【kaiyuan的回答(27票)】:
小明挎著愛馬仕包走在路上，一輛摩托飛馳而來，摩托后座上的人搶包，小明不肯松手，結(jié)果包破了，小明被帶飛。小明的動(dòng)能增加，摩托的動(dòng)能損失，但是因?yàn)槟ν斜刃∶髦靥啵ν械乃俣然静蛔儭?/p>
小明=飛行器
摩托=行星
包=引力
引力彈弓可以看成飛行器從行星屁股后面飛過，被行星的引力拉了一把，前后引力勢能不變，但是由于行星被往后拉，動(dòng)能減少，飛行器被往前拉，動(dòng)能增加。但是由于行星比飛行器重太多，行星的速度幾乎不變。但是
1.與小明被摩托車?yán)煌w行器不受摩擦力，也沒有包帶張緊時(shí)的能量損失，整個(gè)引力彈弓過程是機(jī)械能守恒的，可以看成彈性碰撞過程，聯(lián)立機(jī)械能守恒和動(dòng)量守恒兩個(gè)方程求解
2.飛行器運(yùn)動(dòng)方向不與行星平行，而是成一夾角
3.如果飛行器從行星的前面過，如果沒有恰好撞在行星表面的話，反而會(huì)被減速
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引力彈弓歷史上的運(yùn)用重力助推
水手10號至于引力彈弓未來的運(yùn)用，當(dāng)然是用小的速度增量把飛行器送到需要的軌道上啦。但是引力彈弓需要行星在某時(shí)刻運(yùn)行到合適的位置，比如旅行者一號連續(xù)受到了木星、土星、天王星、海王星的引力加速，這樣的行星排列176年才能遇見一次。水手10號是第一艘借助引力助推到達(dá)另一顆行星的探測器，它于1974年2月5日經(jīng)過金星，經(jīng)過引力助推的減速之后到達(dá)水星。它是第一艘探測水星的飛行器。
旅行者1號
至2007年7月6日，旅行者1號距離太陽154.4億公里（103.2天文單位），目前位于太陽系和星際空間之間的邊緣帶,是距離地球最遠(yuǎn)的人造物體。它在經(jīng)過木星和土星時(shí)通過引力助推獲得了足以完全擺脫太陽引力的動(dòng)能。
伽利略號
1989年，美國航空航天局通過阿特蘭蒂斯號航天飛機(jī)在太空中施放了伽利略號探測器。伽利略號最初計(jì)劃使用赫曼轉(zhuǎn)移軌道法，但由于挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)的事故，伽利略號的“半人馬座”推進(jìn)火箭不再被允許通過航天飛機(jī)運(yùn)至太空，取而代之的是一種功率較小的固態(tài)燃料推進(jìn)火箭。在這種情況下，伽利略號在其軌道上一次飛掠過金星，兩次飛掠過地球，計(jì)劃1995年12月到達(dá)木星。
伽利略號的工程師調(diào)查后認(rèn)為（但是無法證實(shí)）在飛掠過程中飛行器與金星的長時(shí)間接觸，使伽利略號上的主天線的潤滑劑失效。該技術(shù)故障迫使伽利略號使用功能較差的后備天線。
在其后伽利略號探測木星衛(wèi)星的過程中，也多次使用引力推進(jìn)法，從而延長了燃料的使用時(shí)間，也增加了其與木星衛(wèi)星近距離接觸的機(jī)會(huì)。
尤利西斯號探測器
1990年，歐洲空間局發(fā)射了尤利西斯號探測器，用以研究太陽的極地地區(qū)。由于太陽系中所有行星的軌道基本上都位于黃道面上，所以為了運(yùn)動(dòng)至環(huán)繞太陽的極軌道上，該探測器必須將其從環(huán)地球軌道上繼承的30千米/秒的速度降為零，同時(shí)獲得繞太陽極面運(yùn)行的軌道速度——但是以現(xiàn)有的航天器推進(jìn)系統(tǒng)還無法完成該任務(wù)。
于是尤利西斯號被發(fā)射往木星，當(dāng)其到達(dá)木星“前下方”的一個(gè)區(qū)域時(shí)，即落入了行星的引力場中，之后經(jīng)歷了1分鐘的引力推進(jìn)，最終使尤利西斯號的軌道向上彎曲，脫離環(huán)木星軌道，進(jìn)入環(huán)太陽的極軌道。這一策略只需足夠尤利西斯號運(yùn)行至木星的燃料即可。
