Gravity Assist

Ein Gravity Assist (Swing-by, Gravitationsschleuder) nutzt die Gravitation und die Bahnbewegung eines Planeten, um Geschwindigkeit und Richtung eines Raumschiffs zu ändern. Das Raumschiff stiehlt dem Planeten dabei eine winzige Menge seiner Bahnenergie, unmessbar für den Planeten, aber entscheidend für die Sonde.

Das Prinzip: Im Bezugssystem des Planeten fliegt die Sonde mit der gleichen Geschwindigkeit herein und heraus (elastische Streuung). Im Bezugssystem der Sonne addiert oder subtrahiert sich die Orbitalgeschwindigkeit des Planeten, je nachdem ob die Sonde vor oder hinter dem Planeten vorbeifliegt.

Die Technik wurde erstmals 1959 vom sowjetischen Mathematiker Juri Kondratjuk vorgeschlagen. Michael Minovitch und Gary Flandro bei JPL entwickelten sie in den 1960er Jahren zur Praxisreife. Mariner 10 nutzte 1974 die Venus, um Merkur zu erreichen, der erste interplanetare Gravity Assist.

Voyager 2 setzte die Technik am eindrucksvollsten ein: Jupiter → Saturn → Uranus → Neptun, eine Grand Tour, die nur alle 175 Jahre möglich ist. Cassini nutzte zwei Venus-Vorbeiflüge, einen Erd-Vorbeiflug und einen Jupiter-Vorbeiflug, um Saturn zu erreichen.

Gerade die scheinbare Paradoxie, ohne Treibstoff Energie zu gewinnen, macht den Gravity Assist so faszinierend und wird oft missverstanden. Die Sonde bekommt ihre zusätzliche Geschwindigkeit nicht aus dem Nichts, sondern entnimmt sie der Bahnbewegung des Planeten um die Sonne. Der Planet wird dabei tatsächlich minimal abgebremst, doch wegen seiner ungeheuren Masse ist dieser Effekt vollkommen unmessbar, während er für die winzige Sonde alles verändert. Ohne diese Technik wären viele der großen Entdeckungsmissionen schlicht unmöglich gewesen, weil keine Rakete genug Treibstoff hätte mitführen können, um etwa direkt zu Neptun zu fliegen. Der Preis ist die Zeit, denn die geschwungenen Routen sind oft lang und an enge Startfenster gebunden, in denen die Planeten richtig stehen. Heute plant kaum eine Mission ins äußere Sonnensystem ohne mehrere solcher Vorbeiflüge, und selbst Sonden zur Sonne nutzen das Manöver in umgekehrter Richtung, um abzubremsen. Der Gravity Assist verwandelt das Sonnensystem so in ein Netz kostenloser Schwungräder.