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【kaiyuan的回答(27票)】: 小明挎着爱马仕包走在路上，一辆摩托飞驰而来，摩托后座上的人抢包，小明不肯松手，结果包破了，小明被带飞。小明的动能增加，摩托的动能损失，但是因为摩托比小明重太多，摩托的速度基本不变。 小明=飞行器 摩托=行星 包=引力 引力弹弓可以看成飞行器从行星屁股后面飞过，被行星的引力拉了一把，前后引力势能不变，但是由于行星被往后拉，动能减少，飞行器被往前拉，动能增加。但是由于行星比飞行器重太多，行星的速度几乎不变。但是 1.与小明被摩托车拉不同，飞行器不受摩擦力，也没有包带张紧时的能量损失，整个引力弹弓过程是机械能守恒的，可以看成弹性碰撞过程，联立机械能守恒和动量守恒两个方程求解 2.飞行器运动方向不与行星平行，而是成一夹角 3.如果飞行器从行星的前面过，如果没有恰好撞在行星表面的话，反而会被减速 ========================================================================= 引力弹弓历史上的运用重力助推 水手10号至于引力弹弓未来的运用，当然是用小的速度增量把飞行器送到需要的轨道上啦。但是引力弹弓需要行星在某时刻运行到合适的位置，比如旅行者一号连续受到了木星、土星、天王星、海王星的引力加速，这样的行星排列176年才能遇见一次。 【鸑鷟鹓鶵的回答(12票)】: 首先不认同已有的两条答案 引力助推Gravity Assist的物理原理是动量守恒定律不是动能。 动量守恒的一个很普遍的应用是桌球/台球，但和这里有所区别 首先需要明确动量和动量守恒定律 动量是矢量，动能是标量。即动能只有大小没有方向，而动量即有大小又有方向。 动量是质量m和速度v（矢量）的矢量积 在不受外力或外力之和为0的情况下，系统的总动量守恒。 以桌球/台球为例，若桌面摩擦力足够小，则可以近似的认为其动量守恒，而动能一般会变化：  以上是引出动量和动量守恒定律的概念，接下来讨论引力助推Gravity Assist：以上是引出动量和动量守恒定律的概念，接下来讨论引力助推Gravity Assist： 首先介绍其应用，给一个直观的概念： 引力助推Gravity Assist通过与天体的万有引力作用改变自身动量的大小和方向，即飞行器速度的大小和方向。因此可以对飞行器进行变轨，加速/减速。 原理如图：  注意： 1.外力不为0，因此总动量会减少，但外力较小的情况下一般近似认为动量守恒 2.由于一般选用天体的质量远大于飞行器，因此天体的速度的改变一般忽略不计 【Feliscatus的回答(9票)】: 简单来说，引力变轨（Gravity Assist，也可以叫做 Gravitational Slingshot）就是利用行星等天体的引力来加速或减速（所以叫做助推实际上是不全面的）。 为什么要使用 Gravity Assist？ 因为目前的化学推进火箭能力所限，飞船，尤其是深空探测器所能达到的 ΔV（推进器能带来的总的速度变化量，可以理解为它的加速能力）相比于任务所需非常有限。合理安排轨道，利用行星引力来加速，可以大大节省燃料，从而减轻探测器质量，留出空间安装科学仪器等等。
Gravity Assist 的原理是什么？ 设想一列火车以 v 的速度前进，有一个人在侧面以 u 的速度向着火车投一个球。从火车的参考系来看，球相对火车的速度是 (u + v)，假设碰撞是弹性的，那么球反弹时相对火车的速度仍然是 (u + v)，那么反弹的速度相对于地面就会是 (u + 2v)。对于天体和航天器也有类似的效应，两者的接触可以被认为是弹性碰撞，总的动能不变（相当于是动能在天体和航天器中通过引力的作用发生传递）。 （简单解释一下…具体的可以自行查阅轨道动力学资料，Wiki 之类） Gravity Assist 的应用？ 这一技术最早被用在 1974 年的 Mariner 10（水手 10 号）上，从地球发射后先到达金星，之后借助金星的引力加速到达水星。在此以后基本上所有的深空探测任务都有使用。我在这里把它的应用分为三类：