信使號
信使號飛行器頻繁的使用引力助推來降低速度，最后進(jìn)入環(huán)水星軌道。在其飛行過程中，共一次飛掠過地球，兩次飛掠過金星，三次飛掠過水星，最終將于2011年3月到達(dá)水星附近，此時(shí)其速度已經(jīng)降得足夠低，使用剩余的燃料足以將該飛行器送入環(huán)水星軌道。雖然其間的每次飛掠主要都是為了進(jìn)行引力助推，但是也提供了不可多得的科學(xué)觀測機(jī)會(huì)。
卡西尼號
卡西尼號探測器兩次飛掠過金星，之后又途經(jīng)地球、木星，最終到達(dá)土星。其6.7年的旅程較之霍曼轉(zhuǎn)移軌道法所用時(shí)間——6年稍長，但是所需的速度增量少了2公里/秒，故體積和質(zhì)量都較大的卡西尼號能夠依靠較少的推進(jìn)燃料到達(dá)土星。赫曼轉(zhuǎn)移軌道法到達(dá)土星所需的加速度總值為15.7公里/秒（此處忽略了地球和土星的引力勢阱以及大氣制動(dòng)效應(yīng)），超過了現(xiàn)有飛行器推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)能力。
【鸑鷟鹓鶵的回答(12票)】:
首先不認(rèn)同已有的兩條答案
引力助推Gravity Assist的物理原理是動(dòng)量守恒定律不是動(dòng)能。
動(dòng)量守恒的一個(gè)很普遍的應(yīng)用是桌球/臺(tái)球，但和這里有所區(qū)別
首先需要明確動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律
動(dòng)量是矢量，動(dòng)能是標(biāo)量。即動(dòng)能只有大小沒有方向，而動(dòng)量即有大小又有方向。
動(dòng)量是質(zhì)量m和速度v（矢量）的矢量積
在不受外力或外力之和為0的情況下，系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒。
以桌球/臺(tái)球?yàn)槔糇烂婺Σ亮ψ銐蛐?，則可以近似的認(rèn)為其動(dòng)量守恒，而動(dòng)能一般會(huì)變化：
以上是引出動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律的概念，接下來討論引力助推Gravity Assist：以上是引出動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律的概念，接下來討論引力助推Gravity Assist：
首先介紹其應(yīng)用，給一個(gè)直觀的概念：
引力助推Gravity Assist通過與天體的萬有引力作用改變自身動(dòng)量的大小和方向，即飛行器速度的大小和方向。因此可以對飛行器進(jìn)行變軌，加速/減速。
原理如圖：
注意：
1.外力不為0，因此總動(dòng)量會(huì)減少，但外力較小的情況下一般近似認(rèn)為動(dòng)量守恒
2.由于一般選用天體的質(zhì)量遠(yuǎn)大于飛行器，因此天體的速度的改變一般忽略不計(jì)
【Feliscatus的回答(9票)】:
簡單來說，引力變軌（Gravity Assist，也可以叫做 Gravitational Slingshot）就是利用行星等天體的引力來加速或減速（所以叫做助推實(shí)際上是不全面的）。
為什么要使用 Gravity Assist？
因?yàn)槟壳暗幕瘜W(xué)推進(jìn)火箭能力所限，飛船，尤其是深空探測器所能達(dá)到的 ΔV（推進(jìn)器能帶來的總的速度變化量，可以理解為它的加速能力）相比于任務(wù)所需非常有限。合理安排軌道，利用行星引力來加速，可以大大節(jié)省燃料，從而減輕探測器質(zhì)量，留出空間安裝科學(xué)儀器等等。
