速度也传给航天器。这样一来，只要航天器不被行星捕获它就能获得行星提供的额外速度，从而以比原来大得多的速度被抛射出去。

换句话说，这颗行星就成了给航天器加速的太空加油站，你可以把这个物理过程理解为搭便车。如果一个人在马路上跑步，那他的速度总是有限的。但如果他在一列开着的火车上跑步，他的速度就会和火车的速度叠加在一起，从而大大增加。

引力弹弓效应的应用

引力弹弓效应是人类航天史上的一个里程碑式的发现。在发现引力弹弓之前，人类发射的航天器连火星也到不了，而在此之后，人类就有了探索整个太阳系的能力，第一个使用引力弹弓效应的飞行任务是先驱者10号。它在1973年12月经过木星，并利用引力弹弓提升了速度。

1977年发射的旅行者1号通过引力弹弓效应成为有史以来距离地球最远的人造飞行器也是第一个离开太阳系的人造飞行器。目前旅行者1号仍在沿双曲线轨道飞行，并进入星际介质，成为了一艘星际航天器。同样于1977年发射的旅行者2号也通过士星的引力弹弓加速飞往了天王星和海王星，成为了第一艘造访天王星和海王星的航天器。

图为旅行者2号的航线图，它先被木星的引力弹弓甩向土星，然后被士星的引力弹弓甩向天王星，接着被天王星的引力弹弓甩向海王星，最后被海王星的引力弹弓甩向外太空。靠着引力弹弓的帮助，旅行者2号同时游历了这四大行星。