Gravity Assist 未来的应用？ 在人类尚未发明更新型的推进方式之前，深空任务还是要靠 Gravity Assist… 懒得打字了…就写这么多吧…_(:з」∠)_ 资料来源：Kerbal Space Program（误） 【jamesr的回答(2票)】: 一般玩坎巴拉都叫重力弹射，是想进行远距离太空航行常用的手段 总的来说就是利用行星或其他天体的相对运动和引力改变飞行器的轨道和速度 原理，大概就是靠近时受天体引力，而加速。这个应该很好理解，一般不好理解的就是既然靠近的时候减少了势能换来动能，那么离开的时候不是又变回来了么？ Naive! 还要考虑到天体在公转呐。所以当你慢慢靠上去的时候人家天体又走了，这时候离开它所要付出的动能就小了，总得来看就是赚到了！ 当然，可以加速，也可减速，主要看入射角。 以上自己手机打的，解释不够专业。回去查查资料补点链接吧 【白如冰的回答(2票)】: 以前高中物理竞赛常考这个，你算一下就懂了。 【AESIR的回答(1票)】: 说说后面两点，一直是飞行器深空探测的重要途径，已目前技术的尿性，不用说不定根本去不了木星之外的地方，还有，这个是有窗口的，有些甚至十几年几十年(像旅行者1号那种运气好的年份人一辈子说不定也见不着一回，咳咳，这货一路弹弓出去的) 总之，和依靠大气减速差不多(当然比它更爽功能更多)，能用就用，不用白不用，以目前的技术，不得不用…… 【张冬冬的回答(0票)】: 题主先自己回答……看了百科的解释，通俗地理解就是利用天体运动的动能，把飞行器“甩出去”，应该是在飞行器受到天体引力影响期间，将一部分引力势能和一部分天体动能转化为自身动能，离开行星后引力势能转化来的部分又变为引力势能而抵消，获得了天体动能转化而来的动能，而且改变了运动方向。 【MiracleUnerwood的回答(0票)】: 其实读过初中物理就能明白吧，向心力产生极大惯性时施加一个斜切角度的力导致力的方向改变。 【知乎用户的回答(0票)】: 各种答案不忍直视，这算物死早嘛…原理就是高中物理的引力、惯性和逃逸速度好不好。精确计算比较难，要用微积分再用级数展开求近似解。 【知乎用户的回答(0票)】: 非专业人士回答。 弹弓→星球。 皮筋→ 引力。 弹射物→探测器。 定义两者（弹弓及弹射物）均相对太阳运动。 说能量守恒，必先表明研究系统。 此研究系统为太阳系内所有星体及探测器。 弹弓是运动的，弹射物也是运动的，相当于两者的相对运动的动能拉紧了皮筋，随后这部分能量有一部分转化至弹射物，从而实现弹射物的速度改变。此过程系统动量守恒，动能守恒。 而引力弹弓的加速作用是指被弹射物相对太阳加速。 另一种不负责任的浅显理解，运动的星球“撞击”(通过引力，亦称为引力弹性碰撞)探测器使其速度改变。就像两个运动的玻璃球相撞，相对于洞的速度改变。 【闫雨煌的回答(0票)】: 简化版原理解释： 理论基础：封闭系统动量守恒定律 推导方式：矢量合成的平行四边形法则 已知条件：飞行器和天体的位置，速度，天体质量 附加前提： 1、飞行器初始状态和终末状态都离天体很远→飞行器在基于天体的参考系中，作以天体为焦点的圆锥曲线飞行，在此场景下是双曲线的一支 2、天体质量远大于飞行器 3、忽略其他天体的影响 推导过程：（建议画图重现） P1 根据天体质量、位置，飞行器位置、初始速度作出飞行器的飞行轨迹，求得终末速度方向a'，该步骤略……假设我们算出来了 P2 设飞行器初始动量为a（脑补矢量箭头，下同），天体初始动量为b，以两矢量为边作平行四边形，则系统动量为对角线a+b（该矢量守恒） P3 