發(fā)射到近地軌道 ~10 km/s從近地軌道到月球 2.7 km/s 火星 4.3 km/s地球表面的逃逸速度，第二宇宙速度是 11.2 km/s從地球軌道的位置逃逸太陽引力需要 42.1 km/s
Gravity Assist 的原理是什么？
設(shè)想一列火車以 v 的速度前進(jìn)，有一個(gè)人在側(cè)面以 u 的速度向著火車投一個(gè)球。從火車的參考系來看，球相對火車的速度是 (u + v)，假設(shè)碰撞是彈性的，那么球反彈時(shí)相對火車的速度仍然是 (u + v)，那么反彈的速度相對于地面就會(huì)是 (u + 2v)。對于天體和航天器也有類似的效應(yīng)，兩者的接觸可以被認(rèn)為是彈性碰撞，總的動(dòng)能不變（相當(dāng)于是動(dòng)能在天體和航天器中通過引力的作用發(fā)生傳遞）。
（簡單解釋一下…具體的可以自行查閱軌道動(dòng)力學(xué)資料，Wiki 之類）
Gravity Assist 的應(yīng)用？
這一技術(shù)最早被用在 1974 年的 Mariner 10（水手 10 號）上，從地球發(fā)射后先到達(dá)金星，之后借助金星的引力加速到達(dá)水星。在此以后基本上所有的深空探測任務(wù)都有使用。我在這里把它的應(yīng)用分為三類：
Gravity Assist 未來的應(yīng)用？
在人類尚未發(fā)明更新型的推進(jìn)方式之前，深空任務(wù)還是要靠 Gravity Assist…
懶得打字了…就寫這么多吧…_(:з」∠)_
資料來源：Kerbal Space Program（誤）
【jamesr的回答(2票)】:
一般玩坎巴拉都叫重力彈射，是想進(jìn)行遠(yuǎn)距離太空航行常用的手段
總的來說就是利用行星或其他天體的相對運(yùn)動(dòng)和引力改變飛行器的軌道和速度
原理，大概就是靠近時(shí)受天體引力，而加速。這個(gè)應(yīng)該很好理解，一般不好理解的就是既然靠近的時(shí)候減少了勢能換來動(dòng)能，那么離開的時(shí)候不是又變回來了么？
Naive! 還要考慮到天體在公轉(zhuǎn)吶。所以當(dāng)你慢慢靠上去的時(shí)候人家天體又走了，這時(shí)候離開它所要付出的動(dòng)能就小了，總得來看就是賺到了！
當(dāng)然，可以加速，也可減速，主要看入射角。
以上自己手機(jī)打的，解釋不夠?qū)I(yè)?；厝ゲ椴橘Y料補(bǔ)點(diǎn)鏈接吧
【白如冰的回答(2票)】:
以前高中物理競賽常考這個(gè)，你算一下就懂了。
【AESIR的回答(1票)】:
說說后面兩點(diǎn)，一直是飛行器深空探測的重要途徑，已目前技術(shù)的尿性，不用說不定根本去不了木星之外的地方，還有，這個(gè)是有窗口的，有些甚至十幾年幾十年(像旅行者1號那種運(yùn)氣好的年份人一輩子說不定也見不著一回，咳咳，這貨一路彈弓出去的)
總之，和依靠大氣減速差不多(當(dāng)然比它更爽功能更多)，能用就用，不用白不用，以目前的技術(shù)，不得不用……
【張冬冬的回答(0票)】:
題主先自己回答……看了百科的解釋，通俗地理解就是利用天體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，把飛行器“甩出去”，應(yīng)該是在飛行器受到天體引力影響期間，將一部分引力勢能和一部分天體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為自身動(dòng)能，離開行星后引力勢能轉(zhuǎn)化來的部分又變?yōu)橐菽芏窒?，獲得了天體動(dòng)能轉(zhuǎn)化而來的動(dòng)能，而且改變了運(yùn)動(dòng)方向。
【MiracleUnerwood的回答(0票)】:
其實(shí)讀過初中物理就能明白吧，向心力產(chǎn)生極大慣性時(shí)施加一個(gè)斜切角度的力導(dǎo)致力的方向改變。
【知乎用戶的回答(0票)】:
