質問: 「重力アシスト」「重力ターン」などともいう、天体の万有引力を利用して、宇宙船や探査機の速度や方向を変える技術を何という?
回答: スイングバイ

タイトル: 重力ターン方式
これにより、機体横方向への空力的応力を最小限に抑えることができ、機体の軽量化が可能となる。重力ターンという用語は、軌道投入および軌道離脱以外に、惑星の重力を使用して宇宙機の方向を変えること全般を指して用いられる場合がある。この文脈で使用される場合、スイングバイとも似ているが、スイングバイと言った場合は宇宙機の方向変更と同時に加減速を行うことがあるのに対し、重力ターンと言った場合は方向のみの変更を指す。

タイトル: 反重力
反重力(はんじゅうりょく、英: Anti-Gravity)は、物質・物体に加わる重力を無効にしたり、調節したりする、とされる架空の技術である。現実の物理学では一般に不可能と考えられてきたもので、多くはSF作品に宇宙航行の基礎技術として登場する。

タイトル: 重力ターン方式
多くの宇宙飛行ミッションでは、直接または変更された形式で重力ターンを利用している。重力ターン方式を利用したさまざまなミッションのごく一部を以下に列挙する。

タイトル: 重力ターン方式
重力ターン(じゅうりょくターン、英: gravity turn)またはゼロリフトターン(英: zero-lift turn)とは、天体の周回軌道に宇宙機を投入、もしくは逆に周回軌道から宇宙機を着陸させる際におこなうマニューバのひとつであり、重力を使用して機体を目的の軌道に誘導する軌道最適化(英語版)のひとつである。高度を稼ぐための垂直飛行から軌道速度を稼ぐための水平飛行に遷移するための姿勢制御を、すべて機体に取り付けたスラスタなどの推力にのみ頼って行う場合と比較して、重力ターン方式の主な利点として次の2つが挙げられる。第一に、機体の進行方向を変えるために推力を用いないため、より多くの推力を軌道速度への加速に使うことができる。第二のより重要な利点は、上昇段階の間、機体の迎え角をゼロもしくは小さくすることができる点である。

タイトル: スイングバイ
スイングバイ(日 : かすめ飛行・英: swing-by)とは、天体の運動と万有引力(以下重力とする)を利用し、宇宙機の運動ベクトルを変更する技術。天体重力推進(英: gravity assist)とも呼ばれる。天体の「固有運動」の後ろ側あるいは前側の近傍を通過(フライバイ)することにより、天体と宇宙機の相互のあいだで、重力によって運動量と運動エネルギーがやりとりされ、それぞれの運動ベクトルが通過前と通過後で変化する。スラスタ(ロケットエンジン)によるロケットエンジンの推進剤の噴射による加減速と違い、推進剤の消費が無い。そのことから、内惑星や外惑星、さらには太陽系外へといった、地球軌道外の目的軌道へ宇宙探査機などを送り出すためによく使われる。

タイトル: 重力ターン方式
飛行方向の大幅な変更が必要な宇宙船ミッションの場合、大きなデルタVが要求されるため、宇宙船自体の推進力では達成できない場合がある。このような場合、近くの天体をフライバイすることにより天体の重力を利用して飛行方向を変更できる場合がある。このマニューバはスイングバイと非常に似ているが、スイングバイは速度と方向の両方の変更を意味することが多いのに対し、重力ターンは飛行方向のみを変更するという点で異なる。このマニューバの変形として、ある天体から出発した宇宙機が、以降は全く推力を利用せず別の天体を周回し、もとの惑星に戻ることができる自由帰還軌道が挙げられる。完全な自由帰還軌道を採ることは理論的には可能だが、実際には飛行中に小さな修正噴射が必要になることが多い。復路での噴射は必要ないものの、空力ターンなどの他の復路タイプのほうがミッション全体での合計デルタVが小さい場合もある。

タイトル: 空中浮揚
サイエンス・フィクションの範疇では、いわゆる反重力などが空中浮揚のための技術として位置付けられる。重力に反発する力ないし「上に向かって落ちようとする」ような逆方向に働く重力などとして描かれる。

タイトル: 反重力
反重力やそれに類する技術理論はSFにおいては物語世界を成立させる基礎技術であるが、それそのものが必ずしも主題になるわけではない。力学の面から考えると、重力とは天体上の物体に働く様々な力の合力である。これを要素に分けると、物体と天体の間に働く万有引力が最も大きいことが多く、結果としてその合力は物体が天体に引きつけられる力と見なされる。

