중력 도움 항법 – 달의 중력을 이용하여 우주선의 속력을 증가시키는 방법
우주선이 움직이는 천체를 돌아 나가면서, 천체의 중력을 이용하여 속력을 증가시키는 방법을 ‘중력 도움(Gravity assist) 항법’이라고 합니다.
이 항법을 ‘스윙바이(Swing-by)’ 또는 ‘슬링샷 효과(Slingshot effect)’라고도 합니다. 모두 같은 말입니다.
이 중력 도움을 이용하여 우주선의 속력을 증가시킬 때는 우주선 자체의 에너지를 사용하는 않아도 되므로 경제적입니다.
과학자들은 중력 도움을 잘 이용하면 에너지를 거의 사용하지 않고도 우주여행이 가능할 것으로 생각하고 있습니다.
영화 ‘아마겟돈’에서는 우주선이 충분한 속력을 얻기 위해 달을 돌아나가는 장면이 등장합니다.
만약 달이 정지하고 우주선이 속력 v로 일정하게 접근한다면
우주선은 달을 초점으로 하는 타원궤도를 그립니다.
달을 돌아 나온 우주선의 속력 변화는 없습니다.
만약 멀리서 이 광경을 본다면, 아주 작은 우주선이 달 표면에 완전 탄성 충돌을 하여 다시 되튀어 나오는 것처럼 보입니다.
달이 일정한 속도 V로 움직인다면
우주선은 달에 급격히 가까워집니다.
달의 입장에서는 우주선이 V+v의 속도로 접근하는 것처럼 보일 것이고, 돌아나간 우주선의 속력도 V+v로 보입니다.
게다가, 외부에서 관찰할 때는 달의 자체 속력 V도 더해 주어야 하므로 우주선이 얻는 속력은 2V+v가 됩니다.