飞行器受天体影响改变飞行方向，动量方向与速度方向相同，由于天体质量远大于飞行器，其动量方向改变可以忽略不计，a'的终点仍然落在原平行四边形的边或其延长线上 结论： 看图判断飞行器加速还是减速了 由于系统能量守恒，在引力势能相同的位置，飞行器的动能变化来自于天体的动能变化，但是天体的质量太大，速度变化可以忽略 其他： 实际应用中飞行器并不是这样随波逐流，会在飞行过程中启动发动机来控制终末速度方向和大小，这样动量和动能就不守恒了，需要更复杂的方程来解释 【周玉的回答(0票)】: 精简的回答：利用了飞行器在各大星球之间的相对“势能”。 站在地面的你，可曾想到，你相对于木星有几十万公里“高”，因而拥有巨大的“势能”？只要你离木星更近一点，吸引力远远比其它星大，你就会被木星捕获过去，把势能转化为动能。 如果你只要攻角设计合理，速度超过木星第二速度，然后你又会减速摆脱木星（走圆锥曲线不和木星相交，而不是一头栽到木星上去），远远飞走，把动能又转为势能。 一来一回，你收获了什么呢？利用动量守恒定律，设计得好的话，你动能会增加。（如果你高中物理足够好，你会知道，你的速度最多增加到：木星的速度的2倍+你原来的速度。这种情况发生在你冲向木星，木星的速度和你相反，然后你走双曲线轨道，反方向被”弹回“。） 当然实际美国航天局不会这么傻愣愣的让你自由飞行，它们会不断的发动机点火，熄火，控制速度。低速的时候发动机喷射很划得来，所以跑到木星最低速的时候发动机疯狂工作相当于省了燃料，类似于我朝 探月飞船总是在近地点加速一样。这和引力效应无关了。 谁失去了动能呢？当然是可怜的木星了。不过想来你的质量和木星不是一个level，所以不用杞人忧天，木星的轨道被小小的你干扰了。 【罗捷的回答(0票)】: 这是一个我当年看到的简单直观解释，希望能帮助理解。 假设一个极端简单的情况，我们以木星为参照系，一颗卫星以v1的速度接近木星，绕木星半周后仍然以v1的速度离开木星，这里能量动量全部守恒没啥特别的。 这时候我们把参照系切换到太阳，这时候木星正以v2的速度绕太阳运动，然后计算卫星相对太阳的速度，不难得到，进入木星轨道的速度是v1-v2，离开木星轨道的速度是v1+v2，即速度增加了2*v2。注意这个时候把木星和卫星看成一个绕太阳转动的整体的情况下，能量和动量还是守恒的。 这就是一个极端简化情况下的引力弹弓。  【熊松松的回答(0票)】: 天上的卫星、空间站无时不刻不在往地面坠落，这是失重感的来源。但是，当卫星或空间站往地面坠落时，地球本身也在往后退（绕太阳公转），这就造成一种现象，只要空间站的速度和飞行方向正确，将永远掉不到地面上。 也可以认为，空间站下坠的速度和地球离开空间站（绕太阳公转）大致平衡时，空间站将一直做圆周运动，看起来是贴着地平面飞行，而掉不到地面上。 当平衡被打破，这种效果就可以成为弹弓效应了。例如，某个物体靠近地球，受地球引力影响，物体将做加速度运动，速度会越来越快，最终砸到地球，也许能看见一颗流星。只要陨石进入地球引力范围的角度适当，那么在得到加速度后，地球将逐渐远离陨石，而陨石得到加速度后，会转个弯（受地球引力影响），并且速度更快了（自由落体加速度和本身的速度叠加）弹射出去。 所以，弹弓效应要成功，速度和角度非常重要。速度保证最终能摆脱星球的引力，角度保证在得到加速度后，弹射到正确的目的地（而不是星体表面或其他星球）。 如果调整不好，那么将直接砸向星体。因此类似卡西尼探测器，在利用星体加速时，需要地面工作人员不断的计算，修正攻角。 有时候，一次弹弓效应并不能得到期望的速度，这时候需要第二个星球继续助力，进行第二次加速。可以参考卡西尼号的加速经历：卡西尼号_百度百科 我是高中民工，读书少，有错误请见谅和指正。 原文地址:知乎 |
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