タイトル: 軌道力学
軌道力学(きどうりきがく)は、弾道学と天体力学の応用で、ロケットや宇宙船の軌道に関する現実的な問題を解決するための学問である。これらの物体の軌道は、ニュートン力学と万有引力から計算することができる。軌道力学は、宇宙探査ミッションの設計や制御の基本原理である。天体力学は、重力の下での、軌道力学よりも広範な領域を扱い、宇宙船も恒星系、惑星、衛星、彗星等を含めた天体も、どちらも対象となる。軌道力学は、軌道マヌーバ、軌道平面の変更、惑星間移動も含めた宇宙船の軌道に対象を絞っており、ミッションの計画者が宇宙機の推進を予測するために用いられる。一般相対性理論は、ニュートンの法則より正確に軌道を計算し、高い精確さが必要な場面や太陽近傍等の重力が非常に強い環境では必須である。

タイトル: 宇宙飛行
重力と推進効果に関連する天体力学は宇宙船軌道の研究となる。天体力学は、宇宙船が過度の燃料消費を行わず目的地に到達するための計算結果を導く。

タイトル: 宇宙技術
宇宙技術(space technology)とは、宇宙に物体や生命を送り、活動および帰還させることに関連する技術である。天気予報、リモートセンシング、衛星測位システム、衛星放送、遠距離通信といった日常生活に関連する科学技術も宇宙的な基盤に大きく依存している。天文学や地球科学等の科学分野も宇宙技術の恩恵を受けている。コンピュータや遠隔測定法はブースターや宇宙船にとって不可欠であるため、かつて宇宙技術における最先端技術であった。これらは冷戦下におけるソ連と米国の宇宙開発競争の前から存在したが、その開発は2大国の宇宙計画の必要に沿う形で急速に開発が進んだ。宇宙はこのように異質な環境なので、その中で活動しようとするには新しい技術や知識を必要とする。宇宙に関連する新しい技術は、後にしばしば他の経済活動でも活用される。

タイトル: トラクター
無重力の宇宙空間において移動中の物体の軌道を変えるために、重力トラクターというものがある。これは対象物と物理的な接続はせず、付近に飛行させた人工衛星等へ重力で徐々に引き寄せることで、対象物の軌道に影響を与えるもの。概念の近いものとしてSF用語では、周りの物体を引力などの力で引き寄せ、念力のように操る光線を、トラクタービーム(牽引ビーム)と称している。スター・ウォーズ・シリーズ、レンズマンシリーズ、スタートレックシリーズ、宇宙戦艦ヤマトシリーズ、タイムクライシス4等、数多くの作品に登場した。コンピュータ用語では、トラクターとはプリンターの紙送りを行う部分を指す。 これは通常、複写紙や様式紙の両端に空けられているパンチ穴とかみ合うギア、あるいは表面にゴムなど摩擦力の高い素材を用いたベルトやホイールの形状をしている。

タイトル: 宇宙速度
宇宙速度(うちゅうそくど、(英語: Cosmic Velocity)とは、特に地球および太陽に対して、軌道力学的に、地表において物体にある初速度を与えたとして、衛星軌道などの「宇宙飛行」と言えるような軌道に乗せるために必要な速度のことである。対象に合わせて、第一宇宙速度・第二宇宙速度・第三宇宙速度と呼ばれている速度がある。軌道力学一般的には脱出速度と呼ばれる。なお、通常は重力のみを考慮し、空気抵抗・浮力等は加味しない。

タイトル: 重力
前述のように、地球上での物体の運動を扱う場合は、 他の質量から受ける万有引力(以下「引力」)と地球自転による遠心力との合力を「重力」と言うことがある。地球の自転と共に動く回転座標系で物体の運動を記述するならば、 物体は地軸に対して垂直に下記の遠心力(慣性力の一種)を受けると考えることができる。引力は、地球が球対称ではないため厳密にではないが、ほぼ地球の中心方向に向かう。 それに対し重力は、遠心力が加わるため、地球の中心方向からやや赤道寄りに(北半球なら南寄りに)ずれ、大きさはやや小さくなる。一方、天文学や宇宙開発では、宇宙空間のことは適当な慣性座標系(慣性系)で考えることが多い。この場合、慣性力は存在せず、重力という言葉を万有引力と同じ意味で使うことになる。たとえば人工衛星の運動を慣性座標系で説明すると、「重力(= 引力)が向心力となって回転運動をしている」となる。

タイトル: 重力
遠心力や加速を利用して人工重力が作られる。長時間無重力状態にいると骨の中のカルシウムが減るので惑星間飛行や長期間の宇宙空間への滞在時には使用が想定される。