各種答案不忍直視，這算物死早嘛…原理就是高中物理的引力、慣性和逃逸速度好不好。精確計(jì)算比較難，要用微積分再用級數(shù)展開求近似解。
【知乎用戶的回答(0票)】:
非專業(yè)人士回答。
彈弓→星球。
皮筋→ 引力。
彈射物→探測器。
定義兩者（彈弓及彈射物）均相對太陽運(yùn)動(dòng)。
說能量守恒，必先表明研究系統(tǒng)。
此研究系統(tǒng)為太陽系內(nèi)所有星體及探測器。
彈弓是運(yùn)動(dòng)的，彈射物也是運(yùn)動(dòng)的，相當(dāng)于兩者的相對運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能拉緊了皮筋，隨后這部分能量有一部分轉(zhuǎn)化至彈射物，從而實(shí)現(xiàn)彈射物的速度改變。此過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒，動(dòng)能守恒。
而引力彈弓的加速作用是指被彈射物相對太陽加速。
另一種不負(fù)責(zé)任的淺顯理解，運(yùn)動(dòng)的星球“撞擊”(通過引力，亦稱為引力彈性碰撞)探測器使其速度改變。就像兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的玻璃球相撞，相對于洞的速度改變。
【閆雨煌的回答(0票)】:
簡化版原理解釋：
理論基礎(chǔ)：封閉系統(tǒng)動(dòng)量守恒定律
推導(dǎo)方式：矢量合成的平行四邊形法則
已知條件：飛行器和天體的位置，速度，天體質(zhì)量
附加前提：
1、飛行器初始狀態(tài)和終末狀態(tài)都離天體很遠(yuǎn)→飛行器在基于天體的參考系中，作以天體為焦點(diǎn)的圓錐曲線飛行，在此場景下是雙曲線的一支
2、天體質(zhì)量遠(yuǎn)大于飛行器
3、忽略其他天體的影響
推導(dǎo)過程：（建議畫圖重現(xiàn)）
P1 根據(jù)天體質(zhì)量、位置，飛行器位置、初始速度作出飛行器的飛行軌跡，求得終末速度方向a'，該步驟略……假設(shè)我們算出來了
P2 設(shè)飛行器初始動(dòng)量為a（腦補(bǔ)矢量箭頭，下同），天體初始動(dòng)量為b，以兩矢量為邊作平行四邊形，則系統(tǒng)動(dòng)量為對角線a+b（該矢量守恒）
P3 飛行器受天體影響改變飛行方向，動(dòng)量方向與速度方向相同，由于天體質(zhì)量遠(yuǎn)大于飛行器，其動(dòng)量方向改變可以忽略不計(jì)，a'的終點(diǎn)仍然落在原平行四邊形的邊或其延長線上
結(jié)論：
看圖判斷飛行器加速還是減速了
由于系統(tǒng)能量守恒，在引力勢能相同的位置，飛行器的動(dòng)能變化來自于天體的動(dòng)能變化，但是天體的質(zhì)量太大，速度變化可以忽略
其他：
實(shí)際應(yīng)用中飛行器并不是這樣隨波逐流，會(huì)在飛行過程中啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)來控制終末速度方向和大小，這樣動(dòng)量和動(dòng)能就不守恒了，需要更復(fù)雜的方程來解釋
【周玉的回答(0票)】:
精簡的回答：利用了飛行器在各大星球之間的相對“勢能”。
站在地面的你，可曾想到，你相對于木星有幾十萬公里“高”，因而擁有巨大的“勢能”？只要你離木星更近一點(diǎn)，吸引力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比其它星大，你就會(huì)被木星捕獲過去，把勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。
如果你只要攻角設(shè)計(jì)合理，速度超過木星第二速度，然后你又會(huì)減速擺脫木星（走圓錐曲線不和木星相交，而不是一頭栽到木星上去），遠(yuǎn)遠(yuǎn)飛走，把動(dòng)能又轉(zhuǎn)為勢能。
