【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。小明的動能增加，摩托的動能損失，但是因為摩托比小明重太多，摩托的速度基本不變。

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，動能減少，飛行器被往前拉，動能增加。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?，飛行器不受摩擦力，也沒有包帶張緊時的能量損失，整個引力彈弓過程是機(jī)械能守恒的，可以看成彈性碰撞過程，聯(lián)立機(jī)械能守恒和動量守恒兩個方程求解

2.飛行器運動方向不與行星平行，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，反而會被減速

=========================================================================

引力彈弓歷史上的運用重力助推

水手10號

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)過木星和土星時通過引力助推獲得了足以完全擺脫太陽引力的動能。

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）在飛掠過程中飛行器與金星的長時間接觸，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間，也增加了其與木星衛(wèi)星近距離接觸的機(jī)會。

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，所以為了運動至環(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，同時獲得繞太陽極面運行的軌道速度——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”的一個區(qū)域時，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。

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的物理原理是動量守恒定律不是動能。

動量守恒的一個很普遍的應(yīng)用是桌球/臺球，但和這里有所區(qū)別

首先需要明確動量和動量守恒定律

動量是矢量，動能是標(biāo)量。即動能只有大小沒有方向，而動量即有大小又有方向。

動量是質(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)的總動量守恒。

以桌球/臺球為例，若桌面摩擦力足夠小，則可以近似的認(rèn)為其動量守恒，而動能一般會變化：

以上是引出動量和動量守恒定律的概念，接下來討論引力助推Gravity Assist：以上是引出動量和動量守恒定律的概念，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，因此總動量會減少，但外力較小的情況下一般近似認(rèn)為動量守恒

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

【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（所以叫做助推實際上是不全面的）。

為什么要使用 Gravity Assist？

因為目前的化學(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)，有一個人在側(cè)面以 u 的速度向著火車投一個球。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，總的動能不變（相當(dāng)于是動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：

• 引力加速：從天體的后面（這個前后的概念是指行星在軌道上運轉(zhuǎn)的方向為前）追上它，在飛臨（flyby）的同時獲得引力加速。通常被用在探測太陽系外側(cè)天體的探測器上，例如 Cassini-Huygens（卡西尼-惠更斯 探測器）、Galileo（伽利略 探測器）、New Horizons（新視野 號）還有著名的 Voyager 1 / 2（旅行者 1 號和 2 號）等等。因為從地球飛向外側(cè)行星時（例如木星和土星）需要克服太陽的引力，所以通常要利用外行星的引力來加速，尤其是木星。

• 引力減速：和引力加速相反，在天體的前面通過，飛臨的時候會被天體的引力減速。比如發(fā)射到地球內(nèi)行星，尤其是水星的探測器。因為水星距離太陽太近，在飛向水星的過程中探測器會被太陽引力加速，最終無法被水星的引力俘獲。所以要想讓探測器被水星引力俘獲，進(jìn)入水星軌道，就要利用金星和地球等的引力減速。
• Free Return Trajectory：特指阿波羅計劃中使用的軌道?？梢詤⒖嘉业?a href="http://www./goto/http://www.zhihu.com/question/22165592/answer/20550529" target="_blank">另一個答案…（可以說這個軌道的選擇救了阿波羅 13 的乘員…具體的就不多講了）

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動和引力改變飛行器的軌道和速度

原理，大概就是靠近時受天體引力，而加速。這個應(yīng)該很好理解，一般不好理解的就是既然靠近的時候減少了勢能換來動能，那么離開的時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)你慢慢靠上去的時候人家天體又走了，這時候離開它所要付出的動能就小了，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)。回去查查資料補(bǔ)點鏈接吧

【白如冰的回答(2票)】:

以前高中物理競賽?？歼@個，你算一下就懂了。

【AESIR的回答(1票)】:

說說后面兩點，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，這個是有窗口的，有些甚至十幾年幾十年(像旅行者1號那種運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動的動能，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能轉(zhuǎn)化為自身動能，離開行星后引力勢能轉(zhuǎn)化來的部分又變?yōu)橐菽芏窒@得了天體動能轉(zhuǎn)化而來的動能，而且改變了運動方向。

【MiracleUnerwood的回答(0票)】:

其實讀過初中物理就能明白吧，向心力產(chǎn)生極大慣性時施加一個斜切角度的力導(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）均相對太陽運動。

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。

彈弓是運動的，彈射物也是運動的，相當(dāng)于兩者的相對運動的動能拉緊了皮筋，隨后這部分能量有一部分轉(zhuǎn)化至彈射物，從而實現(xiàn)彈射物的速度改變。此過程系統(tǒng)動量守恒，動能守恒。

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，運動的星球“撞擊”(通過引力，亦稱為引力彈性碰撞)探測器使其速度改變。就像兩個運動的玻璃球相撞，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)飛行器初始動量為a（腦補(bǔ)矢量箭頭，下同），天體初始動量為b，以兩矢量為邊作平行四邊形，則系統(tǒng)動量為對角線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，其動量方向改變可以忽略不計，a'的終點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，飛行器的動能變化來自于天體的動能變化，但是天體的質(zhì)量太大，速度變化可以忽略

其他：

實際應(yīng)用中飛行器并不是這樣隨波逐流，會在飛行過程中啟動發(fā)動機(jī)來控制終末速度方向和大小，這樣動量和動能就不守恒了，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，吸引力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比其它星大，你就會被木星捕獲過去，把勢能轉(zhuǎn)化為動能。

如果你只要攻角設(shè)計合理，速度超過木星第二速度，然后你又會減速擺脫木星（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，把動能又轉(zhuǎn)為勢能。

一來一回，你收獲了什么呢？利用動量守恒定律，設(shè)計得好的話，你動能會增加。（如果你高中物理足夠好，你會知道，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)然實際美國航天局不會這么傻愣愣的讓你自由飛行，它們會不斷的發(fā)動機(jī)點火，熄火，控制速度。低速的時候發(fā)動機(jī)噴射很劃得來，所以跑到木星最低速的時候發(fā)動機(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加速一樣。這和引力效應(yīng)無關(guān)了。

誰失去了動能呢？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，這里能量動量全部守恒沒啥特別的。

這時候我們把參照系切換到太陽，這時候木星正以v2的速度繞太陽運動，然后計算衛(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。注意這個時候把木星和衛(wèi)星看成一個繞太陽轉(zhuǎn)動的整體的情況下，能量和動量還是守恒的。

這就是一個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，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，空間站將一直做圓周運動，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，某個物體靠近地球，受地球引力影響，物體將做加速度運動，速度會越來越快，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，會轉(zhuǎn)個彎（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，需要地面工作人員不斷的計算，修正攻角。

有時候，一次彈弓效應(yīng)并不能得到期望的速度，這時候需要第二個星球繼續(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，有錯誤請見諒和指正。

原文地址:知乎