タイトル: 超光速航法
超光速航法(ちょうこうそくこうほう)は、SFなどに見られる架空の航法であり、宇宙船が光速を超える速さで航行するための技術。相対性理論によると、物体の相対論的質量は速度が上がるにしたがって増加し、光速において無限大となる。このため、単純に加速を続けるだけでは光速に達することも、光速を超えることもできない。宇宙を縦横無尽に駆け回るSF(とくにスペースオペラ)の恒星船ではこのままだと都合が悪いので、さまざまな架空理論にもとづく超光速航法が考えられている。ハードSFでは、最先端の物理学の仮説を利用して相対論の枠内でブラックホールを利用することにより、超光速を使わずに空間移動する方法や超空間での移動を用いる。また、SFの設定では、超光速航法の関連技術を使って超光速通信も行われているとすることがある。

タイトル: 軌道マヌーバ
軌道マヌーバ(Orbital maneuver)は、宇宙船の軌道を変えるために推進システムを使用すること。太陽軌道のように地球から遠く離れた場所にいる宇宙船が行うものは、深宇宙マヌーバ(deep-space maneuver, DSM)と呼ばれる。

タイトル: 万有引力
万有引力(ばんゆういんりょく、(英: universal gravitation)または万有引力の法則(ばんゆういんりょくのほうそく、(英: law of universal gravitation)とは、「地球上において質点(物体)が地球に引き寄せられるだけではなく、この宇宙においてはどこでも全ての質点(物体)は互いに gravitation(=引き寄せる作用、引力、重力)を及ぼしあっている」とする考え方、概念、法則のことである。

タイトル: マスドライバー
マスドライバー (Mass driver) とは、惑星の衛星軌道上や衛星の周回軌道上に物資輸送を大量輸送に向くよう効率良く行うための装置/設備/施設で、地上から第一宇宙速度にまで加速した輸送コンテナなどを「放り上げる」物である(ただしSFなどに登場するロケットを使用した段階式ではマスドライバーだけで第一宇宙速度までは到達しない)。この装置は実用化に向けて様々な研究もなされており、宇宙を舞台としたSF作品にしばしば登場する(大規模なカタパルトとも言える)。

タイトル: 重力ターン方式
月のように大気のない天体に着陸する際は熱シールドやパラシュートは利用できないため、重力ターンを用いた動力降下が良い選択肢となる。アポロ月着陸船は、大筋は重力ターンを用いて月の周回軌道から離脱して着陸した。地表における機体が着陸の場合は最も軽く、打ち上げの場合には最も重いことを除けば、本質的に着陸は打ち上げの逆手順で行なわれる。アポロ計画において、Lander プログラムは質量噴射速度を負、すなわちロケット噴射によりタンクが重くなることにして重力ターン打ち上げをシミュレートすることにより重力ターン着陸をシミュレートした。重力ターンマニューバを用いて着陸を行うという考え方は、もともとはサーベイヤー計画のために開発されたが、サーベイヤーは月周回軌道に投入されることなく直接月面着陸を行った。

タイトル: 宇宙飛行
それは惑星の大気中の天気の概念と異なり、宇宙空間でのプラズマ、重力波放射、宇宙空間のその他の物質などに関わる件を対処する(一般的に地球のみならず惑星間、恒星間の影響も考慮する)。「宇宙天気は宇宙の地球に影響する状態について説明している」、「地球の宇宙天気は太陽の動き、地球の磁場の自然、及び太陽系の中の地球の位置関係の結果である」宇宙天気は宇宙探検と宇宙開発に関連するいくつかの領域で深遠な影響を及ぼす。地磁気的な条件を変えると、低軌道宇宙船の高度の急速な降下を引き起こす大気中の密度の変化を引き起こすことが出来る。増加する太陽活動による磁気嵐は潜在的に宇宙船のセンサーの誤動作を引き起こしたり、車載エレクトロニクスの動作を妨げることが出来る。また、宇宙環境変化条件の理解も有人宇宙船と生命維持装置の設計に重要である。構造物としてのロケットは本来は甚だしく汚染されてはいない。

タイトル: テザー推進
電気力学的テザーは伝導性のテザーであり、電流と惑星磁場との相互作用で推力を得る。これは宇宙船の軌道を加速する方向にも減速する方向にも作用させることが可能である。テザーが磁気圏を横切ると、電流を発生し、宇宙船のエネルギーを節約する。テザーに直流の電流を流すと、磁場と反発する力が生まれ、宇宙船に推力を与える。電気力学的テザーは発電にも応用できる。重力勾配安定化 (Gravity-gradient stabilization) または、重力安定化あるいは潮汐力安定化 (tidal stabilization) と呼ばれる方法は、安価で信頼性が高い。この場合、電子工学もロケットも燃料も使用しない。姿勢制御テザーは、一方の端に比較的小さな質量があり、もう一方の端に人工衛星があるという形状になっている。二つの質量間のテザーには潮汐力による張力がかかる。

