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引力弹弓是大质量天体对小质量飞行器的一种加快效应。

这种加快效应根据动量守恒。当一个飞行器经过一个大质量天体,比方行星,运动方向会被天体的引力偏转,假如飞行器速度满足不被天体捕获,那么就会在被天体偏转必定视点后飞离该天体。而飞行器在接近天体和远离天体时会遭到天体重力加快度的加减速,加快和减速是对称的,所以飞行器脱离时与接近时与天体的相对速度是相同的。可是因为天体自身存在速度,比方绕恒星公转的速度和自转的速度,而飞行器终究与天体相对速度不变,因而当与天体运动方向不同方向接近然后以天体运动方向脱离时,就会得到天体的公转速度。

比方用功率最高的状况,飞行器以天体公转反方向进入天体引力场,偏转方向后从天体公转方向脱离,那么它将添加天体公转速度两倍的速度,见下图:

因为接近前和脱离后,飞行器与天体的相对速度不变,可是方向相反了,因而速度将变成原有速度V+天体公转速度U×2。

(引力弹弓的速度改变)

因为动量守恒,飞行器添加的动量将下降天体公转的动量。当然在两者质量相差巨大的状况下,这种改变能够忽略不计。

除了能够经过盗取天体公滚动量做引力弹弓,其实也能够经过盗取天体的自转角动量做引力弹弓,只不过一般天体的自转并不太快,质量也不大,发生的空间拖拽效应并不显着。但当有中子星黑洞这样转得快的大质量天体就不相同了。比方电影《星际穿越》里,男主角库珀就使用了黑洞的自转做引力弹弓加快飞船。这是使用了广义相对论的一个现象:参考系拖拽。当大质量天体滚动时,会对周围的空间发生拖拽,带动周围的空间跟着旋转,这就使空间发生一个指向滚动方向的速度,使用这个就能够为飞行器加快了。

(自转黑洞发生的空间拖拽——参考系拖拽)

不过电影里,其时飞船已经在黑洞的引力场里了,所以它并不能直接经过空间拖拽加快后脱离黑洞引力场,而是有必要往黑洞自转的反方向抛射质量。成果便是电影看到的,把失掉能量的推进器全抛掉,然后飞船才取得满足的反向动量飞往方针星球。

(《星际穿越》里的引力弹弓)