一來一回，你收獲了什么呢？利用動(dòng)量守恒定律，設(shè)計(jì)得好的話，你動(dòng)能會(huì)增加。（如果你高中物理足夠好，你會(huì)知道，你的速度最多增加到：木星的速度的2倍+你原來的速度。這種情況發(fā)生在你沖向木星，木星的速度和你相反，然后你走雙曲線軌道，反方向被”彈回“。）
當(dāng)然實(shí)際美國航天局不會(huì)這么傻愣愣的讓你自由飛行，它們會(huì)不斷的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，熄火，控制速度。低速的時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)噴射很劃得來，所以跑到木星最低速的時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)瘋狂工作相當(dāng)于省了燃料，類似于我朝 探月飛船總是在近地點(diǎn)加速一樣。這和引力效應(yīng)無關(guān)了。
誰失去了動(dòng)能呢？當(dāng)然是可憐的木星了。不過想來你的質(zhì)量和木星不是一個(gè)level，所以不用杞人憂天，木星的軌道被小小的你干擾了。
【羅捷的回答(0票)】:
這是一個(gè)我當(dāng)年看到的簡單直觀解釋，希望能幫助理解。
假設(shè)一個(gè)極端簡單的情況，我們以木星為參照系，一顆衛(wèi)星以v1的速度接近木星，繞木星半周后仍然以v1的速度離開木星，這里能量動(dòng)量全部守恒沒啥特別的。
這時(shí)候我們把參照系切換到太陽，這時(shí)候木星正以v2的速度繞太陽運(yùn)動(dòng)，然后計(jì)算衛(wèi)星相對太陽的速度，不難得到，進(jìn)入木星軌道的速度是v1-v2，離開木星軌道的速度是v1+v2，即速度增加了2*v2。注意這個(gè)時(shí)候把木星和衛(wèi)星看成一個(gè)繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的整體的情況下，能量和動(dòng)量還是守恒的。
這就是一個(gè)極端簡化情況下的引力彈弓。
【熊松松的回答(0票)】:
天上的衛(wèi)星、空間站無時(shí)不刻不在往地面墜落，這是失重感的來源。但是，當(dāng)衛(wèi)星或空間站往地面墜落時(shí)，地球本身也在往后退（繞太陽公轉(zhuǎn)），這就造成一種現(xiàn)象，只要空間站的速度和飛行方向正確，將永遠(yuǎn)掉不到地面上。
也可以認(rèn)為，空間站下墜的速度和地球離開空間站（繞太陽公轉(zhuǎn)）大致平衡時(shí)，空間站將一直做圓周運(yùn)動(dòng)，看起來是貼著地平面飛行，而掉不到地面上。
當(dāng)平衡被打破，這種效果就可以成為彈弓效應(yīng)了。例如，某個(gè)物體靠近地球，受地球引力影響，物體將做加速度運(yùn)動(dòng)，速度會(huì)越來越快，最終砸到地球，也許能看見一顆流星。只要隕石進(jìn)入地球引力范圍的角度適當(dāng)，那么在得到加速度后，地球?qū)⒅饾u遠(yuǎn)離隕石，而隕石得到加速度后，會(huì)轉(zhuǎn)個(gè)彎（受地球引力影響），并且速度更快了（自由落體加速度和本身的速度疊加）彈射出去。
所以，彈弓效應(yīng)要成功，速度和角度非常重要。速度保證最終能擺脫星球的引力，角度保證在得到加速度后，彈射到正確的目的地（而不是星體表面或其他星球）。
如果調(diào)整不好，那么將直接砸向星體。因此類似卡西尼探測器，在利用星體加速時(shí)，需要地面工作人員不斷的計(jì)算，修正攻角。
有時(shí)候，一次彈弓效應(yīng)并不能得到期望的速度，這時(shí)候需要第二個(gè)星球繼續(xù)助力，進(jìn)行第二次加速?？梢詤⒖伎ㄎ髂崽柕募铀俳?jīng)歷：卡西尼號_百度百科
我是高中民工，讀書少，有錯(cuò)誤請見諒和指正。
原文地址:知乎