タイトル: 恒星船
既存の天体の引力を利用して船の運動を変化させるスイングバイと呼ばれる方法を用いて、化学ロケットで得られるよりもはるかに早く加速する事が可能である。実際にこの方法を用いるためには、俗に言う「テレポーテーション」である。現代科学でも、物質ストリームによるテレポーテーション現象は確認されている。エンタングルメントという状態にある原子構造が、未解明の相互作用によって片方の変化がもう片方に影響する現象であり、人間がパッと消えてパッと現れるというものではなく、原子レベルで同じ構造体が変化を同じくするという現象である。この現象は生前のアルバート・アインシュタインが光子で確認し「spooky(オバケみたい)だ」と評したとされる。

タイトル: 重力列車
重力列車(じゅうりょくれっしゃ、英: Gravity train)は、地球上の2点を結ぶトンネル内を惑星の重力を利用して移動する構想上の交通機関。実現すれば地球上の任意の2地点間を42分で移動することができる。

タイトル: 宇宙探査機の一覧
地球以外の天体を目指すとき、主に重力アシスト目的で地球をフライバイする探査機がある。このリストには地球周回衛星は含まない。

タイトル: 重力場
重力場(じゅうりょくば、英語: gravitational field)とは、万有引力(重力)が作用する時空中に存在する場のこと。重力を記述する手法としては、ニュートンの重力理論に基づく手法と、アインシュタインによる一般相対性理論に基づく手法がある。

タイトル: マーキュリー計画
海軍航空開発センターにある遠心加速器では、発射および帰還時に経験する重力加速度の変化をシミュレーションし、6G以上の加速度を受けたときに必要とされる特殊な呼吸法などを習得した。航空機を使用しての無重力訓練も行われ、初期の段階では複座式戦闘機の後部座席を使用し、後期の段階では貨物機の内部を改造し壁や床にマットを敷き詰めたものが使われた。ルイス飛行推進研究所にある「多軸回転試験慣性装置 (Multi-Axis Spin-Test Inertia Facility, MASTIF)」と呼ばれる設備では、船内にある操縦桿を模したコントローラーを使用して宇宙船の姿勢を制御する訓練が行われた。この他にもプラネタリウムやシミュレーターを使用して、星や地球を基準にして軌道上で正しく姿勢を制御する方法などを学んだ。

タイトル: テザー推進
つまり、外部からやってくる宇宙船が与えるエネルギーと惑星から上がってくる宇宙船が奪っていくエネルギーが均衡すれば、余分なエネルギーを必要としなくなる。惑星の周回軌道にあるロトベーターで、先端と地表の相対速度がゼロで、高高度で物体をつかむものをスカイフック(後述)と呼ぶ。このようなロトベーターは中心力のストレスに耐えられる材料がないため、現在の技術では妥当なコストで建設できない。回転速度を3分の2程度にすれば、中心力の応力は半減する。応力耐性を強めるには、中心部分を太くすればよい。月のように大気がなく、周回速度も遅くて済む場合、ロトベーターの先端が地表に接するようにもでき、月から地球への安価な輸送手段となる。

タイトル: 重力
同じ状況を人工衛星と共に動く座標系で考えれば、引力と遠心力(慣性力)が釣り合っており、その合力はほぼゼロとなる。これを無重力状態または無重量状態と言うことがある。 これを無重力と言うのは一般相対性理論の等価原理に似た考え方ともいえる。

タイトル: 重力ターン方式
宇宙機はまず姿勢を変更し、逆噴射を行って軌道速度を落とし、大気のない天体への着陸の場合は近点を地表近くまで下げる。火星のような大気のある惑星への着陸の場合、地表ではなく大気圏上層に近点を下げるに留める。軌道離脱噴射が完了した後、宇宙機は着陸地点に近づくまで慣性飛行するか、迎え角をゼロに保ちながらエンジン噴射し続ける。大気圏を持つ惑星への大気圏突入も無動力で行われる。慣性飛行を終え、もし行う場合は突入噴射を行った後、最終的な着陸噴射に備えて必要のなくなった熱シールドおよびパラシュートを投棄する。大気が十分に厚い場合は、大気を使って機体速度をかなり遅くすることができるため、燃料を節約できる。この場合、重力ターンは最適な進入軌道ではないが、必要なデルタVを近似的に算出するために利用可能である。一方、大気がない場合は、軟着陸のためには必要なデルタVをすべて推力によりまかなう必要がある。

タイトル: 軌道宇宙飛行
宇宙飛行では、軌道マヌーバは、推進システムを使用して宇宙船の軌道を変更する。地球から遠く離れた宇宙船(たとえば、太陽の周りの軌道にある宇宙船)の場合、軌道マヌーバは深宇宙マヌーバ(DSM)と呼ばれる。