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スイングバイって何?

 宇宙船が宇宙空間を進む場合、自分が持っている推進燃料を使って、軌道を変換しながら目的地に向かうのだが、遠い惑星に到達するためには、たくさんの推進燃料を積み込まなければならない。しかし、このための推進燃料を減らし、さらに、うまくすれば速度をアップできる「スイングバイ」というたいへん便利な方法がある。

 図(a)は、アメリカのボイジャー2号が1981年に海王星などの遠い惑星を探査したときに土星を使ったスイングバイのようすだ。このようすを土星の上に立って見てみよう。宇宙船が土星に向かうときの速度を、遠ざかる速度をとすると、土星に近づいてきた宇宙船は、土星の引力に引っ張られて進路を曲げられ、また、同じ速度で遠ざかっていくように見えるだろう。つまり、|gs0513.gif|=|gs0514.gif|となる。

では、このようすを太陽から見てみよう(図(b))。私たちが立っている土星は、太陽を中心にして約10km/sでまわっている。

 そして宇宙船も太陽を中心として、より遠い惑星に進んでいく。このとき、土星の速度をgs0516.gifとすると、宇宙船が土星に近づくときの速度はgs0513.gifgs0516.gif(図のgs0518.gif)、土星から遠ざかるときの速度はgs0514.gif'+gs0516.gif(図のgs0520.gif)となる。すなわち、図からもわかるように、|gs0520.gif|>|gs0518.gif|となるのだ。

 つまり、スイングバイというのは図(c)のように、あたかも惑星の引力が惑星といっしょに動く反射板のように働いて、宇宙船を押し出し、惑星の運動方向に加速させることをいうのだ。だから、例えば土星の進行方向に垂直に宇宙船が接近し、また土星の進行方向にそって遠ざかるように、宇宙船を飛ばした場合には、速度はgs0513.gifからgs0514.gifgs0516.gifになることがわかるだろう。

※特に断りのない限り、画像クレジットは©JAXA